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安帕爾：為何PM2.5與PM10會(huì)“倒掛”？
2024-06-13
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什么是“倒掛”？
環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中將PM10定義為環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于10μm的顆粒物，將PM2.5定義為環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物。
按照定義，PM2.5屬于PM10的一部分，因此理論上在同地、同時(shí)測(cè)量的PM10的濃度應(yīng)該大于PM2.5。但在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中，偶爾會(huì)出現(xiàn)PM2.5濃度大于PM10濃度的“怪現(xiàn)象”，也就是俗稱的“倒掛”。這讓公眾感到困惑，影響公眾對(duì)空氣質(zhì)量狀況的理解和判斷。那么倒掛現(xiàn)象合理嗎？為什么會(huì)出現(xiàn)倒掛現(xiàn)象呢？
什么情況下容易出現(xiàn)倒掛？
一、監(jiān)測(cè)儀器不同
目前，在國(guó)家環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)內(nèi)PM10監(jiān)測(cè)所采用的方法主要有兩種，分別是β射線法（采樣管恒溫加熱）和振蕩天平法；PM2.5監(jiān)測(cè)所采用的方法同樣主要有兩種，分別是β射線加動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)法和振蕩天平聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)法。
中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站大氣監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)各種不同的PM10與PM2.5監(jiān)測(cè)方法組合分別進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)PM10采用振蕩天平法儀器監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)倒掛的概率較高。
二、季節(jié)
我國(guó)大部分地區(qū)，冬、春、夏、秋四個(gè)季節(jié)的溫度、濕度存在明顯差異，對(duì)不同季節(jié)倒掛現(xiàn)象出現(xiàn)的概率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冬、夏兩個(gè)季節(jié)PM2.5與PM10出現(xiàn)倒掛的幾率相對(duì)較高，而春、秋季節(jié)倒掛現(xiàn)象出現(xiàn)率相對(duì)較低。
三、濃度水平
將PM2.5濃度劃分為35μg/m3以下、35μg/m3~75μg/m3、75μg/m3~150μg/m3、150μg/m3以上四個(gè)區(qū)間，分析倒掛現(xiàn)象發(fā)生時(shí)PM2.5的濃度分布情況。
結(jié)果表明，對(duì)于PM2.5小時(shí)濃度而言，大于150μg/m3時(shí)出現(xiàn)倒掛的幾率最高；對(duì)于PM2.5日均濃度而言，處于75μg/m3~150μg/m3這一區(qū)間時(shí)，出現(xiàn)倒掛的幾率最高。
為什么會(huì)出現(xiàn)倒掛？
一、測(cè)量誤差
從定義看，PM2.5屬于PM10的一部分，顯然PM2.5濃度理應(yīng)小于PM10，但當(dāng)環(huán)境中PM2.5占PM10的比例較高時(shí)，PM2.5與PM10的濃度本身就極為接近。譬如北方某城市2016年P(guān)M2.5日均值占PM10的比例平均為78.3%，其中占比超過(guò)90%的天數(shù)高達(dá)117天（占全年32.0%），多數(shù)情況下PM2.5濃度與PM10非常接近。任何測(cè)量誤差都是不可避免的，當(dāng)PM2.5濃度與PM10非常接近時(shí)，測(cè)量誤差就有可能造成倒掛。
這種倒掛是正常的，也是不可避免的。除了中國(guó)，美國(guó)、日本等國(guó)公布的監(jiān)測(cè)結(jié)果也能看到倒掛發(fā)生。
二、PM10與PM2.5采用不同的監(jiān)測(cè)方法
目前，常見(jiàn)的顆粒物監(jiān)測(cè)方法主要有振蕩天平法、β射線法兩個(gè)大類, 我國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)主要使用β射線法類儀器。隨著技術(shù)的進(jìn)步，β射線法類儀器又分為采樣管恒溫加熱、動(dòng)態(tài)加熱等類型；振蕩天平法類儀器又分為單純的振蕩天平法和聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的振蕩天平法等類型。
1 是否增加膜動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)
由于振蕩天平法在測(cè)量過(guò)程中為了防止空氣中水分對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響，需將采集樣品后的濾膜加熱并保持在50℃，加熱時(shí)顆粒物中的“揮發(fā)性組分”會(huì)發(fā)生揮發(fā)而造成損失。聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法后，增加了樣氣除濕裝置，而不需將樣品高溫加熱，同時(shí)利用補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)揮發(fā)性組分的揮發(fā)損失進(jìn)行了補(bǔ)償，因此振蕩天平法聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法后測(cè)得結(jié)果會(huì)高于振蕩天平法。
2 是否采用動(dòng)態(tài)加熱
對(duì)于β射線法，采樣管采用恒溫加熱時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間加熱也將造成顆粒物中部分揮發(fā)性組分的損失；而當(dāng)采用動(dòng)態(tài)加熱時(shí)，由于可以根據(jù)空氣中相對(duì)濕度的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱溫度，在防止采樣管結(jié)露的同時(shí)，最大限度地減少了采樣管加熱造成的揮發(fā)性組分損失，因此采用動(dòng)態(tài)加熱時(shí)測(cè)得結(jié)果會(huì)高于恒溫加熱法。
PM2.5與PM10監(jiān)測(cè)方法不同會(huì)導(dǎo)致倒掛。由于我國(guó)多數(shù)站點(diǎn)PM10監(jiān)測(cè)起步于2002年左右，基于當(dāng)時(shí)的監(jiān)測(cè)技術(shù)水平，多采用了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，部分儀器尚未更新膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)或動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)。而PM2.5基本上自2013年以后才開(kāi)始監(jiān)測(cè)，伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，普遍采用了最新的監(jiān)測(cè)技術(shù)。這樣在同一站點(diǎn)，如果只有PM2.5監(jiān)測(cè)儀器加裝了膜動(dòng)態(tài)補(bǔ)償/動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)，而PM10沒(méi)有加裝，就容易出現(xiàn)倒掛。
如何減少“倒掛”？
考慮到不同方法之間的差異性，建議各地開(kāi)展PM10與PM2.5監(jiān)測(cè)時(shí)，盡可能選用同樣原理的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，并根據(jù)目前對(duì)顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)的最新認(rèn)識(shí)，同時(shí)選用振蕩天平聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)法或β射線加動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)法，同步開(kāi)展PM10與PM2.5監(jiān)測(cè)，可有效降低倒掛現(xiàn)象的出現(xiàn)的幾率。
