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X為何PM2.5與PM10會“倒掛”？
2020年07月27日
什么是“倒掛”？
環(huán)境空氣質量標準中將PM10定義為環(huán)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(huán)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(jiān)測工作中，偶爾會出現(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，影響公眾對空氣質量狀況的理解和判斷。那么倒掛現(xiàn)象合理嗎？為什么會出現(xiàn)倒掛現(xiàn)象呢？
什么情況下容易出現(xiàn)倒掛？
一、監(jiān)測儀器不同
目前，在國家環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)內PM10監(jiān)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(jiān)測所采用的方法同樣主要有兩種，分別是β射線加動態(tài)加熱系統(tǒng)法和振蕩天平聯(lián)用膜動態(tài)測量系統(tǒng)法。
中國環(huán)境監(jiān)測總站大氣監(jiān)測實驗室針對各種不同的PM10與PM2.5監(jiān)測方法組合分別進行試驗，發(fā)現(xiàn)當PM10采用振蕩天平法儀器監(jiān)測，出現(xiàn)倒掛的概率較高。
二、季節(jié)
我國大部分地區(qū)，冬、春、夏、秋四個季節(jié)的溫度、濕度存在明顯差異，對不同季節(jié)倒掛現(xiàn)象出現(xiàn)的概率進行分析，發(fā)現(xiàn)冬、夏兩個季節(jié)PM2.5與PM10出現(xiàn)倒掛的幾率相對較高，而春、秋季節(jié)倒掛現(xiàn)象出現(xiàn)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(qū)間，分析倒掛現(xiàn)象發(fā)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(xiàn)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(qū)間時，出現(xiàn)倒掛的幾率最高。
為什么會出現(xiàn)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，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(shù)高達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(jiān)測結果也能看到倒掛發(fā)生。
二、PM10與PM2.5采用不同的監(jiān)測方法
目前，常見的顆粒物監(jiān)測方法主要有振蕩天平法、β射線法兩個大類, 我國環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)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(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)用膜動態(tài)測量系統(tǒng)的振蕩天平法等類型。
1 是否增加膜動態(tài)補償系統(tǒng)
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(fā)性組分”會發(fā)生揮發(fā)而造成損失。聯(lián)用膜動態(tài)補償法后，增加了樣氣除濕裝置，而不需將樣品高溫加熱，同時利用補償系統(tǒng)對揮發(fā)性組分的揮發(fā)損失進行了補償，因此振蕩天平法聯(lián)用膜動態(tài)補償法后測得結果會高于振蕩天平法。
2 是否采用動態(tài)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(fā)性組分的損失；而當采用動態(tài)加熱時，由于可以根據(jù)空氣中相對濕度的大小自動調節(jié)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(fā)性組分損失，因此采用動態(tài)加熱時測得結果會高于恒溫加熱法。
PM2.5與PM10監(jiān)測方法不同會導致倒掛。由于我國多數(shù)站點PM10監(jiān)測起步于2002年左右，基于當時的監(jiān)測技術水平，多采用了傳統(tǒng)監(jiān)測技術，部分儀器尚未更新膜動態(tài)測量系統(tǒng)或動態(tài)加熱系統(tǒng)。而PM2.5基本上自2013年以后才開始監(jiān)測，伴隨著技術的進步，普遍采用了最新的監(jiān)測技術。這樣在同一站點，如果只有PM2.5監(jiān)測儀器加裝了膜動態(tài)補償/動態(tài)加熱系統(tǒng)，而PM10沒有加裝，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，建議各地開展PM10與PM2.5監(jiān)測時，盡可能選用同樣原理的自動監(jiān)測設備，并根據(jù)目前對顆粒物監(jiān)測技術的最新認識，同時選用振蕩天平聯(lián)用膜動態(tài)補償系統(tǒng)法或β射線加動態(tài)加熱系統(tǒng)法，同步開展PM10與PM2.5監(jiān)測，可有效降低倒掛現(xiàn)象的出現(xiàn)的幾率。
