空氣汙染物是如何測量

每當我國空氣質量“紅黑榜”釋出並引發熱議時，人們總會更加關注空氣質量指數(AQI)。但是空氣汙染是如何測量的呢?又與人們常說的霧霾有什麼聯絡呢?AQI替代原有的空氣汙染指數(API)，已經3年多了。相比原先只監控二氧化硫、二氧化氮和PM10三要素的API，AQI監測力度更為嚴格，汙染物指標更多。

AQI是如何確定的?

AQI是定量描述空氣質量狀況的無量綱指數，主要是將二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、一氧化碳、臭氧等六項汙染物濃度值換算成相應的指數。

每一項汙染物的空氣質量指數又稱空氣質量分指數(IAQI)。其中，IAQI超過50的最大項為首要汙染物;超過100時，為超標汙染物。AQI是首要汙染物指數的數值，是定量描述空氣質量狀況的無量綱指數，主要將二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、一氧化碳和臭氧等6項汙染物濃度值換算成相應的指數。

這是因為，環境監測部門每天釋出的空氣質量報告包含各種汙染物的濃度值，但人們很難從這麼多抽象的濃度資料中，判斷出到底當前的空氣質量處在什麼水平。而AQI解決了這一問題，將大氣汙染物濃度折算成統一的指數，並取其中首要汙染物指數用以標示空氣質量。AQI指數越大，級別越高，說明汙染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。

實際上，大氣汙染物的種類很多，目前引起人們注意的就有100多種。如二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、顆粒物等一次汙染物，硫酸及硫酸鹽氣膠、硝酸及硝酸鹽氣膠、臭氧等通過化學反應或光化學反應形成的二次汙染物。這些汙染物在達到一定濃度時，會對環境及人體健康產生不利影響。

目前，我國仍是以煤炭能源為主的經濟結構，同時機動車排放量顯著增加，致使二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、一氧化碳及臭氧成為大氣中最主要的幾種汙染物。它們也是對人體健康影響較大、較廣泛的幾種汙染物，機理研究及監測手段都相對完善，因此，成為AQI的監測指標。

6種汙染物如何觀測?

目前，6種汙染物有不同測量原理，可使用不同儀器進行測量。目前我國主要採取基於濾膜取樣稱重和連續自動測量兩種方法。

據中國氣象局氣象探測中心研究員林偉立介紹，對於氣體汙染物來說，在連續自動測量方法中，通常使用光學和化學測量方法，對大氣樣本中特定的物質產生物理訊號，再將這些物理訊號和不同汙染物濃度進行對應，從而得到監測濃度。

具體來說，特定波長的紫外光常用來測量臭氧濃度，在光通過含有臭氧的空氣後，根據光的衰減進行換算;紫外熒光法常用來測量二氧化硫濃度，當二氧化硫分子從激發狀態恢復到基態時，可以釋放熒光，通過測量熒光強度便可知其濃度;氮氧化物則使用化學發光法，使其與臭氧發生化學反應而發光，通過測量光強推斷濃度;一氧化碳則用特定光波的紅外光進行測量。

對於顆粒汙染物來說，在連續自動測量法中，目前環保部門主要採用基於貝塔射線衰減和振盪微天平原理的測量儀器，其中基於貝塔射線法的監測儀是用C14作為貝塔射線源，在通過取樣濾膜後，監測其衰減量來算出顆粒物的質量;中國氣象局觀測站網除了使用貝塔射線法和振盪微天平法的測量儀器外，還使用基於鐳射散射粒子譜測量原理獲得PM10、PM2.5的方法，即通過粒子的光散射原理來測量粒子的大小和個數，並得到粒子譜分佈特徵等。

但是，不可否認，每一種測量方法都有其自身的缺陷和誤差。即使是濾膜取樣稱重法(當前國內外統一認為這是測量氣膠質量濃度的參考標準方法)，在從取樣到稱重這一過程中因環境改變等因素也會造成誤差。

“目前，釋出的AQI是基於環保部門的監測資料而換算的。但人們逐漸意識到，天氣條件對汙染物的擴散、輸送有至關重要的影響，環境氣象越來越受到人們重視。”中國氣象局氣象探測中心研究員顏鵬說。

氣象和環保部門都具有監測6種汙染物的能力和一定程度的站網布局。環保部門以汙染物對人體健康的影響及排放源監測為出發點，在佈設監測儀器時主要考慮人群分佈、人類活動範圍以及汙染排放源區等;而氣象部門的監測更多以環境氣象預報、氣候變化、汙染物輸送等方面為出發點，依託現有氣象站進行佈局。

“如上海PM2.5觀測站要考慮西北到東南的輸送路徑，而臭氧則要考慮西南到西北的輸送路徑。”林偉立說。

眼睛和鼻子會欺騙你嗎?

人們往往以為天空灰濛濛、空氣刺鼻就意味著AQI爆表，看起來晴朗、不覺得嗆鼻則意味著沒有汙染?實際上，有的時候，眼睛和鼻子可能欺騙了你。

在AQI監測的六種汙染物中，PM2.5等顆粒物是造成能見度降低，讓天空看起來灰濛濛的元凶;臭氧有一種刺激性氣味(如影印室裡的嗆鼻氣味);而其他汙染物在可見光波段對光的吸收和衰減效應很小，對能見度幾乎沒有影響。

這意味著，二氧化硫、一氧化碳及一般濃度的二氧化氮(只有在極高濃度時才會影響能見度，呈現紅棕色)無色無味，僅憑眼睛和鼻子是無法識別的。這也可以解釋為何有時天空已放晴，但AQI仍顯示“汙染”。

這同時意味著，AQI和人們常說的霾並不是一回事。霾是一種天氣現象，通過能見度大小進行定義。在較乾的空氣環境下，大氣中PM2.5、PM10等顆粒物的消光作用，是造成能見度降低的主要原因。

因此，只有在PM2.5、PM10(主要是PM2.5)較高時，天空才會呈現灰濛濛的顏色。

此時的AQI指數和肉眼所見也不完全是線性對應關係。溼度不同會使顆粒物能見度差異很大。“此前的研究顯示，汙染地區當空氣溼度達80%以上時，顆粒物吸溼增長對光的衰減(即消光作用)比干的粒子強兩倍多。”顏鵬說。因此，在AQI指數相同時，如果空氣乾燥，能見度可能有10公里;而在溼度達到80%以上時，能見度就只有5公里或更低了。

值得一提的是，在我國現階段，當AQI爆表時，PM2.5常成為首要汙染物，但有時則是光化學汙染所帶來的臭氧。因此，在絕大多數情況下，人們對AQI的直觀感受還是很明顯的。