1、大大 气气 卫卫 生生郭郭 新彪新彪北京大学公共卫生学院北京大学公共卫生学院 大气圈大气圈(atmospheric sphere)(atmospheric sphere)是指包围在地球表面，并随地球是指包围在地球表面，并随地球旋转的空气层，其厚度约为旋转的空气层，其厚度约为200020003000km3000km以上，没有明显的上界。以上，没有明显的上界。大气给生活在地球上的生命体以营养物，并保护它们免遭来自外层大气给生活在地球上的生命体以营养物，并保护它们免遭来自外层空间的有害影响。植物进行光合作用所需的二氧化碳、动物和人呼空间的有害影响。植物进行光合作用所需的二氧化碳、动物和人呼吸所需的氧
2、气以及固氮菌所用的氮都由大气提供。此外，大气还行吸所需的氧气以及固氮菌所用的氮都由大气提供。此外，大气还行使着把水分从海洋输送到陆地的功能。人通过呼吸与外界进行气体使着把水分从海洋输送到陆地的功能。人通过呼吸与外界进行气体交换，从空气中吸收氧气，呼出二氧化碳，以维持生命活动。一个交换，从空气中吸收氧气，呼出二氧化碳，以维持生命活动。一个成年人通常每天呼吸成年人通常每天呼吸2 2万多次，吸入万多次，吸入101015m15m3 3的空气。因此，空气的的空气。因此，空气的清洁程度及其理化性状与人类健康关系十分密切。清洁程度及其理化性状与人类健康关系十分密切。大气的结构大气的结构 随着距地面的高度不同
3、，大气层的物理和化学性随着距地面的高度不同，大气层的物理和化学性质有很大的变化。按气温的垂直变化特点，可将大气质有很大的变化。按气温的垂直变化特点，可将大气层自下而上分为对流层、平流层、中间层（上界为层自下而上分为对流层、平流层、中间层（上界为85km85km左右）、热成层（热层、暖层）（上界为左右）、热成层（热层、暖层）（上界为800km800km左左右）和逸散层（没有明显的上界）。右）和逸散层（没有明显的上界）。对流层对流层 对流层对流层(troposphere)(troposphere)是大气圈中最靠近地面的一层，平均厚度是大气圈中最靠近地面的一层，平均厚度约约12km12km。对流层集
4、中了占大气总质量。对流层集中了占大气总质量75%75%的空气和几乎全部的水蒸汽的空气和几乎全部的水蒸汽量，是天气变化最复杂的层次。该层的特点有：量，是天气变化最复杂的层次。该层的特点有：气温随着高度的气温随着高度的增加而降低。这是由于对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量，增加而降低。这是由于对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量，但能吸收地面反射的能量所致。但能吸收地面反射的能量所致。空气具有强烈的对流运动。近地空气具有强烈的对流运动。近地表的空气接受地面的热辐射后温度升高，与高空的冷空气形成垂直表的空气接受地面的热辐射后温度升高，与高空的冷空气形成垂直对流。对流。 人类活动排入大气的污染物
5、绝大多数在对流层聚集。因此，对流人类活动排入大气的污染物绝大多数在对流层聚集。因此，对流层的状况对人类生活的影响最大，与人类关系最密切。层的状况对人类生活的影响最大，与人类关系最密切。平流层平流层 平流层平流层(stratosphere)(stratosphere)位于对流层之上，其上界伸展位于对流层之上，其上界伸展至约至约55km55km处。在平流层的上层，即处。在平流层的上层，即303035km35km以上，温度随高以上，温度随高度升高而升高。在度升高而升高。在303035km35km以下，温度随高度的增加而变化以下，温度随高度的增加而变化不大，气温趋于稳定，故该亚层又称为同温层不大，气温
6、趋于稳定，故该亚层又称为同温层(isothermal (isothermal layer)layer)。平流层的特点是空气气流以水平运动为主。在高约。平流层的特点是空气气流以水平运动为主。在高约151535km35km处有厚约处有厚约20km20km的臭氧层，其分布有季节性变动。臭的臭氧层，其分布有季节性变动。臭氧层能吸收太阳的短波紫外线和宇宙射线，使地球上的生物氧层能吸收太阳的短波紫外线和宇宙射线，使地球上的生物免受这些射线的危害，能够生存繁衍。免受这些射线的危害，能够生存繁衍。大气的组成大气的组成 自然状态下的大气是由混合气体、水汽和悬浮颗自然状态下的大气是由混合气体、水汽和悬浮颗粒组成。
7、除去水汽和悬浮颗粒的空气称为干洁空气。粒组成。除去水汽和悬浮颗粒的空气称为干洁空气。干 洁 空 气 的 组 成 空 气 成 分 容 积 百 分 比 （ 20 ， 1个 大 气 压 ） 氮 (N2) 78.10 氧 (O2) 20.93 二 氧 化 碳 (CO2) 0.03 氩 (Ar) 0.93 氖 (Ne) 0.0018 氦 (He) 0.0005 大气的物理性状大气的物理性状n太阳辐射太阳辐射n气象条件气象条件n空气离子空气离子太阳辐射太阳辐射 太阳辐射太阳辐射(solar radiation)(solar radiation)是产生各种天气现象的根本是产生各种天气现象的根本原因，同时也是
8、地表上光和热的源泉。紫外线具有色素沉着、原因，同时也是地表上光和热的源泉。紫外线具有色素沉着、红斑、抗佝偻病、杀菌和免疫增强作用；过强的紫外线可致红斑、抗佝偻病、杀菌和免疫增强作用；过强的紫外线可致日光性皮炎和光电性眼炎、甚至皮肤癌等；紫外线还与大气日光性皮炎和光电性眼炎、甚至皮肤癌等；紫外线还与大气中的某些二次污染物形成有关，例如光化学烟雾和硫酸雾等。中的某些二次污染物形成有关，例如光化学烟雾和硫酸雾等。可见光综合作用于机体的高级神经系统，能提高视觉和代谢可见光综合作用于机体的高级神经系统，能提高视觉和代谢能力，平衡兴奋和镇静作用，提高情绪与工作效率，是生物能力，平衡兴奋和镇静作用，提高情绪
9、与工作效率，是生物生存的必须条件。红外线的生物学作用基础是热效应，适量生存的必须条件。红外线的生物学作用基础是热效应，适量的红外线可促进人体新陈代谢和细胞增生，具有消炎和镇静的红外线可促进人体新陈代谢和细胞增生，具有消炎和镇静作用；过强则可引起日射病和红外线白内障等。作用；过强则可引起日射病和红外线白内障等。气象因素气象因素 气象因素与太阳辐射综合作用于机体，对机体的冷热感气象因素与太阳辐射综合作用于机体，对机体的冷热感觉、体温调节、心血管功能、神经功能、免疫功能和新陈代觉、体温调节、心血管功能、神经功能、免疫功能和新陈代谢功能有调节作用。如果气候条件变化过于激烈，超过人体谢功能有调节作用。如
10、果气候条件变化过于激烈，超过人体的代偿能力，例如酷暑、严寒和暴风雨等，可使机体代偿能的代偿能力，例如酷暑、严寒和暴风雨等，可使机体代偿能力失调，引起心血管疾病、呼吸系统疾病和关节病等，并与力失调，引起心血管疾病、呼吸系统疾病和关节病等，并与居民的超额死亡有关，患者主要是心脑血管疾病的病人和居民的超额死亡有关，患者主要是心脑血管疾病的病人和6565岁以上的老人。岁以上的老人。空气离子空气离子 大气中带电荷的物质统称为空气离子。根据空气离大气中带电荷的物质统称为空气离子。根据空气离子的大小以及运动速度对其分类，近地表大气中存在的子的大小以及运动速度对其分类，近地表大气中存在的空气离子有轻离子空气离
11、子有轻离子(light ions)(light ions)和重离子和重离子(heavy ions)(heavy ions)两类。轻离子与空气中的悬浮颗粒或水滴结合，形成重两类。轻离子与空气中的悬浮颗粒或水滴结合，形成重离子。因此，新鲜的清洁空气中轻离子浓度高，而污染离子。因此，新鲜的清洁空气中轻离子浓度高，而污染的空气中轻离子浓度低。空气中重离子数与轻离子数之的空气中轻离子浓度低。空气中重离子数与轻离子数之比比5050时，则空气较为清洁。时，则空气较为清洁。轻离子和重离子的比较 轻离子 重离子 直径（cm） 4 10-8 80 10-8 运动速度（cm/s） 阳离子：1.36 阴离子：2.1
12、0.010.0005 空气中的浓度（个/m3） 陆地 3 10820 108 1 10108 1010 海洋 5 1087 108 2 108 大气污染的来源大气污染的来源n天然污染天然污染(natural pollution) 火山爆发、森林火灾等n人为污染人为污染(anthropogenic pollution) 工农业生产 生活炉灶和采暖锅炉 交通运输 其他 一般认为，空气阴离子对机体具有镇静、催眠、镇痛、镇咳、降压等作用，而阳离子作用则相反，可引起失眠、头痛、烦躁、血压升高等。海滨、森林、瀑布附近等环境中，大气中阴离子含量较多，有利于机体健康。工农业生产工农业生产 各种工业企业是大气污
13、染的主要来源，也是大气卫生防护各种工业企业是大气污染的主要来源，也是大气卫生防护的重点。工业企业排放的污染物主要来源于燃料的燃烧和工业的重点。工业企业排放的污染物主要来源于燃料的燃烧和工业生产过程。据统计，生产过程。据统计，20052005年，我国二氧化硫排放量为年，我国二氧化硫排放量为2549.32549.3万万吨（其中，工业排放量为吨（其中，工业排放量为2168.42168.4万吨，生活排放量为万吨，生活排放量为380.9380.9万万吨）；烟尘排放量为吨）；烟尘排放量为1182.51182.5万吨（其中，工业排放量为万吨（其中，工业排放量为948.9948.9万万吨，生活排放量为吨，生活
14、排放量为233.6233.6万吨）；工业粉尘排放量为万吨）；工业粉尘排放量为911.2911.2万吨。万吨。 农业生产中化肥的施用、农药的喷洒以及秸杆的焚烧也会造农业生产中化肥的施用、农药的喷洒以及秸杆的焚烧也会造成大气的污染。成大气的污染。工业生产工业生产n燃料的燃烧燃料的燃烧n工业生产过程的排放工业生产过程的排放燃料的燃烧燃料的燃烧 这是大气污染的主要来源。这是大气污染的主要来源。 目前我国的主要工业燃料是煤目前我国的主要工业燃料是煤, ,其次其次是石油。用煤量最大的是火力发电站、冶金、化工、机械、轻工和建是石油。用煤量最大的是火力发电站、冶金、化工、机械、轻工和建材等部门，它们的用煤量占
15、总消耗量的材等部门，它们的用煤量占总消耗量的70%70%以上。煤的主要杂质是硫以上。煤的主要杂质是硫化物，此外还有氟、砷、钙、铁、镉等的化合物。石油的主要杂质是化物，此外还有氟、砷、钙、铁、镉等的化合物。石油的主要杂质是硫化物和氮化物，其中也含少量的有机金属化合物。燃料所含杂质与硫化物和氮化物，其中也含少量的有机金属化合物。燃料所含杂质与其产地有关。我国煤中硫的含量一般在其产地有关。我国煤中硫的含量一般在0.2%0.2%4.0%4.0%，但是重庆地区所，但是重庆地区所产煤的硫含量高达产煤的硫含量高达8%8%。我国石油的含硫量一般在。我国石油的含硫量一般在0.1%0.1%0.8%0.8%，而中东
16、，而中东地区的一般为地区的一般为1.5%1.5%2.5%2.5%，有的甚至高达，有的甚至高达4%4%以上。以上。 燃料燃烧时产生的污染物的种类和排放量除与燃料中所含的燃料燃烧时产生的污染物的种类和排放量除与燃料中所含的杂质种类和含量有关外杂质种类和含量有关外, ,还受燃料的燃烧状态影响。燃料燃烧完全还受燃料的燃烧状态影响。燃料燃烧完全时的主要污染物是时的主要污染物是COCO2 2、SOSO2 2、NONO2 2、水汽和灰分。燃烧不完全时，则、水汽和灰分。燃烧不完全时，则会产生会产生COCO、硫氧化物、氮氧化物、醛类、碳粒、多环芳烃等。、硫氧化物、氮氧化物、醛类、碳粒、多环芳烃等。燃烧一吨煤排出
17、的各种有害污染物质的重量(kg) 有害物质 电厂锅炉 工业锅炉 取暖锅炉 二氧化硫(SO2) 60 60 60 一氧化碳(CO) 0.23 1.4 22.7 二氧化氮(NO2) 9.1 9.1 3.6 碳氢化合物(HCs) 0.1 0.5 5 灰尘 一般燃烧状况下 11 11 11 燃烧良好时 3 6 9 工业生产过程的排放工业生产过程的排放 由原材料到产品，工业生产的各个环节都可能由原材料到产品，工业生产的各个环节都可能有污染物排放出来。污染物的种类与原料种类及其有污染物排放出来。污染物的种类与原料种类及其生产工艺有关。生产工艺有关。轻工 造纸厂 烟尘、硫醇、硫化氢、臭气 仪器仪表厂 汞、氰
18、化物、铬酸 灯泡厂 汞、烟尘 机械 机械加工厂 烟尘 建材 水泥厂 水泥、烟尘 砖瓦厂 氟化氢、二氧化硫 玻璃厂 氟化氢、二氧化硅、硼 沥青油毡厂 油烟、苯并（a）芘、石棉、一氧化碳 生活炉灶和采暖锅炉生活炉灶和采暖锅炉 采暖锅炉以煤或石油产品为燃料，是采暖季节大气污采暖锅炉以煤或石油产品为燃料，是采暖季节大气污染的重要原因。生活炉灶使用的燃料有煤、液化石油气、染的重要原因。生活炉灶使用的燃料有煤、液化石油气、煤气和天然气。如果燃烧设备效率低，燃烧不完全，烟囱煤气和天然气。如果燃烧设备效率低，燃烧不完全，烟囱高度低或无烟囱，可造成大量污染物低空排放。在采暖季高度低或无烟囱，可造成大量污染物低空
19、排放。在采暖季节，各种燃煤小炉灶是居民区大气污染的重要来源。节，各种燃煤小炉灶是居民区大气污染的重要来源。交通运输交通运输 主要是指飞机、汽车、火车、轮船和摩托车等交通运输工具主要是指飞机、汽车、火车、轮船和摩托车等交通运输工具排放的污染物。目前这些交通工具的主要燃料是汽油、柴油等石排放的污染物。目前这些交通工具的主要燃料是汽油、柴油等石油制品，燃烧后能产生大量的颗粒物、油制品，燃烧后能产生大量的颗粒物、NOXNOX、COCO、多环芳烃和醛、多环芳烃和醛类。改革开放以来，我国机动车数量每年以类。改革开放以来，我国机动车数量每年以12.24%12.24%的速度递增。的速度递增。预计到预计到200
20、82008年，北京市的机动车保有量将增加到年，北京市的机动车保有量将增加到350350万辆。随着万辆。随着机动车数量的增加，汽车尾气排放已经成为我国许多大城市中大机动车数量的增加，汽车尾气排放已经成为我国许多大城市中大气污染的主要来源之一。据测算，北京市大气中气污染的主要来源之一。据测算，北京市大气中74%74%的的HCsHCs、63%63%的的COCO、50%50%的的NONOX X来自机动车尾气污染。来自机动车尾气污染。其他其他 地面尘土飞扬或土壤及固体废弃物被大风刮起，均可将铅、地面尘土飞扬或土壤及固体废弃物被大风刮起，均可将铅、农药等化学性污染物以及结核杆菌、粪链球菌等生物性污染物农药
21、等化学性污染物以及结核杆菌、粪链球菌等生物性污染物转入大气。水体和土壤中的挥发性化合物也易进入大气；车辆转入大气。水体和土壤中的挥发性化合物也易进入大气；车辆轮胎与沥青路面摩擦可以扬起多环芳烃和石棉。轮胎与沥青路面摩擦可以扬起多环芳烃和石棉。 意外事件，例如工厂爆炸、火灾、核泄漏均能严重污染大意外事件，例如工厂爆炸、火灾、核泄漏均能严重污染大气，这类事件虽然少见，但是危害严重。另外，火葬场、垃圾气，这类事件虽然少见，但是危害严重。另外，火葬场、垃圾焚烧炉产生的废气也可以影响大气环境。焚烧炉产生的废气也可以影响大气环境。大气污染物的种类大气污染物的种类 大气污染物按其属性，一般分为物理性（如噪声
22、、电大气污染物按其属性，一般分为物理性（如噪声、电离辐射、电磁辐射等）、化学性和生物性（经空气传播的离辐射、电磁辐射等）、化学性和生物性（经空气传播的病原微生物和植物花粉等）三类，其中以化学性污染物种病原微生物和植物花粉等）三类，其中以化学性污染物种类最多、污染范围最广。类最多、污染范围最广。 根据污染物在大气中的存在状态，可将其分为气态污根据污染物在大气中的存在状态，可将其分为气态污染物和颗粒污染物染物和颗粒污染物气态污染物气态污染物 气态污染物包括气体和蒸汽。气体是某些物质在常温、常压下所形成的气气态污染物包括气体和蒸汽。气体是某些物质在常温、常压下所形成的气态形式。蒸汽是某些固态或液态物
23、质受热后，引起固体升华或液体挥发而形成态形式。蒸汽是某些固态或液态物质受热后，引起固体升华或液体挥发而形成的气态物质如汞蒸汽等。气态污染物主要可分为以下的气态物质如汞蒸汽等。气态污染物主要可分为以下5 5类：类：1. 1. 含硫化合物含硫化合物 主要有主要有SOSO2 2、SOSO3 3和和H H2 2S S等，其中等，其中SOSO2 2的数量最大，危害也最严重。的数量最大，危害也最严重。2. 2. 含氮化合物含氮化合物 主要有主要有NONO、NONO2 2和和NHNH3 3等等. .3. 3. 碳氧化合物碳氧化合物 主要是主要是COCO和和COCO2 2。4. 4. 碳氢化合物碳氢化合物 包
24、括烃类、醇类、酮类、酯类以及胺类。包括烃类、醇类、酮类、酯类以及胺类。5. 5. 卤素化合物卤素化合物 主要是含氯和含氟化合物，如主要是含氯和含氟化合物，如HClHCl、HFHF和和SiFSiF4 4等。等。颗粒污染物颗粒污染物 大气颗粒物有固体和液体两种形态。固体颗粒中较小的有大气颗粒物有固体和液体两种形态。固体颗粒中较小的有碳黑、碘化银、燃烧颗粒核等，较大的有水泥粉尘、土尘、铸碳黑、碘化银、燃烧颗粒核等，较大的有水泥粉尘、土尘、铸造尘和煤尘等。液体颗粒物主要有雨滴、雾和硫酸雾等。造尘和煤尘等。液体颗粒物主要有雨滴、雾和硫酸雾等。 粒径是颗粒物的最重要的性质。它反映了颗粒物来源的粒径是颗粒物
25、的最重要的性质。它反映了颗粒物来源的本质，并可影响光散射性质和气候效应。颗粒物的许多性本质，并可影响光散射性质和气候效应。颗粒物的许多性质如体积、质量和沉降速度都与颗粒物的大小有关。实际质如体积、质量和沉降速度都与颗粒物的大小有关。实际的颗粒物由于来源和形成条件不同，其形状是多种多样的，的颗粒物由于来源和形成条件不同，其形状是多种多样的，有球形、菱形、方形等等。有球形、菱形、方形等等。 在实际工作中常使用空气动力学等效直径（在实际工作中常使用空气动力学等效直径（DpDp）来表示颗粒物）来表示颗粒物的大小。在气流中，如果所研究的颗粒物与一个有单位密度的球的大小。在气流中，如果所研究的颗粒物与一个
26、有单位密度的球形颗粒物的空气动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就定形颗粒物的空气动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就定义为所研究颗粒物的义为所研究颗粒物的DpDp。这种表示法可以直接表达出颗粒物在空。这种表示法可以直接表达出颗粒物在空气中的停留时间、沉降速度、进入呼吸道的可能性以及在呼吸道气中的停留时间、沉降速度、进入呼吸道的可能性以及在呼吸道的沉积部位等。的沉积部位等。从环境与健康的角度，颗粒物按粒径可分为：从环境与健康的角度，颗粒物按粒径可分为： 1.1.总悬浮颗粒物（总悬浮颗粒物（total suspended particulates, TSPtotal suspended p
27、articulates, TSP） 是指是指粒径粒径100100m m 的颗粒物，包括液体、固体或者液体和固体结合存在的，的颗粒物，包括液体、固体或者液体和固体结合存在的，并悬浮在空气介质中的颗粒。并悬浮在空气介质中的颗粒。 2.2.可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（inhalableinhalable particle, IP; thoracic particle, IP; thoracic particulate matterparticulate matter，PMPM1010） 指空气动力学直径指空气动力学直径1010m m的颗粒物，的颗粒物，因其能进入人体呼吸道而命名之，又因其能够长期漂浮
28、在空气中，也因其能进入人体呼吸道而命名之，又因其能够长期漂浮在空气中，也被称为飘尘（被称为飘尘（suspended dustssuspended dusts）。）。 3.3.细颗粒物细颗粒物(fine particle; fine particulate matter, PM (fine particle; fine particulate matter, PM 2.52.5) ) 是指空气动力学直径是指空气动力学直径2.52.5m m的细颗粒。它在空气中悬浮的时间更长，的细颗粒。它在空气中悬浮的时间更长，易于滞留在终末细支气管和肺泡中，其中某些较细的组分还可穿透肺易于滞留在终末细支气管和肺泡
29、中，其中某些较细的组分还可穿透肺泡进入血液。泡进入血液。PM2.5PM2.5更易于吸附各种有毒的有机物和重金属元素，对更易于吸附各种有毒的有机物和重金属元素，对健康的危害极大。健康的危害极大。 4. 4. 超细颗粒物（超细颗粒物（ultrafineultrafine particle particle） 指粒径指粒径0.1m0.1m的大气的大气颗粒物。超细颗粒物主要来自汽车尾气，且多为在大气中形成的二次颗粒物。超细颗粒物主要来自汽车尾气，且多为在大气中形成的二次污染物。污染物。 UFPM2.5PM10TSPCoarse Particles根据颗粒物的形成机制及其物理形态，又可将其分为烟、雾、尘
30、等根据颗粒物的形成机制及其物理形态，又可将其分为烟、雾、尘等 名称 物理性质 粒径(m) 形成机制 轻雾(mist) 水滴 40 雾化、冷凝 浓雾(fog) 液滴 10 雾化、蒸发、凝结和凝聚 粉尘(dust) 固体粒子 1 机械粉碎、扬尘、煤燃烧 烟气(fume) 固、液微粒 0.011 蒸发、凝集、升华 烟(smoke) 固体微粒 1 升华、冷凝、燃烧 烟雾(smog) 液滴、固体微粒 1 冷凝、化学反应 大气污染物按其形成过程可分为大气污染物按其形成过程可分为一次污染物一次污染物(primary pollutant)(primary pollutant)二次污染物二次污染物(second
31、ary pollutant)(secondary pollutant)一次污染物一次污染物 由污染源直接排入大气环境中，其物理和化学性质由污染源直接排入大气环境中，其物理和化学性质均未发生变化的污染物称为一次污染物。这些污染物包均未发生变化的污染物称为一次污染物。这些污染物包括从各种排放源排出的气体、蒸汽和颗粒物，如括从各种排放源排出的气体、蒸汽和颗粒物，如SOSO2 2、COCO、NONO、颗粒物、碳氢化合物等。、颗粒物、碳氢化合物等。二次污染物二次污染物 排入大气的污染物在物理、化学等因素的作用下发生变化，排入大气的污染物在物理、化学等因素的作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应所形
32、成的理化性质不同于一次污或与环境中的其他物质发生反应所形成的理化性质不同于一次污染物的新的、毒性更大的污染物，称为二次污染物。常见的有染物的新的、毒性更大的污染物，称为二次污染物。常见的有SOSO2 2在环境中氧化遇水形成的硫酸；汽车尾气中的氮氧化物（在环境中氧化遇水形成的硫酸；汽车尾气中的氮氧化物（NONOX X）和）和碳氢化合物（碳氢化合物（HCsHCs）在日光紫外线的照射下，经过一系列的光化学）在日光紫外线的照射下，经过一系列的光化学反应生成的臭氧、醛类以及各种过氧酰基硝酸酯反应生成的臭氧、醛类以及各种过氧酰基硝酸酯(peroxyacyl(peroxyacyl nitrate,PAN)n
33、itrate,PAN)。一般来说，二次污染物对环境和人体的危害要比。一般来说，二次污染物对环境和人体的危害要比一次污染物大。一次污染物大。影响大气中污染物浓度的因素影响大气中污染物浓度的因素n污染源的排放情况污染源的排放情况n气象因素气象因素n地形地形污染源的排放情况污染源的排放情况 n排放量排放量n与污染源的距离与污染源的距离n排出高度排出高度排放量排放量 污染物的排放量是决定大气污染程度的最基本的因素。燃污染物的排放量是决定大气污染程度的最基本的因素。燃料燃烧产生的污染物排放量与燃料的种类、消耗量、燃烧方式、料燃烧产生的污染物排放量与燃料的种类、消耗量、燃烧方式、燃烧是否充分有关；工业企业
34、污染物的排放量受工业企业的数燃烧是否充分有关；工业企业污染物的排放量受工业企业的数量、生产性质、生产规模、工艺过程、净化设备及其效率的影量、生产性质、生产规模、工艺过程、净化设备及其效率的影响。响。与污染源的距离与污染源的距离 有组织排放时，烟气自烟囱排出后，向下风侧逐渐扩散稀释，有组织排放时，烟气自烟囱排出后，向下风侧逐渐扩散稀释，然后接触地面，接触地面的点被称为烟波着陆点。一般认为有害然后接触地面，接触地面的点被称为烟波着陆点。一般认为有害气体的烟波着陆点是烟囱有效排出高度的气体的烟波着陆点是烟囱有效排出高度的10102020倍，颗粒物的着倍，颗粒物的着陆点更接近烟囱。近地面的大气中污染物
35、的浓度以烟波着陆点最陆点更接近烟囱。近地面的大气中污染物的浓度以烟波着陆点最大，下风侧大气污染物的浓度随着距离的增加而下降，在烟波着大，下风侧大气污染物的浓度随着距离的增加而下降，在烟波着陆点和烟囱之间的区域常没有明显的污染。无组织排放扩散的距陆点和烟囱之间的区域常没有明显的污染。无组织排放扩散的距离较短，距污染源越近，大气中污染物浓度越高。离较短，距污染源越近，大气中污染物浓度越高。排出高度排出高度 排出高度指污染物通过烟囱等排放时烟囱的有效排出高度排出高度指污染物通过烟囱等排放时烟囱的有效排出高度(effective height of emission)(effective height
36、 of emission)，即烟囱本身的高度和烟气抬升高，即烟囱本身的高度和烟气抬升高度之和，可以用烟波中心轴到地面的距离表示。在其它条件相同时，度之和，可以用烟波中心轴到地面的距离表示。在其它条件相同时，排出高度越高，烟波断面越大，污染物的稀释程度就越大，烟波着陆排出高度越高，烟波断面越大，污染物的稀释程度就越大，烟波着陆点的浓度就越低。一般认为，污染源下风侧的污染物最高浓度与烟波点的浓度就越低。一般认为，污染源下风侧的污染物最高浓度与烟波的有效排出高度的平方成反比，即有效排出高度每增加一倍，烟波着的有效排出高度的平方成反比，即有效排出高度每增加一倍，烟波着陆点处断面污染物的浓度可降至原来的
37、陆点处断面污染物的浓度可降至原来的1/41/4。气象因素n风和湍流风和湍流n温度层结温度层结n气压气压n气湿气湿风和湍流风和湍流 一般将空气的水平运动称为风。风向是指风吹来的方向，在不一般将空气的水平运动称为风。风向是指风吹来的方向，在不同时刻有着相应的风向和风速。将一定时期内各个风向出现的频率同时刻有着相应的风向和风速。将一定时期内各个风向出现的频率按比例标在罗盘坐标上，可以绘制成风向频率图（风玫瑰图，按比例标在罗盘坐标上，可以绘制成风向频率图（风玫瑰图，wind wind roserose）。风向频率图能够反映某地区一定时期内的主导风向，从而）。风向频率图能够反映某地区一定时期内的主导风向
38、，从而能够指示该地区受某一污染源影响的主要方位，全年污染以全年主能够指示该地区受某一污染源影响的主要方位，全年污染以全年主导风向的下风向地区污染最严重，瞬时间污染以排污当时的下风向导风向的下风向地区污染最严重，瞬时间污染以排污当时的下风向地区受影响最大。风速决定了大气污染物稀释的程度和扩散范围。地区受影响最大。风速决定了大气污染物稀释的程度和扩散范围。随着风速的增大，单位时间内从污染源排放出的污染物气团被很快随着风速的增大，单位时间内从污染源排放出的污染物气团被很快地拉长，这时混入的空气量越大，则污染物的浓度越低。在其他条地拉长，这时混入的空气量越大，则污染物的浓度越低。在其他条件不变的情况下
39、，污染物浓度与风速成反比。件不变的情况下，污染物浓度与风速成反比。 风速时大时小，并在主导风向的下风向上下、左右出现无规风速时大时小，并在主导风向的下风向上下、左右出现无规则的摆动，风的这种不规则运动称为大气湍流则的摆动，风的这种不规则运动称为大气湍流(atmospheric (atmospheric turbulence)turbulence)，其产生与垂直气温的变化和大气中气团间的摩擦，其产生与垂直气温的变化和大气中气团间的摩擦作用引起的短暂性紊乱有关。因此，垂直温度递减率大、风速高、作用引起的短暂性紊乱有关。因此，垂直温度递减率大、风速高、地面起伏程度大，则湍流运动就强。湍流运动使气体充
40、分混合，地面起伏程度大，则湍流运动就强。湍流运动使气体充分混合，有利于污染物的稀释和扩散。有利于污染物的稀释和扩散。温度层结(temperature gradient) 温度层结即气温的垂直梯度，它决定大气的稳定程度，影响大气湍流的强弱。稳定的垂直梯度易造成湍流抑制，使大气扩散不畅。垂直梯度不稳定时，由于热力作用湍流加强，大气扩散增强。因此，气温的垂直梯度与污染物的稀释和扩散密切相关。大气温度垂直递减率（大气温度垂直递减率（） 在标准大气条件下，对流层内气温是随高度的增加而在标准大气条件下，对流层内气温是随高度的增加而逐渐降低的。大气温度的这种垂直变化常用大气温度垂直逐渐降低的。大气温度的这种
41、垂直变化常用大气温度垂直递减率（递减率（）来表示。它的定义为：高度每增加）来表示。它的定义为：高度每增加100m100m气温气温下降的度数，通常为下降的度数，通常为0.650.65。 近地层大气的实际情况非常复杂，各种气象条件均可影响到气温近地层大气的实际情况非常复杂，各种气象条件均可影响到气温的垂直分布。实际上气温的垂直分布可出现下述三种情况：的垂直分布。实际上气温的垂直分布可出现下述三种情况：气温随高度递减，此情况一般出现在晴朗的白天，风速小时。地面气温随高度递减，此情况一般出现在晴朗的白天，风速小时。地面受太阳的辐射后，近地空气增温较快，热量缓慢向高层传递，形成气受太阳的辐射后，近地空气
42、增温较快，热量缓慢向高层传递，形成气温下高上低，此时温下高上低，此时0 0，空气的垂直对流良好；，空气的垂直对流良好； 气温随高度递增，例如在无风、少云的夜晚，夜间地面无热量吸收，气温随高度递增，例如在无风、少云的夜晚，夜间地面无热量吸收，但同时不断通过辐射失去热量而冷却，近地空气也随之冷却，这样气但同时不断通过辐射失去热量而冷却，近地空气也随之冷却，这样气层不断由下向上冷却，形成气温下低上高。这种大气温度随着距地面层不断由下向上冷却，形成气温下低上高。这种大气温度随着距地面高度的增加而增加的现象称为逆温高度的增加而增加的现象称为逆温(temperature inversion)(temper
43、ature inversion)，此时，此时0 0；气温不随高度变化，多见于多云天或阴天，风速较大时。由于云层气温不随高度变化，多见于多云天或阴天，风速较大时。由于云层反射，白天到达地面的太阳辐射减少，地面增温不显著。夜间时，云反射，白天到达地面的太阳辐射减少，地面增温不显著。夜间时，云层的存在增强了大气的逆辐射，地面冷却不明显。风速较大加剧了上层的存在增强了大气的逆辐射，地面冷却不明显。风速较大加剧了上下气层的交换，空气得到充分混合。因此，上述情况下气温随高度的下气层的交换，空气得到充分混合。因此，上述情况下气温随高度的变化不明显，此时变化不明显，此时=0=0。逆温的类型逆温的类型 根据逆温
44、发生的原因可分为辐射逆温、下沉逆温、地形逆温等。根据逆温发生的原因可分为辐射逆温、下沉逆温、地形逆温等。 辐射逆温是由于地面长波辐射冷却形成的。一般在无风、少云的夜辐射逆温是由于地面长波辐射冷却形成的。一般在无风、少云的夜晚，地面无热量吸收，但同时不断通过辐射失去热量而冷却，近地空气晚，地面无热量吸收，但同时不断通过辐射失去热量而冷却，近地空气也随之冷却，而上层空气降温较慢，形成逆温。也随之冷却，而上层空气降温较慢，形成逆温。 下沉逆温是由于空气压缩增温而形成的。上层空气下沉落入高气压下沉逆温是由于空气压缩增温而形成的。上层空气下沉落入高气压团中受压变热，结果上层空气的气温高于下层，形成逆温。
45、团中受压变热，结果上层空气的气温高于下层，形成逆温。 地形逆温是由于局部地区的地理条件而形成的。在盆地和山谷中地形逆温是由于局部地区的地理条件而形成的。在盆地和山谷中, , 晚上寒冷的空气沿山坡聚集在山谷中，形成滞止的冷气团，而其上层有晚上寒冷的空气沿山坡聚集在山谷中，形成滞止的冷气团，而其上层有热气流。因此热气流。因此, ,山谷中就形成了上温下冷的逆温层。如没有阳光直射或山谷中就形成了上温下冷的逆温层。如没有阳光直射或热风劲吹，这种状况有时可持续一整天。著名的马斯河谷和多诺拉大气热风劲吹，这种状况有时可持续一整天。著名的马斯河谷和多诺拉大气污染事件发生原因中，地形逆温的形成起了很重要的作用。
46、污染事件发生原因中，地形逆温的形成起了很重要的作用。大气稳定度大气稳定度(atmospheric stability)(atmospheric stability) 大气稳定度表示气体垂直运动的程度。大气中作垂直运动大气稳定度表示气体垂直运动的程度。大气中作垂直运动的气团，因向外膨胀或受外界压力影响产生的温度变化，要比的气团，因向外膨胀或受外界压力影响产生的温度变化，要比与外界交换能量所起的温度变化大得多，可以认为是绝热变化。与外界交换能量所起的温度变化大得多，可以认为是绝热变化。 空气垂直移动过程中因气压变化而发生温度的绝热变化常空气垂直移动过程中因气压变化而发生温度的绝热变化常用气块干绝热
47、垂直递减率（用气块干绝热垂直递减率（dd）来表示。干燥空气的）来表示。干燥空气的dd为为0.986/100m0.986/100m，即每上升，即每上升100m100m，温度下降，温度下降0.9860.986。 大气的稳定程度与大气垂直温度递减率（）的绝对值及其与d的相对值有关。在实际情况下，由于太阳辐射和其他各种气象因素的影响，是经常发生变化的。当d时，大气处于不稳定状态，有利于空气垂直对流，大气中的污染物容易扩散。当d时，大气处于稳定状态，空气垂直对流弱，大气中的污染物扩散极差。当= d时，大气处于中性状态，空气垂直对流不剧烈，大气中的污染物可以扩散，但是不充分。 气压 气压的高低与海拔高度、
48、地理纬度和空气温度等有关。当地面受低压控制时，四周高压气团流向中心，中心的空气上升，形成上升的气流，此时多为大风和多云的天气，大气呈中性或不稳定状态，有利于污染物的扩散和稀释。反之，当地面受高压控制时，中心部位的空气向周围下降，呈顺时针方向旋转，形成反气旋。此时天气晴朗，风速小，出现逆温层，阻止污染物向上扩散。气湿气湿 即大气中含水的程度，通常用相对湿度（即大气中含水的程度，通常用相对湿度（% %）表示。空气）表示。空气中水分多，气湿大时，大气中的颗粒物质因吸收更多的水份中水分多，气湿大时，大气中的颗粒物质因吸收更多的水份使重量增加，运动速度减慢，气温低的时候还可以形成雾，使重量增加，运动速度
49、减慢，气温低的时候还可以形成雾，影响污染物的扩散速度，使局部污染加重。当水溶性气体如影响污染物的扩散速度，使局部污染加重。当水溶性气体如SOSO2 2污染存在时，湿度较高将促进酸雨的形成。污染存在时，湿度较高将促进酸雨的形成。地形地形 地形可以影响局部的气象条件，从而影响当地大气污地形可以影响局部的气象条件，从而影响当地大气污染物的稀释和扩散。山谷的地形特点容易形成上述地形逆温，染物的稀释和扩散。山谷的地形特点容易形成上述地形逆温，不利于污染物的扩散。城市的高大建筑物间尤如峡谷，可以不利于污染物的扩散。城市的高大建筑物间尤如峡谷，可以阻碍近地面空气污染物的扩散。阻碍近地面空气污染物的扩散。热岛
50、现象热岛现象 人口密集的城市热量散发远远大于郊区，结果造成城区人口密集的城市热量散发远远大于郊区，结果造成城区气温较高，往郊外方向气温逐渐降低。如果在地图上绘制等气温较高，往郊外方向气温逐渐降低。如果在地图上绘制等温图，城区的高温部就像浮在海面上的岛屿，称为热岛温图，城区的高温部就像浮在海面上的岛屿，称为热岛（heat islandheat island）现象。在这种情况下，城市的热空气上升，）现象。在这种情况下，城市的热空气上升，四周郊区的冷空气补充，可把郊区排放的污染物引入城市，四周郊区的冷空气补充，可把郊区排放的污染物引入城市，造成市区的大气污染。造成市区的大气污染。 照明器具、家电、办
