談談大氣顆粒物的分類和命名

劉志榮

（中國環境出版社，北京 100062）

大氣顆粒物（Particulate mater）是指大氣中固態或液態的懸浮性物質。其來源有自然源和人為源兩個方面，前者主要來自地面揚塵、海水濺沫蒸發而成的鹽粒、火山噴發的散落物、森林火災產生的煙塵，以及生物釋放的花粉、菌類孢子和微生物等；后者主要來自燃料燃燒、冶煉、粉碎、篩分、輸送、爆破、農藥噴灑等工農業生產過程，以及人們生活活動等排放的大氣顆粒物。

大氣顆粒物主要是自然過程產生的，但在局部地區（如人口集中的大城市和工礦區），人類活動釋放的大氣顆粒物較多，并成為這些地區大氣污染的首要污染物。因此，大氣顆粒物受到人們日益廣泛的關注。但是，其分類和命名至今尚無統一的標準和方法。本文試就這一問題進行一點探討，以供研究參考。

一 分類與定義

大氣顆粒物的大小、形狀和性質各異，按其特性、測量方法和研究目的等不同，有多種分類和描述方法。就大氣顆粒物粒徑的描述來說，可因測量方法不同而表述為光學等效直徑、體積等效直徑、空氣動力學等效直徑等。其中空氣動力學等效直徑較常用，即在氣流中，如果待測大氣顆粒物與一個有單位密度的球形顆粒物的空氣動力學效應相同，則這個球形顆粒物的直徑就被定義為待測顆粒物的空氣動力學等效直徑（本文所采用的大氣顆粒物的直徑數據，均為空氣動力學等效直徑）。而大氣顆粒物的分類和定義，常見的則有以下幾種：

1.按物理狀態分類

按大氣顆粒物的物理狀態分類，可分為固態、液態和固液混合態顆粒物。

固態大氣顆粒物主要是煙（smoke）和粉塵（dust）。煙是指燃燒過程產生的或燃燒產生的氣體轉化形成的顆粒物，其粒徑為0.01～1μm（微米）；粉塵是指工業生產中的破碎和運轉作業所產生的顆粒物，其粒徑大于1μm。也有學者認為，粉塵是指1～75μm的大氣顆粒物，而小于1μm的粉塵稱為亞微粉塵[1]。

液態大氣顆粒物主要是霧（fog）和霧塵或塵霧（dust fog）。霧是大量微小水滴或冰晶形成的懸浮體系，按其對大氣能見度的影響可分為濃霧和輕霧，其粒徑分別小于10μm和大于40μm。塵霧是工業生產中的過飽和蒸氣為凝結核凝聚，以及化學反應和液體噴霧所形成的懸浮體系。一般認為塵霧的粒徑小于10μm[1]。

固液混合態顆粒物主要是煙塵（flue dust），是指燃燒、冶煉等工業生產過程中釋放的塵粒為凝結核所形成的煙、霧混合體系，其粒徑一般小于1μm。

2.按沉降特性分類

按大氣顆粒物的沉降特性分類，可分為降塵（dustfall）和飄塵（floating dust）。

降塵是指在重力作用下能較快沉降的大氣顆粒物，其粒徑大于30μm以上，自然沉降速度一般在1cm/s以上。也有學者認為，粒徑10μm以上的大氣顆粒物，均能在較短時期內沉降，如粒徑為10μm的顆粒物，其沉降速度為0.3cm/s左右，因此，將10μm以上的大氣顆粒物統稱為降塵。飄塵是指能在相當長的時期內漂浮在大氣中的顆粒物，其粒徑小于10μm，自然沉降很難，有的需要數月或數年的時間[2]。

3.按粒徑大小分類

大氣顆粒物的粒徑與其沉降速度密切相關。一般情況下，顆粒物粒徑越小，沉降速度越慢；反之，則越快。因此，大氣顆粒物按粒徑大小分類與其沉降特性相混合，形成降塵（dustfall）、飄塵（floating dust）、細粒子（fine Particle；fine Particulate matter）、超細粒子（ultrafine Particle；ultrafine Particulate matter）等術語概念[3]。其中細粒子、超細粒子分別指粒徑小于2.5μm和0.1μm的大氣顆粒物。也有學者將大氣顆粒物按其粒徑分為粗粒子（coarse Particle）和細粒子兩大類，將粒徑大于2.5μm的大氣顆粒物統稱為粗粒子。

4.按可進入呼吸系統的粒徑范圍分類

不同粒徑的大氣顆粒物可進人和沉積于呼吸系統的不同部位，并以此為依據，引人了可吸人顆粒物（inhalable Particles）的概念。國際標準化組織建議可吸人顆粒物的粒徑定義為小于或等于10μm的粒子，有關研究資料說明，可吸人顆粒物中，粒徑大于5μm的多阻留于上呼吸道；粒徑小于5μm的可進人下呼吸道，并在氣管、支氣管和肺泡中滯留或沉積，尤其是粒徑小于2.5μm的顆粒物，可進人肺泡中，對人體造成的危害尤為嚴重[4-5]。

5.按其他特性分類

仍有多種分類和命名，如大氣顆粒物按其主要成分，分為有機、無機和生物性顆粒物；按其物理化學性狀在大氣環境中的變化分為一次顆粒物和二次顆粒物。一次顆粒物是指自然或人類活動直接釋放到大氣中的顆粒物；二次顆粒物是指進人大氣中的顆粒物通過化學反應或物理化學過程轉化形成的顆粒物。此外，大氣顆粒物還可以按其吸濕性，分為吸濕性、親水性和非吸濕性、憎水性大氣顆粒物；按大氣顆粒物的形成狀態，分為分散性、凝聚性大氣顆粒物；按大氣顆粒物的粒度模態，分為愛根核模、積聚核模和粗粒子模等。

二 原則與方法

大氣顆粒物的各種粒子，按其分類和定義進行命名，須滿足專有名詞術語的基本要求。一般說來，其命名主要應具有單義性和科學性。其命名方法主要是在這一專業的知識體系，運用系統性原理進行全面、統一的分析研究，并按系統性原則確定其命名。

1.關于術語的單義性和科學性

專有術語所表達的概念應具有特定含義和準確的語義范圍。它不僅應與相近的術語概念相區別，在其專業范圍內具有單義性；而且其定義所標記的概念應反映其本質特征，其知識內容具有科學性。比如在大氣顆粒物研究中，粒徑大于10μm的顆粒物稱為降塵，小于10μm的稱為飄塵，其語義范圍是準確的。當然，從定義科學性和完整性考慮，將降塵定義為“粒徑大于10μm，自然沉降速率0.3cm/s以上的大氣顆粒物”，將飄塵定義為“粒徑小于10μm，自然沉降速率0.3cm/s以下的大氣顆粒物”，不僅反映了降塵和飄塵的本質差異，而且揭示了降塵和飄塵所存在的現象的不同，有利于強化降塵和飄塵與其定義的聯系，是一個科學、完整的定義。

中國在1982 年首次頒布的《大氣環境質量標準》中，將大氣環境的飄塵濃度限值作為大氣環境質量的參考標準。在1996 年修訂的《環境空氣質量標準》中，將飄塵改稱為可吸人顆粒物（inhalable Particles）作為正式標準。此后，飄塵和可吸人顆粒物在一些文獻中被作為同義詞或術語，筆者認為是不準確的。實際上，飄塵和可吸人顆粒物盡管都是指粒徑小于10μm的顆粒物，但前者所涵蓋的知識內容是能較長時間內飄浮于大氣中的顆粒物，而后者則是指能進人人類呼吸系統的顆粒物，其概念是不應混淆的。當然，有些術語可用于不同專業范圍，如描述大氣顆粒物的煙和霧等術語，雖然同屬于描述大氣顆粒物的物理狀態的術語，但這些術語，在其他專業領域也被使用，這是常見的術語現象，并不會因此而損害其單義性，也不會因此而影響其概念的科學性。

2.術語的系統性命名

在一個學科或知識門類中，每個術語的地位和命名，只有在其專業范圍的概念體系中，依據其本質特性進行統一的區分，才能加以規定。在大氣顆粒物研究的專業范圍內，如按大氣顆粒物的粒徑大小這一本質特征分類和命名，分為降塵、飄塵，或是分為粗粒子、細粒子，都是符合系統性的統一分類和命名原則的。而將其分為降塵和可吸人顆粒物，或分為可吸人顆粒物和細粒子，顯然是把不同分類方法所確定的術語混編在一起，是不具有術語的系統性，也不利于知識概念體系的標記[6]。

三 問題與思考

在大氣顆粒物研究中，人們從各自的研究角度采用不同分類方法，確定和使用不同的術語，這是無可非議的。但在實際應用仍存在一些值得探討的問題，主要是：

1.術語的系統結構問題

一個學科或知識門類，其知識概念是通過相應的術語為載體進行規范的。知識概念系統和結構，也相應形成術語的系統和結構。例如，大氣顆粒物按其粒徑大小，采用超粗粒子、粗粒子、細粒子和超細粒子等術語來描述和標記，就是按統一的分類原則，形成的科學術語系統和結構。在環境科學領域，為定量定性描述和評價大氣環境質量，選用總懸浮顆粒物（total susPended Particulate）、可吸人顆粒物和細粒子等術語，并分別記為TSP、IP（或PM10）和PM2.5等。其中TSP是指懸浮于大氣中各種不同粒徑的顆粒物的總稱。是用標準大容量顆粒采樣器（流量1.1～1.7m3/min）在采樣效率接近100%濾膜上采集已知體積的顆粒物，在恒溫恒濕條件下，稱量采樣前后采樣膜質量變化，從而確定采集到的顆粒物質量，再除以采樣體積，求得大氣顆粒物的質量濃度，這一數據通常被稱為總懸浮顆粒物。其粒徑在100μm以下，多數在10μm以下。PM10和PM2.5則是用于反映大氣顆粒物污染的典型狀況。一般情況下，城市大氣顆粒物按體積或質量分布，在粒徑10μm左右處有一個峰值，主要是地面揚塵和工業粉塵造成的；在粒徑2.5μm之后，還有峰值，主要是燃料燃燒及其轉化過程產生的顆粒物。從大氣環境質量監測和評價角度，選用TSP、PM10、PM2.5等為參數，能較好地反映大氣環境質量特性。但從大氣顆粒物分類和命名的角度來說，總懸浮顆粒物、可吸人顆粒物、細粒子等術語，是運用不同分類方法所定義的術語，不能形成并不應用于描述大氣顆粒物的術語系統結構的。

此外，在大氣顆粒物研究中，即使是按系統性和統一性原則對其進行分類和命名，也會形成術語系統結構不完整的問題。例如，按顆粒物沉降特性分類命名，如果將降塵粒徑規定為大于30μm的粒子，將飄塵粒徑規定為小于10μm的粒子，那么，粒徑為10～30μm的粒子，也需要確定一個術語予以標記。否則，也不能形成完整的術語系統結構。

2.術語的層次結構問題

一個學科或知識門類，其知識概念的層次結構，也相應決定了其術語的地位和層次。例如，在大氣顆粒物的研究中，引人了可吸人顆粒物這一術語，其含義可認為是可吸人呼吸道（包括鼻、咽、喉、氣管、支氣管等）和肺（包括肺葉支氣管、肺段支氣管、細支氣管、呼吸性細支氣管、肺泡道、肺泡等）的顆粒物的總稱。如果再引人可人肺顆粒物這一術語，并將其定義為粒徑小于2.5μm的顆粒物，那么也應引人可人呼吸道顆粒物這一術語，并將其定義為粒徑為2.5～10μm的顆粒物。顯然，這兩個術語屬于同一層次，并同位于可吸人顆粒物的下一層次的。也就是說，可吸人顆粒物和可人肺顆粒物、可人呼吸道顆粒物是地位不同的、具有層次結構的術語概念。

四 結語

大氣顆粒物是大氣環境的重要組成部分，它不僅影響人體健康和造成大氣污染危害，而且直接參與大氣的干沉降、濕沉降（雨、雪、霜、霧等）過程和大氣的化學反應和變化。另一方面，大氣顆粒物能夠吸收或散射太陽光，使大氣能見度降低，削弱太陽輻射，影響環境熱平衡，進而導致環境溫度和生態系統的變化。因此，大氣顆粒物的研究成為大氣科學和環境科學研究的熱點領域，尤其是關于大氣顆粒物的濃度和化學組分的測定，其來源和歸宿的研究以及產生的環境效應和危害的探索，受到各國科學家高度關注。與此同時，有關大氣顆粒物的一些原有的術語被更多人所認識，一些新的術語也接踵進人人們的視野。因此，構建科學的大氣顆粒物術語體系，已成為一項亟待強化的基礎理論研究工作。本文所談的內容，只是一點學習心得，不妥之處敬請專家和讀者指正。