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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)量標準中將PM10定義為環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當量直徑小于等于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)測量的PM10的濃度應該大于PM2.5。但在實(shí)際監測工作中，偶爾會(huì )出現PM2.5濃度大于PM10濃度的“怪現象”，也就是俗稱(chēng)的“倒掛”。這讓公眾感到困惑，影響公眾對空氣質(zhì)量狀況的理解和判斷。那么倒掛現象合理嗎？為什么會(huì )出現倒掛現象呢？
什么情況下容易出現倒掛？
一、監測儀器不同
目前，在國家環(huán)境空氣監測網(wǎng)內PM10監測所采用的方法主要有兩種，分別是β射線(xiàn)法（采樣管恒溫加熱）和振蕩天平法；PM2.5監測所采用的方法同樣主要有兩種，分別是β射線(xiàn)加動(dòng)態(tài)加熱系統法和振蕩天平聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)測量系統法。
中國環(huán)境監測總站大氣監測實(shí)驗室針對各種不同的PM10與PM2.5監測方法組合分別進(jìn)行試驗，發(fā)現當PM10采用振蕩天平法儀器監測，出現倒掛的概率較高。
二、季節
我國大部分地區，冬、春、夏、秋四個(gè)季節的溫度、濕度存在明顯差異，對不同季節倒掛現象出現的概率進(jìn)行分析，發(fā)現冬、夏兩個(gè)季節PM2.5與PM10出現倒掛的幾率相對較高，而春、秋季節倒掛現象出現率相對較低。
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)區間，分析倒掛現象發(fā)生時(shí)PM2.5的濃度分布情況。
結果表明，對于PM2.5小時(shí)濃度而言，大于150μg/m3時(shí)出現倒掛的幾率最高；對于PM2.5日均濃度而言，處于75μg/m3~150μg/m3這一區間時(shí)，出現倒掛的幾率最高。
為什么會(huì )出現倒掛？
一、測量誤差
從定義看，PM2.5屬于PM10的一部分，顯然PM2.5濃度理應小于PM10，但當環(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%的天數高達117天（占全年32.0%），多數情況下PM2.5濃度與PM10非常接近。任何測量誤差都是不可避免的，當PM2.5濃度與PM10非常接近時(shí)，測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，美國、日本等國公布的監測結果也能看到倒掛發(fā)生。
二、PM10與PM2.5采用不同的監測方法
目前，常見(jiàn)的顆粒物監測方法主要有振蕩天平法、β射線(xiàn)法兩個(gè)大類(lèi), 我國環(huán)境空氣監測網(wǎng)主要使用β射線(xiàn)法類(lèi)儀器。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，β射線(xiàn)法類(lèi)儀器又分為采樣管恒溫加熱、動(dòng)態(tài)加熱等類(lèi)型；振蕩天平法類(lèi)儀器又分為單純的振蕩天平法和聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)測量系統的振蕩天平法等類(lèi)型。
1 是否增加膜動(dòng)態(tài)補償系統
由于振蕩天平法在測量過(guò)程中為了防止空氣中水分對測量過(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)利用補償系統對揮發(fā)性組分的揮發(fā)損失進(jìn)行了補償，因此振蕩天平法聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)補償法后測得結果會(huì )高于振蕩天平法。
2 是否采用動(dòng)態(tài)加熱
對于β射線(xiàn)法，采樣管采用恒溫加熱時(shí)，長(cháng)時(shí)間加熱也將造成顆粒物中部分揮發(fā)性組分的損失；而當采用動(dòng)態(tài)加熱時(shí)，由于可以根據空氣中相對濕度的大小自動(dòng)調節加熱溫度，在防止采樣管結露的同時(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)測得結果會(huì )高于恒溫加熱法。
PM2.5與PM10監測方法不同會(huì )導致倒掛。由于我國多數站點(diǎn)PM10監測起步于2002年左右，基于當時(shí)的監測技術(shù)水平，多采用了傳統監測技術(shù)，部分儀器尚未更新膜動(dòng)態(tài)測量系統或動(dòng)態(tài)加熱系統。而PM2.5基本上自2013年以后才開(kāi)始監測，伴隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，普遍采用了最新的監測技術(shù)。這樣在同一站點(diǎn)，如果只有PM2.5監測儀器加裝了膜動(dòng)態(tài)補償/動(dòng)態(tài)加熱系統，而PM10沒(méi)有加裝，就容易出現倒掛。
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監測時(shí)，盡可能選用同樣原理的自動(dòng)監測設備，并根據目前對顆粒物監測技術(shù)的最新認識，同時(shí)選用振蕩天平聯(lián)用膜動(dòng)態(tài)補償系統法或β射線(xiàn)加動(dòng)態(tài)加熱系統法，同步開(kāi)展PM10與PM2.5監測，可有效降低倒掛現象的出現的幾率。
