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安帕爾：為何PM2.5與PM10會“倒掛”？
2024-06-13
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什么是“倒掛”？
環境空氣質量標準中將PM10定義為環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于10μm的顆粒物，將PM2.5定義為環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于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、同時測量的PM10的濃度應該大于PM2.5。但在實際監測工作中，偶爾會出現PM2.5濃度大于PM10濃度的“怪現象”，也就是俗稱的“倒掛”。這讓公眾感到困惑，影響公眾對空氣質量狀況的理解和判斷。那么倒掛現象合理嗎？為什么會出現倒掛現象呢？
什么情況下容易出現倒掛？
一、監測儀器不同
目前，在國家環境空氣監測網內PM10監測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監測所采用的方法同樣主要有兩種，分別是β射線加動態加熱系統法和振蕩天平聯用膜動態測量系統法。
中國環境監測總站大氣監測實驗室針對各種不同的PM10與PM2.5監測方法組合分別進行試驗，發現當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行分析，發現冬、夏兩個季節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以上四個區間，分析倒掛現象發生時PM2.5的濃度分布情況。
結果表明，對于PM2.5小時濃度而言，大于150μg/m3時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，出現倒掛的幾率最高。
為什么會出現倒掛？
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，但當環境中PM2.5占PM10的比例較高時，PM2.5與PM10的濃度本身就極為接近。譬如北方某城市2016年PM2.5日均值占PM10的比例平均為78.3%，其中占比超過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，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生。
二、PM10與PM2.5采用不同的監測方法
目前，常見的顆粒物監測方法主要有振蕩天平法、β射線法兩個大類, 我國環境空氣監測網主要使用β射線法類儀器。隨著技術的進步，β射線法類儀器又分為采樣管恒溫加熱、動態加熱等類型；振蕩天平法類儀器又分為單純的振蕩天平法和聯用膜動態測量系統的振蕩天平法等類型。
1 是否增加膜動態補償系統
由于振蕩天平法在測量過程中為了防止空氣中水分對測量過程的影響，需將采集樣品后的濾膜加熱并保持在50℃，加熱時顆粒物中的“揮發性組分”會發生揮發而造成損失。聯用膜動態補償法后，增加了樣氣除濕裝置，而不需將樣品高溫加熱，同時利用補償系統對揮發性組分的揮發損失進行了補償，因此振蕩天平法聯用膜動態補償法后測得結果會高于振蕩天平法。
2 是否采用動態加熱
對于β射線法，采樣管采用恒溫加熱時，長時間加熱也將造成顆粒物中部分揮發性組分的損失；而當采用動態加熱時，由于可以根據空氣中相對濕度的大小自動調節加熱溫度，在防止采樣管結露的同時，最大限度地減少了采樣管加熱造成的揮發性組分損失，因此采用動態加熱時測得結果會高于恒溫加熱法。
PM2.5與PM10監測方法不同會導致倒掛。由于我國多數站點PM10監測起步于2002年左右，基于當時的監測技術水平，多采用了傳統監測技術，部分儀器尚未更新膜動態測量系統或動態加熱系統。而PM2.5基本上自2013年以后才開始監測，伴隨著技術的進步，普遍采用了最新的監測技術。這樣在同一站點，如果只有PM2.5監測儀器加裝了膜動態補償/動態加熱系統，而PM10沒有加裝，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，建議各地開展PM10與PM2.5監測時，盡可能選用同樣原理的自動監測設備，并根據目前對顆粒物監測技術的最新認識，同時選用振蕩天平聯用膜動態補償系統法或β射線加動態加熱系統法，同步開展PM10與PM2.5監測，可有效降低倒掛現象的出現的幾率。
