田埂(清華大學醫學院 )

　　生活在北方城市的人們近三年普遍感受到，霧霾的發生頻率在不斷增加，特別是2013年和2014年， 霧霾發生的次數之頻繁，持續時間之長,污染程度之重都創下了記錄，2013年1月北京發生了 PM2.5污染歷史峰值，2014年1月發生了有記錄以來持續時間最長的污染期，即便是在理論上不會出現霧霾的春夏兩季霧霾也頻繁發生。霧霾不僅困擾著人們的工作生活，也對人們的心理投下了巨大的陰影。應對霧霾，政府在做各種努力，例如出臺了包括《北京市大氣污染防治條例》等一系列政策，“京津冀”聯動治霾等一致行動的確立， 科學家們也絞盡腦汁，針對霧霾展開了一些列研究，試圖通過科學研究幫助人們了解霧霾，治理霧霾。但是至今人們依然無法回答一些基本的問題：霧霾到底從何而來，如何精確測試，如何避免;霧霾對人類的健康造成了哪些危害;而人類究竟如何在霧霾長期存在的情況下保護健康，少受危害。

　　什么是霧霾?

　　氣象學上的定義：霧 (Frog): 近地面空氣中的水汽凝結成大量懸浮在空氣中的微小水滴或冰晶，導致水平能見度低于1公里的天氣現象。相對濕度95%以上的低能見度;霾 (Haze): 大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10公里的空氣普遍混濁現象，相對濕度小于80%。霧霾: 霧和霾的混合物，相對濕度80%-95%。通俗的講：云是飄在天上的霧，霧是落在地上的云，霾也就是漂浮在空氣中的細顆粒物。

　　PM2.5(完整拼寫為Particulate Matter2.5，稱為細顆粒物)是指空氣動力學當量直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。PM10則是指空氣動力學當量直徑≤10微米的顆粒物稱為可吸入顆粒物。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、傳輸距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。

　　霧霾真正被人們所認識，是從1952年倫敦霧霾事件和二十世紀40年代初期發生在美國洛杉磯的光化學污染開始，作為工業時代的的城市之傷，霧霾似乎伴隨著人類工業化的腳步進入人們的生活，而人們與霧霾的斗爭，一般都要持續數年。

　　在北京的霧霾天，有時一天空氣污染物的增加濃度最高達到200-400ug/m3。按北京市區面積為16807.8*106平方米計算，污染帶正常在0-500米高度內變化不大，而從500米到1600米直線下降，所以平均厚度可以為1000米. 這樣算下來，在霧霾天即一天積累的細顆粒物值大約總量(PM2.5):3360-6720噸。要想短時間去除數量如此龐大的污染物，必須從源頭了解它的成因。

　　霧霾是如何形成的?

　　毫無疑問，化石燃料燃燒是我國PM2.5的重要來源，根據北京和上海兩座城市環保局公布的統計數字，PM2.5成分中，40～75%的重金屬來自化石燃料燃燒，超過50%的黑碳來自化石燃料燃燒，城市的一次排放中主要來源是燃煤、機動車等化石燃料燃燒。北京師范大學研究者2013年在《氣溶膠和空氣質量研究》雜志上發表的相關數據也證實了這一點。而要了解霧霾形成的過程，必須了解一個計算公式：

　　從公式中我們可以看出，污染的濃度與以下幾個因素相關：散發源散發出的污染物濃度，也就是氣象污染物排放的量;散發的氣象條件;化學成分以及沉降。當污染物從源頭釋放到空氣中后，如果氣象條件適合污染物在城市中較長時間的存在，而且在光和水等氣象條件的作用下，細小的化學組分可能發生反應，形成顆粒物懸浮，這個過程叫做“成核作用”，通過成核作用，化學成分相互作用形成了新的顆粒物，從而造成二次污染。最后就是細小的顆粒物彼此碰撞反應，從而形成更大的顆粒，最后沉降下來落在地表。

　　霧霾污染物的來源和成分分析

來自2011年北京市環保局發布數據北京市PM2.5排放源解析

來自2012年上海市環保局發布數據上海市PM2.5排放源解析

　　2011年北京市環保局發布數據表明，在北京的顆粒物污染中，機動車排放的貢獻為22%，燃煤排放17%，工業揚塵16%，工業設施16%，農業養殖和秸稈焚燒4.5%，周圍輸入(河北、天津)24.5%。而上海市環保局2012年發布數據表明 的數字，機動車排放25%，工業揚塵10%，工業設施15%，干洗、餐飲民用涂料5%，農業養殖和秸稈焚燒5%，周邊影響20%。兩座城市大同小異。

　　2012年北京煤炭總使用量2000多萬噸，其中四個大電廠用煤920萬噸，工業加供熱700多萬噸，散煤400多萬噸。大型電廠用煤都經過了脫硫等處理，相對來講對空氣污染的排放較少，工業加供熱方面，國家采取了多項控制措施，排放也得到很好的控制，但是散煤使用則很難得到有效控制，污染貢獻很大。沒有凈化設施的條件下，1kg煤可能產生16g到1600mg/Nm3的SO2(1%硫量)也可能同時產生 ~5g到500mg/Nm3的NOx(氮氧化物)。

　　根據北京市環保局機動車排放管理處提供的數字，目前北京市535萬輛機動車每年消耗燃油700多萬噸，其中汽油400多萬噸、車用柴油200多萬噸;年排放污染物總量約90萬噸，含碳氫化合物7.7萬噸，氮氧化物8萬多噸。而洛杉磯在發生光化學污染的數年間，其汽車保有量不過200萬輛。

　　化石燃料燃燒后最終的排放到空氣中的污染物包括：NOx(氮氧化合物)、SO2(二氧化硫)、VOC(是指那些沸點等于或低于250℃的化學物質，易揮發)、CO、BC(Black Carbon黑炭)、OC(Organic Carbon有機碳)、NH3、CO2以及PM2.5等，形成了霧霾的初次排放。

　　初次排放的這些污染物，在成核作用以及水和光的作用下，產生二次污染物，學術上叫做“新粒子：，新粒子的成分就比較復雜了，因為排放物本身成本就比較復雜，而二次反應的過程，是粒子在空氣中隨機碰撞作用的結果，這一過程產生大量細小粒子，空氣動力學粒徑在0.1-1微米之間的顆粒，這些顆粒在數量上和危害上都很大，而且非常難以防控。

　　霧霾的健康危害

　　權威雜志《柳葉刀》曾刊登過我國科學家終南山先生的文章，指出在我國因吸煙和固體燃料燃燒導致的可吸入顆粒物污染，將在2003-2033年間導致6千5百萬人死于慢性肺病，1千8百萬人死于肺癌;而權威雜志《新英格蘭醫學雜志》也曾發表過美國的數字，PM2.5的濃度減少10 μg/m3，預期壽命增長約0.61±0.20年。2010年美國環保部發表的《顆粒物的綜合科學研究》中將顆粒物濃度與多種疾病關聯，其中包括：呼吸道刺激，咳嗽，呼吸困難，降低肺功能，加重哮喘，慢性支氣管炎，不規則的心跳，非致命性心臟發作，某些癌癥等。 在全球致死的數字中，空氣污染相關的疾病排在第8位，而我國則排在第4位;清華大學研究人員報道了2013年北京霧霾微生物，其中也存在引起感染的微生物。人們也形象的把霧霾引起的呼吸道刺激癥狀稱為 “北京咳嗽” 。在霧霾天與霧霾相關的呼吸系統疾病門診病例顯著增加。

　　雖然有多種研究表明空氣污染與疾病的發生相關，但是正如荷蘭烏德勒支大學的B.Brunekreef教授所言：到目前為止，我們一直無法找到一個或幾個確定的組分是細顆粒物污染中對健康造成主要影響的，也沒有充足的證據證明某種具體的成分的濃度對健康是無害的。

　　一天中什么時候霧霾最嚴重?

　　從這張圖種可以看出，污染物在清晨也就是7點到8點間達到開始迅速增加，到10點開始進入線性增加期，而到傍晚時分開始下降，并于晚間回歸較低的值，這一現象與我們前文提到的公式有很大關系，因為白天在水氣和陽光的作用下，一次排放的污染物發生二次反應，從而快速積累，而人的活動也在白天達到高峰，排放物的增加和積累，促使污染在下午達到高峰，而晚間，由于光照的減少，二次反應降低，排放也因為人們的活動減少而降低，從而使得空氣污染得到緩解。但是北京的霧霾曲線則與普通的空氣污染曲線不同，空氣污染往往在晚間達到峰值，而白天則處于不斷積累的過程中。這也表明北京的空氣污染有其特殊性，需要更詳細的機制分析，才能最終解答來源的問題。

　　室外霧霾對室內環境的影響

　　王貝貝等2010年在《環境科學研究》中發表的文章顯示，人們在工作日和休息日分別有57%和75%的時間在家居環境，室外的空氣污染主要通過室內環境作用于人體。而根據清華大學建筑學院的研究結果，在門窗緊閉的情況下，室內PM2.5濃度大約為室外的1/2-2/3，而這部分顆粒，主要集中在0.1~1微米的粒徑范圍，也就是室外污染物中那些粒徑小毒性大的顆粒會進入室內。當然，這也跟建筑物本身的密閉性，門窗開啟的頻率等相關，顆粒物從室外到室內的過程，可以通過穿透系數來計算。

　　如何在室內消除霧霾影響?

　　常規保證室內清潔的方法有兩種，一種是正壓環境，例如醫院的ICU病房或超凈實驗室，讓室內的壓力大于室外，這樣室外顆粒就無法進入室內;一種是空氣過濾，將室內的空氣通過過濾裝置凈化，只要室內凈化裝置的凈化效率大于室外污染物滲入的速度，那么室內就可以保持潔凈。對我們生活在北京的普通人而言，把家或者辦公室裝修成“正壓環境”顯然從經濟投入到可操作性都不現實，開啟空氣凈化器無疑是最簡潔和方便的解決辦法，每天開窗通風完后，對室內環境進行10~20分鐘的高功率凈化，將室內顆粒物進行快速清除，而后維持一定的凈化功率，就可以達到較好的凈化效果 。

　　如何選擇和正確使用空氣凈化器?

　　目前市面上常見的凈化設備，就其原理主要分過濾(通過濾材攔截顆粒)和靜電除塵(靜電力吸附顆粒，電場中釋放除塵)兩種。靜電除塵的優勢是阻力低、不需更換濾材，但是其工作原理決定其除塵過程會產生臭氧，造成二次污染，因此不推薦使用。而通過濾膜的過濾優勢是副產物少，有效去除各類顆粒物，而劣勢則是需定期維護(更換濾料)，阻力大，而工業界也對濾膜過濾的儀器開放更感興趣，使用者的接受度也更高，產品種類更豐富一些。

　　CADR(Clean Air Delivery Rate，潔凈空氣輸出比率)，是美國家電制造商協會(AHAM)按照嚴格的測試標準進行測試得出的空氣凈化器輸出潔凈空氣的比率。CADR數值越高，則表示凈化器的凈化效能越高。由此可見，雖然市場上有好多這樣那樣的空氣凈化產品，但只要用這兩個條件去衡量，就能區分出來哪種更好。

　　除了CADR值之外，當我們采購一臺空氣凈化設備時，我們還要考慮價格和功耗等因素，這里提供一個計算公式，也就是CADR值/(功率*價格),得到的值越大越好。

　　采購到合適的凈化設備，不只要了解如何挑選性價比高的空氣凈化器，還要考慮到房屋的面積(體積)，開啟和使用時間，以及凈化器的擺放位置等。我們舉一個例子，如果我們把自己正面面對空氣凈化器的進氣口，那么凈化器抽氣過程中聚集的粒子就被我們呼了進去，而被空氣凈化器凈化的空氣，則離我們較遠。

　　霧霾中還有哪些“危險分子”?

　　2014年初，清華大學的研究者對2013年歷史霧霾峰值期間收集的PM10和PM2.5樣本進行了宏基因組研究，發現了霧霾中的1300種微生物，發現空氣中的微生物大部分都來自土壤，最豐富的門類是放線菌，變形桿菌，綠彎菌，厚壁菌，擬桿菌，和廣古菌。其中有3種可引起疾病的微生物， 包括肺炎鏈球菌，煙曲霉，和人腺病毒C。肺炎鏈球菌最常見于社會獲得性肺炎(CAP ) ，在將近50%的的社會獲得性肺炎中可分離出肺炎鏈球菌。而煙曲霉，以孢子的形式存在，被認為是一種主要的引起過敏的真菌，是免疫缺陷的人群氣道或肺的條件致病菌。這兩種病原微生物在重度污染天都有增加。

　　治理霧霾，我們應該怎么做?

　　從成因來講，霧霾問題其實就是能源問題，而能源問題歸根結底是發展問題，治理的方式就是轉變發展的模式，實現經濟增長方式的轉變，能源消費結構改善，減少污染物排放，清潔能源的普及，能源利用率的提高。這是一個長期的過程，需要多年的努力。

　　短期來講，在霧霾發生過程中，我們應該做到更好的“清潔調度”，建立相應的清潔調度機制和技術手段，實現在預測基礎上的應急清潔調度：不是基于成本，而是基于污染物排放的調度方式。專門針對嚴重污染期，進行清潔能源的儲備，在應急期采用清潔燃料，減少燃煤量，用燃氣替代煤炭;提高燃煤鍋爐脫硫、脫硝和除塵的效率;減少汽車數量;工業生產整體合理安排; 建筑工地停工安排等。

　　而對于我們個人，應該極力提倡低碳環保的生活方式。使用清潔能源、出行乘坐軌道交通、使用環保用品、控制和減少用電等等，從我做起踐行綠色生活，也是在為治理霧霾做貢獻。

　　(本文整理自清華大學醫學院的霧霾研討會，作者授權賽先生刊發)