Introduc)on  in  PM2.5  measurements  in    Urban  China  

(中国城市空气颗粒物PM2.5监测简介)  

Roeland  Jansen  

PhD  Student,  Fudan  University  

Green  Drinks  China,  Shanghai,  August  9,  2012  

My  presenta)on    

•  Introduc)on  in  PM2.5  • Why  people  talk  about  it?    

– (为什么人们开始讨论？)  

• How  to  characterize  PM2.5?  – (PM2.5的特征是什么？)  

• Where  PM2.5  comes  from  and  where  it  goes?  – (PM2.5的来源和转化？)  

• Why  some  days  are  nice  and  most  days  are  not  so  nice?  – (为什么空气质量时好时坏？)  

• What  can  we  do  with  our  measurements?  – (我们如何进行监测？)  

Why  people  talk  about  PM2.5  and  what  are  they  talking  about?  

(为什么人们开始讨论研究PM2.5  关于它的关键问题是什么？)  

Effect  on  humans  (对人类的影响)  •  Most  harmful  for:    

• Elderly,    • Children  (0-­‐7  years)  and    • People  with  Asthma  • People  with  heart  disease  

•  Most  harmful  are  the  “human  body  unknown  species”  such  as  trace  elements  (=heavy  metals)  and  elemental  carbon  which  are  inside  PM2.5    

•  Don’t  do  any  physical  ac)vi)es  with  high  PM,  don’t  go  running.  Instead  go  aXer  a  rain  period  or  period  with  strong  wind.  

Effect  on  the  Environment    (对环境的影响)  

•  Dry  deposi)on:  gravity,  wind,  buildings,  trees  • Wet  deposi)on:  rain,  snow,  etc.  

Global  warming  effect.  

What  does  PM  look  like?  (PM的结构?)  

Aerodynamic  diameter  “dp”  

PM10  dp  ≤  10  μm  (about  1/6  of  a  human  hair)  PM2.5  dp  ≤  2.5  μm  (about  1/24  of  a  human  hair)  Expressed  in  μg/m3  

d  =  1  cm  I  =  1  cm3  Inside  are  up  to  10000  par)cles  

This  means  that  every  breath  you  take  contains  about  5000000  par)cles  

What  does  PM  look  like?  

Reprinted  from  Fu  et  al.,  2012  

Names  and  standards(命名和标准)  

•  PM  =  par)culate  maber  •  PM  =  Aerosols  =  Par)cles  =  solid/liquid  dispersed  in  the  atmosphere  

•  Standard  comes  from  Ministry  of  Environmental  Protec)on  (MEP)  and  is    

• Annual  Average  =  35  μg/m3  (2010  BJ:  75  and  SH:  50)1  

• Compare  Annual  Average  set  by  USA  MEP  is  15  μg/m3    

1  Ministry  of  Environmental    Protec)on  and  Shanghai  Environmental  Monitoring  Center  

Where  does  PM2.5  come  from?  The  “Natural”  sources  (来源)  

Sea:  NaCl  

Desert:  SiO2  (=sand)  

Vulcano:  Sulfate  Calcium  Aluminium  

Where  does  PM2.5  come  from?  The  human  or  “Anthropogenic”  sources  (=harmful)  

NOx  SO2  VOC  OH  NH3  

Local  sources  and  transport  from  point  sources  

Xiamen  

Beijing  

Nice  day!  (晴空万里)    

Not  so  nice  day!（天气阴霾）  

That’s  why  some  days  are  nice  and  most  are  not  so  nice!  

Reprinted  from    Jacob  

Where  does  PM2.5  go?  (沉降过程)  •  Dry  deposi)on:  gravity,  wind,  buildings,  trees  •  Wet  deposi)on:  rain,  snow,  etc.  •  Chemical  conversion  by  oxida)on  •  Transport  in  the  Environment  

Transport  in  the  Environment  

Reprinted  from  NASA  (Science  vol.  300:  1103-­‐1104,  1996)  Picture  taken  at  278  km  height  

在环境中的迁移

Situa)on  in  China  

0  

5  

10  

15  

20  

25  

30  

China   US   EU  

Energy  use  (1.000  TWh)  1990  

Data  from  OECD,  IEA  

0  

5  

10  

15  

20  

25  

30  

China   US   EU  

Energy  use  (1.000  TWh)  1990-­‐2008  

1990   2008   1990   2008   1990   2008  

Data  from  OECD,  IEA  

146  

20   7   0  

20  

40  

60  

80  

100  

120  

140  

160  

0  

5  

10  

15  

20  

25  

30  

China   US   EU  

Energy  use  (1.000  TWh)  1990-­‐2008  

1990   2008   1990   2008  1990   2008  

Data  from  OECD,  IEA  

17   22  5   0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

70  

80  

90  

100  

0  

200  

400  

600  

800  

1000  

1200  

1400  

China   US   EU  

PopulaGon  Growth  from  1990-­‐2008  (million)  and  in  %  

1990   2008   1990   2008   1990   2008  

Data  from  OECD/World  Bank  

111  

-­‐2  1  

-­‐10  

10  

30  

50  

70  

90  

110  

130  

0  

10000  

20000  

30000  

40000  

50000  

60000  

70000  

80000  

90000  

China   US   EU  

Energy  use  (kWh)  per  capita  1990-­‐2008  in  %  

1990   2008  

Effect  with  Increasing  wealth    

1990   2008  1990   2008  

Data  from  OECD,  IEA  and  World  Bank  

Economics  and  rela)on  with  the  Environment  

•  Increase  in  Energy  needs  is  supplied  by  Coal  factories(煤矿厂供应了不断增加的能量需求):  

• Burning  Coal  is  a  major  contribu)on  to  Air  Pollu)on  • 70%  of  the  Energy  in  China  is  from  Coal  

• Every  7  to  10  days  a  new  Coal  factory  opens  • 30%  of  the  world  (2003)  

•  Increase  in  traffic  

•  Increase  in  Agriculture  •  All  have  a  big  impact  on  the  environment  

Why  China  is/was  so  bad?  (为什么中国污染这么严重？)  

•  Lack  of  Environmental  awareness  for  decades;  

–  (数十年来缺少环保意识)  •  Low  efficiency  of  Coal  factories;  

–  (煤矿工厂能效利用率低下)  •  High-­‐pollu)ng  vehicles;  –  (车辆尾气污染严重)  

•  Economic  growth  more  important  than  the  Environment?  –  (经济发展利益高于环境利益)  

•  But  things  are  changing…  –  (然而情况正在改变…….)  

Sample  and  analyze  PM2.5  

(PM2.5的采样和分析)  

Filter  measurements  (过滤器监测)  

Collected  aerosol  mass  M  on  filter  (eg  24  hrs)

Air Pump Flow control

PM2.5 Inlet MassConc=  Mass  before-­‐  Mass  aXer  (Mass  24hr-­‐Mass  t0)  /  airflow  

Eg:  3020  ug  –  1100  ug  /  1  m3/hr    =  80  ug/m3  

What’s  inside  a  PM2.5?    (PM2.5的组成)  

Filter    

Collected  aerosol  mass  M  on  filter  (eg  24  hrs)

Air Pump Flow control

PM2.5 Inlet

Filter  

Collected  aerosol  mass  M  on  filter  (eg  24  hrs)

Air Pump Flow control

PM2.5 Inlet

General  composi)on  

Very  Harmful!!  

Measurements  in  Shanghai  (PM2.5在上海的监测情况)  

•  24  sta)ons  to  monitor  PM2.5  – (有24所监测站)  

•  Scien)sts  es)mate  that  ~50%  of  PM2.5  comes  from  vehicle  exhaust.  – (据科学家估计有约50%的PM2.5来自于汽车尾气)  

•  Each  sta)on  costs  about  80.000  –  380.000  RMB  – (每所监测站的平均费用在80.000  –  380.000  元)  

•  Hourly  data  (available  for  public)  – (实时数据（对公众开放）)  

Towards  a  solu)on?  

What  does  the  government  do  (政府有何措施？):  

• Eliminate  150.000  high-­‐pollu)ng  cars  by  2014;  – (到2014年淘汰150000辆重污染型汽车)  

• Improve  fuel  oil,  gasoline  and  diesel  quality;    – (提升燃油，汽油，柴油的质量)  

• Lower  the  amount  of  sulfur  in  gasoline;  – (减少汽油中的含硫量)  

• Control  of  dust  in  construc)on  sites;  – (有效控制建筑工地的扬尘)  

• Coal-­‐fired  boilers  replaced  with  cleaner  energy  hea)ng;  – (用清洁能源代替燃烧煤矿资源)  

Fudan:  4th  Teaching  building  

Our  current  research:  Visibility  

Reprinted  from  Malm,  1999.  

Hangzhou  site  in  ZheJiang  Uni  

App  

•  hbp://air.fresh-­‐ideas.cc/en/  

Thank  you!  

And  special  thanks  to  Annie  (刘佳)    

SCIENCE: