細(xì)微顆粒全球吐納圖

NASA繪制的一張全球空氣顆粒污染濃度圖，讓我們更直觀地了解了全世界各個地區(qū)極細(xì)微顆粒的分布，這些直徑小于2.5微米的顆粒直接與我們的心肺健康相關(guān)。

在深秋的中國深吸一口氣，空氣看起來十分清新，但說不定你已經(jīng)吸入了數(shù)百萬計對身體有傷害的細(xì)微顆粒。9月22日，美國太空總署(NASA)公布了一份全球空氣顆粒污染濃度圖。該圖用顏色標(biāo)識出了2001～2006年世界各地區(qū)的PM2.5平均值。從深藍(lán)、淺藍(lán)，到黃色、橙色以及暗紅色，表示PM2.5濃度由低到高。通過這張圖我們可以清楚地看到，全球PM2.5污染最嚴(yán)重的地區(qū)是從非洲撒哈拉沙漠延伸到中國中東部的這一大片區(qū)域。在中國的版圖上，除了西藏附近、黑龍江和內(nèi)蒙古的交界處PM2.5在10以下，其余的大部分地區(qū)污染現(xiàn)象都十分嚴(yán)重，PM2.5基本上都在20以上，無論長三角這樣的經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)還是內(nèi)蒙草原都沒有幸免，其中部分區(qū)域研PM2.5數(shù)值甚至超過了80!

什么是PM2.5?

PMZ.5，指空氣中懸浮的直徑小于或者等于2.5微米的顆粒，而PM污染濃度一般用ug/m³(微克/每立方米)作為單位。這種規(guī)格大小的細(xì)微顆粒能夠穿透我們的肺泡到達(dá)血液，也稱可入肺顆粒物。

通常在空氣質(zhì)量分析中，將總懸浮物叫做PM100，即直徑小于或者等于100微米的顆粒物。可被人體吸入的顆粒叫做PM10，人體鼻腔中的纖毛可以起到濾除這些顆粒的作用，然而微小PM25能夠穿越這種防御結(jié)構(gòu)進(jìn)入肺部深處，很可能會引起像哮喘、冠心病、支氣管炎等各種各樣的疾病。大量的研究證明PM2.5在PM10中占了很大的比例，而且越是污染嚴(yán)重的地區(qū)，PM2.5與PM10的比值也越大，一般污染較輕的城市這個比值在0.3～0.4之間，在污染較重的城市這個比值在0.5～0.7之間。

流行病學(xué)家懷疑，空氣中的細(xì)微顆粒可能導(dǎo)致每年數(shù)百萬人過早死亡。美國心臟協(xié)會(American Heart Association)估計，僅僅在美國，每年P(guān)M2.5污染就可能誘發(fā)6萬人死亡。美國的平均PM2.5只有10左右，其西部污染比東部污染輕微一些，最嚴(yán)重的地方也沒有超過20。

PM2.5中各種顆粒混雜，而且經(jīng)常有新的混合粒子產(chǎn)生，致使衛(wèi)星和地面監(jiān)測器材都很難分清每種顆粒獨自造成的影響，所以不能確定在細(xì)微顆粒中究竟是哪一種才是罪魁禍?zhǔn)祝热缌蛩猁}、硝酸鹽、細(xì)微粉塵以及其他的所有微粒中，到底哪種才是最具危害的。同時，也無法得出自然和人類因素造成的污染程度的精確百分比，但顯而易見的是，在那些污染最嚴(yán)重的地區(qū)這兩種因素都起到了推波助瀾的作用。比如在阿拉伯和撒哈拉這樣的沙漠地區(qū)，風(fēng)卷起的漫天黃沙;中國東部和印度北部高度城市化的地區(qū)，缺乏過濾裝置的工廠在燃煤過程中排放的大量硫酸鹽和煙塵粉粒;煤燃燒、汽車尾氣以及農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒也釋放了數(shù)量可觀的微粒。

用衛(wèi)星技術(shù)引領(lǐng)PM2.5研究

在許多發(fā)展中國家，由于地表空氣污染檢測器的缺乏，科學(xué)家們無法得到關(guān)于某種污染顆粒的具體數(shù)據(jù)，即使粗略的估計數(shù)字也很難得到。不過，在這次研究中。通過對2001～2006年衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集，終于完成了全球污染顆粒濃度圖的繪制工作。

研究人員在監(jiān)測的過程中，除了利用Terra衛(wèi)星上的多角度成像光譜儀(MISR)以及Aqua和Terra兩顆衛(wèi)星都擁有的中等分辨率航天成像光譜儀(MODIS)所提供的數(shù)據(jù)，也利用了一種叫做GEOS-Chem的化學(xué)傳輸模型。

成像光譜儀通常在航空遙感領(lǐng)域，用于獲得地面物體的空間分布狀態(tài)，它可以通過光譜儀得到地面物體在特定光譜域的連續(xù)光譜信息，同時用攝像光學(xué)儀器獲得物體的影像和空間信息。來自加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)(Dalhousie University)的研究人員Aaron van Donkelaar和Randall Martin將兩顙NASA衛(wèi)星的監(jiān)測儀器得到的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，得到地表與大氣之間的細(xì)微顆粒總量。再與一種綜合大氣結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成詳細(xì)情況的化學(xué)傳輸模型計算出的細(xì)微顆粒垂直分布量結(jié)合在一起，估算出各個地區(qū)的PM2 5值，最終得到了這張濃度圖。研究人員將所得到的估計值與那些發(fā)達(dá)地區(qū)的地表儀器監(jiān)測值進(jìn)行比較，結(jié)果一致，證明這種方法是可靠的。

然而，對于地面監(jiān)測系統(tǒng)比較完善的發(fā)達(dá)地區(qū)，這種方法并沒有帶來更為精確的污染數(shù)據(jù)。而且，研究人員稱，這張圖并不能一錘定音地確定PM2 5在全球的分布狀態(tài)。來自馬里蘭州NASA戈達(dá)德航天中心參與該研究的遙感專家Ralph Kahn解釋稱，盡管先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)為我們提供了一個更為清晰的細(xì)微顆粒的全球視野，但是，在某些區(qū)域，不確定因素可能致使PM2.5估計值偏低了25%甚至更多。

對PM2.5的全景式研究

這張最新的濃度圖為細(xì)微顆粒研究提供了一種全景式的信息。在其之上的相關(guān)研究，會指導(dǎo)和幫助相關(guān)的研究人員解決關(guān)于PM2.5的一系列問題。最基本的問題包括:在全球的范圍內(nèi)，空氣污染對公共健康到底造成了怎樣的影響?該圖的制作者之一馬丁說:“我們可以清楚地看到，有龐大的人口生活在顆粒污染特別嚴(yán)重的地區(qū)，然而到目前為止，還沒有人研究這對疾病和死亡率究竟造成了怎樣的影響。大部分流行病研究還是主要集中在北美和歐洲這些發(fā)達(dá)國家。”

現(xiàn)在，根據(jù)這張濃度圖以及相關(guān)的數(shù)據(jù)，流行病專家可以進(jìn)一步研究在像亞洲的新興城市、非洲北部的沙漠這些研究匱乏的地區(qū)，顆粒污染對長期居住在那里的人們的健康究竟造成了怎樣的影響。

為了對細(xì)微顆粒污染做進(jìn)一步的研究，NASA的科學(xué)家們策劃了一系列的現(xiàn)場活動和衛(wèi)星任務(wù)。例如，NASA戈達(dá)德航天中心正在擴展強化一個名為AERONET的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑺械牡乇眍w粒監(jiān)測器連接起來。明年的晚些時候，來自紐約戈這德空間研究院(GISS)的科學(xué)家也將著手分析來自衛(wèi)星Glory的第一份數(shù)據(jù)。這顆衛(wèi)星搭載了一種新型的測量設(shè)備——偏光儀，提供了一種新的測量細(xì)微顆粒特性的方式，可以與現(xiàn)有的太空氣溶膠測量技術(shù)進(jìn)行互補。