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“我监测PM2.5这八年”
入冬以来，灰霾天气几次侵扰京城，PM2.5(可入肺颗粒物)、PM10(可吸入颗粒物)等一系列专业术语也成为百姓关注焦点。
空气污染已成为一个不可回避的话题，环保部门每天都要公布污染指数等数据。对于大气环境监控，不仅环保部门在做着日常监测，一些科研院所也同时进行着北京空气质量的监测研究工作。
中国科学院大气物理研究所作为第三方科研单位，对北京城市及周边区域的空气质量进行独立的监测研究工作。
那么，京城的空气质量是怎样监测的？数据的背后又反映出了哪些变化？到底是什么影响着空气质量？北京出现了如此多灰霾天气的原因何在？带着疑问与好奇，记者探访了中国科学院大气物理研究所CERN大气科学分中心，记录下空气监测、分析的全过程。
大气监测
高塔分层
监测PM2.5
健德桥西南角，一座高325米的铁塔矗立着。是通信基站还是电视塔？行人纷纷猜测着这个大家伙的用途。
在中科院大气物理研究所铁塔分部院内，记者找到了铁塔的具体位置。“这不仅是一座气象观测铁塔，同时也是进行空气监测的高塔，325米高，在47米、80米、120米、240米和280米的高度都设有大气污染监测站。”分中心主任王跃思研究员告诉记者，高塔的用途之一是监测大气PM2.5及其前体物在不同高度的浓度变化，目的是考察PM2.5扩散、传输和生成过程及其在近地层内的变化特征，采集的数据实时传回信息平台，经过分析处理即可得到PM2.5的来源信息。
在铁塔分部，有一栋灰色的二层小楼，是分中心所在地，楼顶上，几个三脚架支撑起一个个蘑菇形状的装置，高高低低地立在一间彩钢板搭建的房子上， “它们叫切割头，负责采集室外空气中粒径小于10微米的可吸入颗粒物，或采集粒径小于2.5微米以下的颗粒物。”大气物理研究所CERN大气科学分中心主任王跃思告诉记者，切割头中有一个类似“切割器”的装置，可以通过空气动力学原理(离心作用)，将直径大于2.5微米的粒子从空气中分离出去，而将直径小于2.5微米的粒子引入室内仪器进行“称量”，得到空气PM2.5质量浓度数据，类似于环保局公布的PM10数据，单位为微克/立方米。
在线分析
采集测量仪器自动生成
“PM2.5,27.14；PM2.5至PM10,44.85；PM10,72.16。”12月12日下午3点20分，采集装置下的彩钢板房中，仪器上显示出实时的监测数据。彩钢板房中的三台泵发出嗡嗡的响声，将空气抽进监测仪器中。采集装置通过管线分别与安装在室内的各种各样的分析仪相连，对空气样品的不同污染成分进行着实时监测。记者发现，这些精密仪器上的数字在不停地变化着。
在约十几平方米的监测站房中，摆放着多台监测仪器。王跃思告诉记者，仪器24小时自动不间断地运转，每5分钟自动记录一次空气中污染物的含量，然后将数据传送、存储到子站数据采集器中，子站最终将数据传输到实验室的监测信息平台，研究人员可以通过互联网在任何一个地方用电脑或是手机查看数据和仪器运行情况。对大气颗粒物进行实时监测的仪器包括PM10、PM2.5和PM1.0，仪器的外形区别并不大，系统也一样，唯一的差别在于使用哪一个粒径段的切割器。PM10切割器可将粒径小于10微米的颗粒筛选出来，而PM2.5和PM1.0则会将直径在2.5微米以下和1.0微米以下的颗粒物筛选出来。
接下来的任务就全交给“测量系统”了。筛选采集的颗粒物样本首先输送到监测站房，经石英微量天平“称重”，即可读出瞬时值、30分钟、1小时、12小时和24小时平均浓度等一组数值。数据再经过计算机处理、分析并绘成变化曲线，直接显示在信息平台上。
“这个过程是在线采集分析，采集的过程都是通过系统自动生成的，我们需要做的是每天对仪器进行校准。”助理研究员吉东生博士告诉记者，目前实验室在北京共设5个采集站点，站点通过互联网通讯联结，汇集数据并进行质量控制，如果发现数据异常或是仪器出现故障，工作人员就要对仪器进行维护和更换。
分级采样
9层滤筛确保数据精准
实验室中，穿着白大褂的博士研究生苗红妍的面前放了一个塔状金属空气颗粒物采样器，采样器大约30厘米高，由9层直径大约15厘米带有筛眼的圆盘组成，被称作颗粒物撞击式分级采样器。她在空气采样器的每层都加了一张滤膜，“这个空气采样器是通过不同层的分类过滤，让颗粒从大到小，分布在不同层的滤膜上。采样完毕后，最顶层采集的是颗粒最大的粒子，之后采集的颗粒会逐层变小，到了最下面一层，采集的是颗粒小于0.4微米的颗粒，这部分颗粒在人体内不会轻易被排出。”
苗红妍将采集后的膜剪成一半，把半张膜放入一个小瓶中，加入33毫升实验专用水，“这是要对膜上的颗粒中水溶性污染物进行分析。”
苗红妍将瓶子放入超声仪中，启动仪器，超声仪发出细微的响声，“通过高频振荡的方式，让粒子中水溶性物质从膜上溶解下来，半小时后，膜上粒子中几乎所有水溶性物质都会被萃取到水中。”
苗红妍将超声仪中的小瓶子取出，用萃取液将注射器润洗三遍后，抽出一毫升萃取液注射到离子色谱仪器中，10分钟之内，分析结果显示在仪器屏幕上，“在显示仪上显示出五个波峰，波峰越高说明离子的浓度越高，也就是这种污染物的浓度越高。这种分析法是用来分析不同粒径段颗粒物化学成分的，24小时累积采样一次，可以准确测定颗粒物的化学组成，不但是对实时在线仪器观测数据的一个补充，而且可以更深层次地解析大气中PM2.5污染的来源，为污染物排放调控措施的制定确定目标和依据。”
苗红妍拿出10月18日采样的滤膜平铺在实验台上，“采样的第二天，北京就出现了大雾。我们当时认为，大雾之前北京的天是很干净的，但是我们采样完毕后发现，北京的空气还是很脏的。”记者看到，随着颗粒直径变小，每层滤膜也发生着变化，滤膜上的黑点也越来越大，滤膜变得越来越黑。最后一层的膜上布满了米粒大小的黑色圆点，“滤膜上最脏的是附着最小的粒子，在PM1到PM2的几张滤膜上，附着的黑点非常明显，这就说明北京的空气中，小粒子现在是主要的污染物，也就是说PM2.5污染更严重。”
吉东生告诉记者，目前实验室采用的PM2.5自动观测仪器是石英微量振荡天平法的测重仪，通过颗粒物质量变化与石英微量天平振荡频率改变的定量关系测定出颗粒物的质量；累积采样、离线分析是对粒子来源解析的一种重要手段。
雾霾真凶
PM2.5以下
主要来自汽车尾气
王跃思是一名地道的北京人，“现在的实验室科研人员中，我是为数不多的北京人，所以我对家乡的空气质量就更加关心。”
申奥成功后，王跃思带领他的研究组就开始了探讨在北京监测PM2.5的可行性。经过两年的准备，实验室从国外进口了一些仪器，并自主研发了一些监测分析仪器。2003年就开始了对北京及周边区域的空气质量展开了系统监测研究，其中就包括PM2.5，“我们是独立的研究团队，是第三方的监测研究机构。通过多种技术手段、多种监测方式监测研究大气中的污染物，目的是让我们的数据具有科学性、准确性和公信力，我们的数据主要用于科学研究，并给政府部门制定环保政策提供科学基础，更重要的是监测环保措施执行的力度。”
“其实，老百姓对雾霾天气的感觉没错，环保局所公布的数据也没错，只是PM10与能见度相关性不强，也就是说公众感觉能见度不好，PM10不一定超过国家环境质量二级标准，150微克/立方米。现在大家把PM2.5炒的很热，但公众很快会听到PM1的说法，也就是比PM2.5更小的颗粒物。”王跃思认为，对能见度直接起作用的是PM1到PM0.4，因为可见光的波长与粒子的波长正好相吻合，对太阳光的散射和吸收最厉害。
“问题是如今的大气中，又细又轻的粒子多了，大的沙尘粒子少了。PM10到PM2.5为粗粒子，主要是扬沙、燃煤、柴油车和汽车扬尘等引起的，北京空气中的PM10总体下降，正是由于这部分个数少但质量大的粗粒子下降而造成的。”王跃思在研究中发现，现在沙尘只占污染物的10%，但是人为排放的其他粒子就显现出来，特征就是这些新涌现出来的粒子粒径更小，质量更轻，但数量巨大。北京的细粒子来源大约可以分为三部分，三分之一是北京自身排放，三分之一是由周边省市输送，三分之一是光化学转化的。“也就是说，消除北京大气中的细粒子，需要三分之一靠自己，三分之一靠周边，三分之一靠老天。”
“从监测数据上看，北京大气中的PM10，从2003年到现在，总体是呈现下降趋势的，平均每年大约下降2%至3%；而PM2.5在高位波动，最近两到三年，还有年均3%至4%的升高。”王跃思表示，PM2.5以下，与汽车尾气的排放关系很大，同时与汽车相关的产业，比如制造厂、修理厂和加油站等的污染物排放有关，无论是排放的细小颗粒物，还是气体污染物，都会对空气质量产生很大的影响，与汽车相关的污染物排放占到PM2.5中的50%左右。“PM2.5中还有35%的工业过程污染来源，主要是钢铁、化工和制造行业，热电厂排放大约为8%，虽然是高排高放，但在扩散条件不好的天气情况下就沉下来了。另外，居民取暖、餐饮业和养殖业等的排放还占约7%。”
王跃思认为，少开私家车、绿色出行、节约型生活方式，都能为城市的减排作出贡献。同时，联防联控是环保部门解决区域严重灰霾污染的前提条件，“京津冀要联起手来做，甚至山东、河南省也要与京津冀联合，如果只是北京自己做监测和治理PM2.5，也只是能管住自己的排放，还有三分之二的来源是北京不能控制的。”J209 王溦摄 J218
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