大气颗粒物在城市热岛中贡献的研究现状

摘要：

随着城市化进程的加快，大气颗粒物成为我国大多数地区空气中的首要污染物。本文针对大气颗粒物的分类、来源以及大气颗粒物的气侯效应做一简单概述。目前城市热岛效应被认为是主导城市环境的一个重要因素。至于与城市环境密切相关的大气颗粒物和热岛之间相互关系如何，本文就总悬浮颗粒物与热岛效应、可吸入颗粒物与热岛效应的研究现状做一简要分析，以期为今后的研究提供借鉴。

大气颗粒物与热岛效应的相互关系尚未有定论。部分研究表明总悬浮颗粒物与城市热岛呈正相关，但也有呈负相关的研究结果；而可吸入颗粒物与热岛效应的相互关系却多为不明确。

关键词：

总悬浮颗粒物可吸入颗粒物热岛效应

Abstract

With the acceleration of urbanization, the particle pollution has become the primary air pollutant in the most areas of China. Which also has influence on urban climate and civil’ health. This article makes a simple overview, according to the classification, sources and climate effect of atmospheric particulates. At present, urban heat island effect was thought to be an important factor that leading city of the environment. As for the relationship between atmospheric particulates and heat island, this paper will show a brief analysis about the current study of the relationship between suspended particles and heat island. The relationship between pm10 and heat island is included. The purpose is providing reference for the research in the future.

The relationship between atmospheric particles and the heat island effect are still controversial. Part of the research indicates that the total suspended particles and positive correlation between urban heat island, but there are also negatively correlated to the results of the study; However, the relationship between pm10 and heat island has not clear yet.

Key Words

Total Suspended ParticlesPM10Urban Heat Island

引言

目前城市热岛效应被认为是主导城市环境的一个重要因素，在危害城市公共健康、空气质量、局地气候、能源消耗等方面产生深远的影响。随着城市化进程的加快，颗粒物污染成为我国大多数地区空气中的首要污染物。同样影响着城市气候、居民健康。以往专家学者已针对热岛效应及大气颗粒物分别做了大量研究。但更多是集中于城市下垫面性质改变、人为热排放、气象因素和城市化进程中的城市规模、城市地貌、人口密集度这些方面对热岛效应的影响以及大气颗粒物的基本特性、大气颗粒物与健康的关系、大气颗粒物的源析上。至于大气颗粒物对热岛效应是否有贡献，以及二者的相关关系如何，国内外也有一些研究和报道。本文就大气颗粒物的现状、大气颗粒物的气侯效应、大气颗粒物与热岛关系这三方面，做一简单的概述，以期为今后的研究提供借鉴。

1、大气颗粒物现状

大气颗粒物是指分散在大气中的固态或液体颗粒状物质，根据粒径大小划分为不同等级，即总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物。总悬浮颗粒物（Total Suspended Particles，TSP）是指悬浮在空气中，空气动力学当量值在0~100μm的固体颗粒物和液体小滴。可吸入颗粒物（PM10）是指大气中直径小于10μm的颗粒物。可吸入颗粒物又可分为细粒（空气动力学直径小于或等于2.5μm）和粗粒（空气动力学直径介于2.5μm至10μm）。随着人们对颗粒物危害性认识的加强，国内外对其研究大多数局限在颗粒物的源析、颗粒物与健康的关系等方面。

大气颗粒物的来源有两种，可分为人为来源和自然来源。人为来源主要包括化石燃料的燃烧、工农业生产以及交通运输等。自然来源则包括干旱或半干旱地区裸露地面的土壤扬尘、火山喷发以及植物花粉等[1]。大气颗粒物本身就是有毒物质或有毒物质的载体，对居民身体危害很大。其也可作为大气中一些化学反应的媒介，通过吸收和散射太阳辐射影响气候的变化，从而间接影响居民健康。国内外研究表明空气中颗粒物水平与人体健康存在着一定的关系。

2、大气颗粒物的气候效应

大气颗粒物对城市气侯的影响主要通过两种方式[2]：一种是通过散射或吸收太阳辐射直接影响气侯。当太阳辐射达到大气层经过大气颗粒物时，一部分被发生折射、反射，一部分被大气颗粒物吸收。当大气颗粒物对太阳辐射的散射作用强于吸收作用时，起到致冷的效果；当大气颗粒物对太阳辐射的散射作用弱于吸收作用是，则导致城市大气增温。另一种是以云凝结核的形式改变云的光学特性和云的分布而间接影响气候。大气中颗粒物增加，使云凝结核增多，为水汽凝结提供了优越条件，会明显导致霾的出现和能见到降低，易形成多雾天气。

3、大气颗粒物与热岛关系

首先大气颗粒物按照粒径大小可分为不同等级。再者据《中国城市环境保护》称，截止到2004年，影响我国城市空气质量的首要污染物仍是总悬浮颗粒物，所以在之前的研究中对总悬浮颗粒物的研究较广泛；随着对大气颗粒物研究的深入，人们认识到可吸入颗粒物对环境的影响作用，开始了对其的研究。由于以上两方面原因，下面针对总悬浮颗粒物与热岛关系和可吸入颗粒物与热岛关系这两个方面进行展开。

3.1、总悬浮颗粒物与热岛关系

研究认为，总悬浮颗粒物在城市热岛效应中起重要的作用。其中部分研究认为，总悬浮颗粒物吸收太阳辐射，使城市大气增温，加剧城市热岛。总悬浮颗粒物促进城市热岛形成的研究报道已有不少。

张云海等利用1970~ 1999 年沈阳市和其周边的几个观测站的年均地面温度资料、1987~ 1996 年沈阳市TSP 浓度的观测资料、2002 年11 月的沈阳市地面逐时温度观测资料以及2002 年11 月的TSP 浓度的观测资料，对沈阳市的城市热岛年际、日变化情况进行统计，并针对沈阳城市热岛变化趋势及其与总悬浮颗粒物相关关系进行了初步分析[3]。认为总悬浮颗粒物浓度与年际平均热岛强度呈正相关，其相关系数为0.58，总悬浮颗粒物浓度越大，城市热岛越明显。在分析总悬浮颗粒物与热岛强度的日变化关系时，认为二者呈正相关，相关系数为0.65。

曹进等采用长沙市总悬浮颗粒物高值区、总悬浮颗粒物低值区的两个监测点逐月总悬浮颗粒物监测数据及相应气象统计数据，通过遥感影像数据反演地表温度，对大气中总悬浮颗粒物在城市热岛中的作用与贡献进行了研究[4]，认为长沙城市热岛效应与总悬浮颗粒物污染在空间与时间分布上都具有耦合关系，存在正相关。

然而不少学者认为总悬浮颗粒物可以发射大气辐射，降低日照时间，最终产生致冷效应。总悬浮颗粒物促进城市冷岛形成的研究报道也有一些。如：Zhou K等在2008年的研究表明广州城市年平均热岛强度与年平均大气总悬浮颗粒物浓度之间存在显著的负相关；Zhou，Kai于2011年评估2005年9月至2006年2月广州总悬浮颗粒物（TSP）浓度变化，并分析了总悬浮颗粒物（TSP）浓度与城市热岛强度的相互关系，同样证明其呈负相关。

虽然近几年对总悬浮颗粒物与热岛效应间相互关系以做了不少研究，但是总悬浮颗粒物与城市热岛相互作用尚未有定论。

3.2、可吸入颗粒物与热岛关系

对可吸入颗粒物与热岛关系的研究，多采用遥感数据反演得到的地表温度与监测的空气质量数据进行分析。然而研究结果多为二者间关系不明显。

李珊珊于2009年通过MODIS和分裂窗算法反演北京市的地表温度，利用北京市环境保护局空气质量日报中污染指数和首要污染物数据，从宏观意义上大尺度分析温度和可吸入颗粒物之间的关系。并利用Handy Laser Particle Counter地面实测数据从微观上来分析温度与可吸入颗粒物之间的关系[5]。发现城市环境中的温度与可吸入颗粒物个数关联影响不大。从温度的变化来看，可吸入颗粒物的个数随着温度的升高反而减少。

吴庆梅，张胜军等人于2010年利用常规天气资料、自动气象站资料、观象台风廓线雷达资料及污染资料，监测了2005年11月2—5日发生在北京的一次持续雾霾天气过程中城市热岛强度及PM10浓度[6]。对比分析热岛强度和城区PM10浓度日变化来看，两者并没有明显的相关关系，虽然总的来说，都是白天强，晚上弱，但热岛入夜后呈持续加强趋势，至后半夜达到最强，而PM10浓度在前半夜达到最高，后半夜呈逐渐下降趋势。

冯奇等于2011年针对武汉市热环境与PM_(10)空气质量时空关系进行了初步研究[7]。其间应用2006年12月～2007年11月MODIS数据对武汉市热环境进行反演，结合同时段的PM10空气污染指数进行了PM10空气质量关系与武汉市热场强度与的初步相关研究，研究表明两者之间在空间分布上具有耦合关系。从时间分布上对两者进行了相关性研究，表明夏季两者之间变化趋势相反，冬季则接近，春秋两季两者关系不明显。

4、结论

大气颗粒物与城市热岛的相互作用机理到目前为止尚未有定论。在总悬浮颗粒物对热岛效应作用的研究中既有呈正相关又有呈负相关的分析结果。在可吸入颗粒物对热岛效应的贡献作用研究中分析结果多为二者关系不明显。随着二者被关注的程度日益加深，只有对二者相互关系有一个清晰的认识，才能更好的消除城市热岛和大气颗粒物污染。要进一步揭示颗粒物对热岛效应的作用机理，还需更多、更加系统的研究。

参考文献

[1] 朱广一. 大气可吸入颗粒物研究进展[J]. 环境保护科学. 2002(05).

[2] 周凯，叶有华，彭少麟，等. 城市大气总悬浮颗粒物与城市热岛[J]. 生态环境. 2006(02).

[3] 张云海，李法云，刘闽. 沈阳城市热岛变化趋势及其与TSP相关关系的初步分析[J]. 环境保护科学. 2004(02).