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1大气湍流扩散对污染物扩散的影响
大气中几乎时时处处存在着不同尺度的湍流运动。在大气边界层内,气流受到下垫面的强烈影响,湍流运动尤为剧烈,湍流输送的速率在大气中比分子扩散速率大几个数量级。同样,当污染物从排放源进入大气时,就在流场中造成了污染物质分布的不均匀,形成浓度梯度。由于湍流的扩散作用,流场各部分之间发生强烈的混合和交换,大大加快了污染物的扩散速度,污染物从高浓度区向低浓度区输送,逐渐被分散、稀释。而在风场运动的主风向上由于平均风速比脉动风速大很多,因此主风向上风的输运作用是主要的,只要风速足够大,主风向上的湍流输送作用可忽略不计。归纳起来:风速越大,湍流越强,污染物的扩散速度也就越快,浓度相应越低,因此风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释最本质的因素。就扩散稀释而言,其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响空气污染的,凡是有利增大风速,加强湍流的气象条件都有利于扩散稀释,反之亦然。
2气象条件对大气污染扩散的影响
一个地区的大气污染程度往往取决于该地区排放污染物的源参数、气象条件和近地层下垫面的状况。在源参数一定的情况下,气象条件和下垫面状态是影响人产一毛污染的重要因素。气象条件对城市大气污染的影响包括以下几个方面:
2.1 风向
风向与污染的关系主要表现为风对污染物的水平输送作用上,高值污染浓度常出现在大污染源的下风向。以上海市的两个S02监测站为例:杨浦站位于工业区;四平站位于工业区边缘,在杨浦站的西北偏西方约3到4公里处,其北方为郊区的大片农田。测量结果显示,四平站高于杨浦站几乎都出现在E-SSE风的情况下,即在东南风输送下,杨浦工业区的高值浓度中心有向西北方转移的趋势。。
2.2 风速
风速的大小和大气稀释扩散能力的大小存在着直接的对应关系,从而对污染物浓度产生影响。一般来说,随着风速的增大,浓度值迅速减少,但是有时候也发现有另外一种情形:例如日本四日市在地面风速小于3米/秒时出现S02浓度仅0.lppm以下,而当风速超过5米/秒时反而出现高浓度,有时甚至达到2ppm的程度,这表明风速对污染的影响很复杂。风速小,一方面大气稀释扩散能力弱,引起局地污染物浓度增加;但另一方面,在微风条件下热烟云抬升较高,从而使地面浓度减少。风速大,一方面固然表示大气扩散稀释能力强,使地面浓度减少;而另一方面,强风能使上升烟云弯曲提早抵达地面,引起地面浓度增加,同时强风将使烟云在建筑物背风侧造成下洗,会增加地面浓度,这一效应有时称作风速的次生效应,显然它对高架源的影响比对地面源更为重要。
2.3 稳定度
大气层结稳定度是决定大气稀释扩散能力的另一个重要因子,它对地面S02浓度的影响比风速更为显著,逆温与污染物浓度的关系包含逆温强度、逆温层厚度等几个方面。一般来说,污染物浓度随着逆温强度的增加而增加:随着逆温层厚度的增大,污染物浓度值也增大,但是从日变化的角度来看,不能说大气层结稳定的时刻、特别是逆温层存在的时刻,污染浓度一定最高。有资料表明,污染浓度的大小不仅同相应的排放率有极大关系,也和气象要素的日变化相联系。
2.4 云量及辐射
云量及辐射与大气稳定度的关系很密切,因此也影响着污染物的扩散。一般来说,晴朗的白天,特别是中午,太阳辐射最强,温度层结是递减的,大气处于极不稳定状态,晴朗的夜间,黎明前逆温最强。日出及日落前后为转换期,均接近中性层结。云层对辐射起屏障作用,它既阻挡白天太阳辐射,又阻挡夜间地面向上的辐射。总的效果是减小气温随高度的变化,使白天递减和夜间逆温的温度层结均受到削弱。减弱的程度视云量的多少而定。
2.5 降水
降水对污染物有净化作用。降水的净化作用与降水强度有关。降水强度越大,对污染物的净化作用也就越强。因此大雨是净化城市空气的有效因子。另据日本的经验:一小时降水量在1毫米以下的降水,不论它持续多长时间,地而污染物浓度都不会降低。
2.6 天气形势
天气形势是指大范围气压分布的状况,一定的天气现象和气象条件都与相应的天气形势联系在一起,因此,与空气污染有关的气象因素也与天气形势有密切联系,进而天气形势与大气扩散也有密切联系。在低压(气旋)控制区内,空气有上升运动,多云天气较多,而且通常风速较大,大气为中性或不稳定状态,有利于污染物的扩散稀释。相反,在强的高压(反气旋)控制区内,天气晴朗,风速较小。由于大范围的空气下沉运动,在几百米到一、二千米上空容易形成下沉逆温,像盖子一样阻止向上的湍流扩散,如果高压系统是静止或缓慢移动的,那么连续几天的微风或逆温,使大气对污染物的扩散稀释能力大大下降,呈现所谓“空气停滞”现象。此时如果有足够的污染源,就会出现较大范围的污染危害。。
3下垫面条件对城市大气污染的影响
除气象条件外,下垫面状态也是影响城市大气污染的重要因素。这是因为下垫面的粗糙度及其构成直接影响着该地区的气象条件。对一个具体城市来说,要同时考虑城区和郊区的地理情况,影响大气污染扩散的下垫面有以下几个方面:
3.1 城市下垫面
城市下垫面的三大基本特征是干、热、粗。一方面,非均匀的下垫面造成动力学粗糙度增大(其地面粗糙度可从1到3米之间变化),使得城区风速减小,气流不规则,湍流强度增大,这也称作机械湍流增强。另一方面,由城乡水平温差(一般大于3℃以上)引起的热岛效应和热岛环流,冷空气从四周的乡村流向市中心,在市中心形成复合上升气流,并将暖空气带到高空,为满足动量守恒原理,在市中心上空与乡村区域形成补偿的辐射和下沉气流,连同市中心的辐射上升气流组成完整的闭合环流,即热力湍流。
3.2 水域下垫面
水域下垫面所产生的特殊流场势必影响污染物的输送和扩散。在大的水域和陆地的交界处,由于水面和陆地的热力和动力作用截然不同,会改变局地的气象条件。水域引起的最明显的局地气流是海陆风。由于水、陆的热性质不同,造成了它们之间温度的差别。温度的差别造成压力差,进而形成局地的水陆风环流,一般称为海陆风。在近地面,白天吹海风,夜间吹陆风,它的上面是反向气流,吹海风时,反向气流从陆地返回海洋。
水域引起的另一个气象条件是局地气团变性。春末夏初,白天陆地温反比水温高得多,当气流从水面吹向陆地的时候,低层的空气很快增温,温度层结自下向上转向超绝热状态,形成热边界层。热边界层在海岸附近开始形成,在空气向内陆运动的过程中,受地面加温变性的气层逐渐增厚。因此,热边界层顶向内陆逐渐增高。热边界层内的空气受地面加热变性,它的温度层结和未受地面影响的上层空气不同。如果原先水面上的层结是稳定的,热边界层以上的气流仍维持稳定状态,并保持水面气层的低湍流特性。。热边界层内的层结则是不稳定的,加上陆地比水面粗糙,故这一层内的湍流交换大为加强。此时,热边界层内外气层的特性截然不同。一旦沿岸地区出现上述热边界层时,如果岸边有一高架源,就会在陆地上形成持续的漫烟污染。水面的另一个特点是比陆地光滑,它的粗糙度随风速和波浪状况变化,但一般都比陆地小得多。因此,水面上的大气湍流强度较小,扩散速率比陆地低。
3.3 山地下垫面
山地下垫面对污染物扩散最明显的影响是山谷风和逆温,山谷风是山风和谷风的总称,它主要是由于山坡和谷地受热不均而产生的。在白天,太阳先照射到山坡上,使山坡_L大气比谷地上同高度的大气温度高,形成了由谷地吹向山坡的风,称为谷风,在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷风,它们同山坡上升气流和谷地下降气流一起形成了山谷风局地环流。在夜间,山坡和山顶比谷底冷却得快,使山坡和山顶的冷空气顺山坡下滑到谷底,形成了山风,在高空则形成了自山谷向山顶吹的反山风。它们同山坡下降气流和谷地上升气流一起构成了山谷风局地环流。山区由于它复杂的地形结构,在夜间常出现比平原更强的逆温。夜间山坡冷却得快,冷空气沿山坡下滑,在谷底积聚,再加上谷底风速小,所以逆温发展的速度比平原快,逆温层更厚。如果凹地四周是封闭的,冷空气逐渐堆积滞留,形成逆温强度很大的“冷湖”,且日出后消散也很慢。
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2空气质量影响因素
鉴于城市空气污染状况是由污染源和气象条件这两个内外因素共同决定的,龙海市空气质量中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物浓度均以本地源影响为主,污染浓度贡献主要取决于污染源排放量大小、“源”与“受体”的相对位置、气象特征和排放高度等因素[2]。下面简要分析其影响:
2.1大气污染源强的影响
2.1.1大气污染源强根据2010~2014年龙海市环境统计数据,全市年均燃煤总量855.53×104t,污染物排放量为:烟(粉)尘5150.2t、SO29313.1t、NOx34045.4t。主要污染源为:(1)工业源:燃煤量854.71×104t,占全市99.9%;污染物排放量为:烟(粉)尘5073.4t、占全市98.5%,SO29203.8t、占全市98.8%,NOx34027.5t、占全市99.95%。工业源中漳州后石电厂燃煤量841.09×104t,占全市98.3%;污染物排放量为:烟(粉)尘3075.0t、占全市59.7%,SO24554.8t、占48.9%,NOx32872.0t、占96.6%。(2)生活源:燃煤量0.813×104t,占全市0.1%;污染物排放量为:烟尘76.8t、占全市1.5%,SO2109.3t、占全市1.2%,NOx17.9t、占全市0.05%。此外,还有未经统计的机动车、建筑场地排放的尾气和扬尘。
2.1.2污染源排放状况(1)工业源:近五年,除与城区相距约30km的漳州后石电厂7台发电燃煤锅炉烟气通过静电除尘、海水脱硫、触媒脱硝处理后经210m烟囱高空排放和淘汰11家落后造纸厂13台小锅炉外,其他企业锅炉烟气均未采取规范有效的处理。10蒸吨以下锅炉占了62.7%,分布在各乡镇工业区内,有的在城市周围或在城市主导风上,呈低空排放。(2)生活源:近五年,城市常住人口新增9.96万人,增长了25.6%,虽然新增燃料被LNG天然气和石油液化气所替代,城市居民用煤量基本不变,但民用燃煤烟气均未处理直接排放。(3)机动车:近五年,虽淘汰黄标车和老旧车辆1875辆,但仍有3335辆黄标车未淘汰;2014年底,全市机动车(汽车、农用运输车和挂车)保有量50474辆,比2010年增加了21682辆,增长75.3%。机动车尾气在城市近地面周围呈线状排放。(4)建筑场地:2014年城市建成区面积19.69km2,比2010年增加了15.6%,建筑工地18处,总建筑面积36.154×104m2。建筑扬尘在城市四处周围呈片状排放。
2.2污染气象条件的影响污染气象因子是指与大气污染物扩散有关的气象要素,它制约着大气污染物的稀释、扩散、输送和转化过程,进而影响着大气污染物的分布及污染程度。污染气象学的研究表明,风向、风速、大气稳定度对大气扩散的影响较大,风对大气污染的影响主要表现在对大气污染物的水平输送上,风向决定着大气污染物影响的区域位置,风速决定着大气污染物影响的区域面积和影响程度,大气稳定度是是决定大气对污染物垂直稀释扩散能力的一个重要因子[4]。大气越不稳定,其扩散能力越强,污染物在大气中稀释越快。根据龙海市气象站市区多年气象观测资料,统计分析如下。
2.2.1风频及污染系数龙海市属南亚热带海洋性季风气候。市区年平均风速1.6m/s,主导风向为ESE,平均频率17.6%;年静风频率16.7%,除静风外平均风速2.87m/s,冬、春季主导风向为ESE,夏季以S为最多,秋季ESE和SE相当。历年风向频率及污染系数见表2。由表2可知,市区除静风外,年平均风速较小,介于2.1m/s~4.6m/s之间,各季主导风方向风速差异不明显,污染系数以ESE风向为最大,SE风向为次之。由此可见,冬、春季东南偏东方向,夏季正南方向,秋季东南偏东及东南方向污染物排放对龙海市城市环境空气质量影响较大。
2.2.2大气稳定度市区年平均气温21.5℃,年平均日照时数2000.8h,年均总云量达6.8成,低云量为5.4成,年平均降水量1563.2mm,年平均相对湿度80%。各季大气稳定度频率见表3。由表3可知,市区全年大气稳定度以D类为最高、频率占55%,E和F类次之、频率之和占24.6%;各季大气不稳定型频率出现以秋季为最高、达25.5%,春季为最低,占17.5%。由此可见,龙海市城市大气活动状态不利污染物的水平输送、垂直扩散和稀释。由于龙海市北部、西部、南部三面环山,中部为平原,东南部临海,地势南北较高,中间低缓,而城市位于平原中部低缓处,更不利于大气污染物消散,易造成大气污染物累积。春、夏季比秋、冬季更甚。
3对策与建议
3.1产业结构调整应结合“十三五”社会发展和城市规划的制定,科学规划重点产业发展布局、结构和规模,合理调整现有工业园区和设立各类产业园区,形成有利大气污染物扩散的空间格局;按照国家产业政策要求,控制高能耗、高污染项目,淘汰落后和过剩产能;禁止在城市建成区新建每小时20蒸吨以下燃煤锅炉,其他地区不再新建每小时10蒸吨以下燃煤锅炉。
3.2能源结构调整应控制煤炭消费总量,2015年单位GDP综合能耗控制在0.408tce/万元,比2010年降低16%;新建工业园区应同步实施集中供热,现有各类工业园区应逐步实施热电联产或集中供热改造。应对重点耗能行业和企业实行煤炭减量、清洁能源替代,提高城市管道煤气普及率。
3.3燃煤锅炉节能减排应鼓励企业使用洁净煤,应用高效除尘、脱硫脱硝和多污染物协同控制等技术进行锅炉技术改造;新、改扩建项目应优先选用列入高效锅炉推广目录或能效等级达到Ⅰ级产品。应严格执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014),治理不达标燃煤锅炉。
大气污染来源很广泛,主要分为四个方面:①燃料的燃烧;②工业生产;③农业生产;④交通运输。排入大气的污染物种类很多,依据不同的原则,可将其进行分类。依照污染物存在的形态,可将其分为颗粒污染物与气态污染物。
2 颗粒物染物
大气细颗粒物的定义为,大气颗粒物中空气动力学直径≤2.5 μm的粒子俗称PM2.5,当前我国许多城市地区出现大气细粒子污染雾霾事件,PM2.5不仅可以造成公众普遍关注的雾霾天气,还能通过影响太阳辐射吸收和散射而对全球气候产生影响,除了明显能降低大气能见度造成霾污染天气,细粒子被人体吸入肺部,严重危害人群健康。我国PM2.5污染已经较严重且普遍,不仅损害人类健康,甚而还会导致人类健康近期和远期的危害。
2.1大气细颗粒污染特征 大气细颗粒污染特征研究一般包括细颗粒物的污染浓度水平和细颗粒物迁移转化的时空分布特征两方面。当前研究表明,细颗粒物浓度的变化主要决定于气象条件和细颗粒物排放源变化这两大因素引起的。总结所查文献[4],大气细颗粒物污染特征归纳如下。
2.1.1污染水平 从全球各地区大气细颗粒物污染状况来看,各地均有不同程度的污染,而发达国家与我国相比,欧盟、美国等国家的细颗粒物污染情况相对好一些。Giovanni Lonati等监测发现米兰地区PM2.5的质量浓度范围为5.7~133.4 μg/m3,均有不同程度污染现象。与上述这些国家地区相比,在我国北方的许多工业城市中细颗粒物污染十分严重,大部分地区细颗粒物年均值浓度达到或超过100 μg/m3,明显达到污染水平。
2.1.2时空变化 PM2.5浓度时空变化与污染源排放变化、人类活动和气象条件等因素有关。朱易等研究显示南宁市大气细颗粒物污染水平冬、春季节污染明显高于夏、秋季节。李龙凤等研究结果显示广州街道PM2.5浓度呈现上午高,下午低,夜间21∶00出现峰值的特征。从各地的研究结果可以看出,监测时间长短、污染源排放结构、气象条件等因素是引起观测到各地PM2.5质量浓度季节变化规律不同的重要原因。
王庚辰[5]等对北京市PM2.5质量浓度空间垂直分布进行了研究,发现高度越高检测到的PM2.5浓度越低。研究结果显示,冬季边界层中PM2.5的质量浓度约为近地面的70%~80%,而在夏季则为90%。Zhou[6]等利用CMAQ模型模拟长江三角洲地区大气细颗粒物变化,拟合结果看出细颗粒物在空间区域上差异较小,推断出细颗粒物污染已成为长江三角洲地区区域性问题,而且地区空间变异性较小。
2.2大气细颗粒污染生物效应 大气颗粒物污染物对人体健康的影响具有广泛、长期、慢性作用等特点。大量的环境流行病学实验结果表明,大气颗粒物可导致多种疾病的发病率、死亡率上升,如呼吸道炎症、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等,并成为促发肺心病、心血管疾病的危险因素。特别是长期接触与肺癌高发有关。Hourberg等认为PM10每上升10~g/m,呼吸系统疾病、心血管病、哮喘患病率分别增长上升3.4%、1.4%、3%,同时肺功能下降幅度为0.1%;每日总死亡率上升1%,危害相当严重。
自80年代以来,国内外学者对大气颗粒物进行了广泛的研究,但以往研究多偏重于TSP及可吸入颗粒物[7]。美国工业卫生会议(ACGIH)于1968年曾提出,对于健康成人而言,≤10.0 gm的颗粒物主要进入肺部(63.7%)和气管(56.6%),少数进入肺泡(7.2%);而≤2.5 gm的颗粒物绝大部分可以进入肺部(91.8%),其中9.2%进入气管,82.6%进入肺泡。细颗粒物对人体产生危害程度可见一斑。
我国原福胜、杨文敏等也发现颗粒物提取组分如有机物和重金属是导致细胞遗传毒性的成分。最近国外提出氧化炎性损伤是细颗粒物的致病机制之一。可见细颗粒物对机体的危害涉及多种组分、多种机制。但以往研究多采用有机或金属提取成分进行毒性研究,且采用的颗粒物来源也各不相同,多数颗粒物直接来源于居民油烟飞灰、工业、采矿业等排放的特殊粉尘。细颗粒物体外染毒的毒理研究较为罕见,国外仅有数篇报导其中直接来源于仅见两篇。煤尘为圆球型不透明实体,表面光滑。表面高低不平呈海绵状不规则的球型颗粒为燃油或汽车尾气排放。带有金属光泽的片状颗粒为工业所排放。球型颗粒容易沉降,不规则颗粒机械损伤较大。因此细颗粒物毒性与颗粒本身表面形态特征及其吸附组分有着不可分割的关系。
肺泡是肺部气体交换的主要部位,肺泡上皮细胞是细颗粒物通过巨噬细胞屏障后攻击的主要靶细胞。对多种肿瘤的研究证实,致癌是一多阶段过程。首先是启动阶段,即致癌物在细胞中诱发遗传物质损伤,DNA损伤常常最初发生于此阶段。损伤的DNA如不能完全修复极有可能引起相关基因突变,其是导致肿瘤发生的启动事件。大气颗粒物对人体健康的影响主要表现在其远期危害上,有研究认为细颗粒物含有致突变物如多环芳烃可直接作用于DNA,还有一些物质具有间接致突变作用,如细颗粒物产生活性氧和活性氮等自由基间接作用于DNA,诱导DNA链断裂。以往研究注重于颗粒物上某些组分的作用如有机污染物遗传毒性,而细颗粒物粒径、形态、化学成分均是导致其毒性的因素,因此不能完整体现细颗粒物遗传毒性。单细胞凝胶电泳实验(SCGE)又称彗星实验,可以早期监测多种DNA损伤[8]。细胞因子(cytokine)由活化的免疫细胞和某些基质细胞分泌的小分子多肽,可介导和调节免疫、炎症反应,已知某些细胞因子异常表达与许多疾病(如肿瘤及炎症)关系密切。例如,TNF-α,IL-6属于典型的炎性介质,是反应机体早期炎性反应的敏感指标,具有增强各种炎性介质及使炎性细胞聚集的作用。
国外流行病学调查显示,颗粒物浓度上升与支气管肺部炎症的发生相关。通过动物实验研究,Kevin.E.D[9]发现吸入炭粒引起肺部炎症及基因突变,并认为基因突变归因于炎性作用及其导致的细胞增生,可见颗粒物与炎症密切相关。但是,我国空气细颗粒物的炎性损伤尚未见报道。
任何包含一个未成对电子的原子或原子团,均称之为自由基。在生理状态下,生物体内的自由基处于动态平衡,其浓度极低,不会损伤机体。但是,当机体受到环境中化学或物理因素的作用时,诱导自由基的产生,并使其浓度增高,过多的自由基储存在体内,就会导致对机体的损伤。活性自由基具有较强的化学反应活性,可攻击生物膜及其它生物大分子。自由基损伤作用是多方面的,其中自由基与炎症、肿瘤的关系已基本得到认可。
3 气态污染物
以气体形态进入大气的污染物称为气态污染物,包括气体和蒸汽。气态污染物主要包括一次污染物(包括:硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以及有机化合物)和二次污染物(包括:硫酸烟雾和光化学烟雾)。同时,按其对我国大气环境的危害大小,有三种类型主要污染物,包括氮氧化物、二氧化硫和多环芳烃。虽然气态污染物种类众多且大部明确,我国目前众多的大气污染与肺癌关联的研究并没有针对具体污染物,是今后研究重中之重。
3.1氮氧化物 众所周知PM2.5的第一来源是各种矿物燃料燃烧,第二来源是机动车尾气排放,其排放的中氮氧化物(NOx)也成为大气中气态污染物的重要来源。NOx种类颇多,造成大气污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。自2000年6月起我国已将其中毒性较大的NO2作为法定的大气监测物。利用地理信息系统的空间预测功能,陆应昶等[10]做出了江苏省肺癌死亡和大气污染的空间地理分布图,结果显示大气污染物之中只有NOx浓度和肺癌标化死亡率存在显著正相关性,初步确定是NOx浓度异常是致肺癌的主要因子之一。采用岭回归模型拟合方法,江苏省徐州市1980~1991年大气污染与居民肺癌死亡率关联研究证实,NOx异常浓度与居民肺癌死亡率呈正相关[11]。
3.2二氧化硫 作为一种辅助致癌物,二氧化硫(SO2)是另一种主要的大气污染物,主要来源于燃煤污染,其在空气对流很弱或存在大气逆温时污染情况更严重。天津市、厦门市、山东省个地市合肥市、乌鲁木齐市、广州市和浙江海宁市等多地研究均发现了肺癌标化死亡率与SO2之间的显著相关关系。通过Eviews软件拟合北京市城区1982~2006年大气污染资料和居民肺癌死亡资料的分布滞后模型,张国钦等[12]发现SO2水平与滞后7年的肺癌死亡率的相关关系最强。
3.3多环芳烃 作为多环芳烃类化合物(PAHs)的代表,以苯并(a)芘[(B)a]是其中高活性的致癌致突变物质,是颗粒物致癌毒性的主要成分之一。运用大气传播模型,ZHANG等[13]估测了我国近地水平的多环芳烃浓度水平,通过调整人群暴露水平呼吸率和易感性等混杂因素后发现,多环芳烃吸入暴露的肺癌总人群归因分值为1.6%,大约相当于可导致2003年我国居民肺癌发病率上升0.65/10万。
4 结论与展望
国内现有流行病学研究关于大气污染与肺癌发病死亡率的关联研究结果显示两者相关性大小与统计学显著性不尽相同,且在不同的研究中同一种污染物与肺癌的关系也存在着较大差别。这可能归因于各地的大气污染水平与组成污染与健康数据的准确性研究方法一致性的差异。同时,潜伏期的存在及其长短差异因素也应纳入其中。即便如此,绝大部分研究均初步得出了大气污染与肺癌正相关的结论。
本研究主要局限性有以下几方面。①此类研究在我国均属于生态学研究,存在固有的生态学偏倚和不可避免的混杂因素。②本研究涉及的关联研究系上世纪90年代成果,监测污染物和人群社会经济背景与现阶段差异显著,不具备足够代表性。因而对这些研究结果的利用和评价需要持慎重态度。③本研究并未考虑各污染物之间以及污染物与气象等因素之间的交互效应,存在较大的片面性。④肺癌存在不同分型或类别,与大气污染的关系可能存在某些差异。
因此,考虑以上局限性,为更好的保护居民的身体健康,进一步确认大气污染与肺癌的关联尚需大规模的前瞻性队列研究加以论证。
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中图分类号:X22 文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 01-120-02
农村经济与环境协调发展息息相关,在农业生产过程中不合理使用化肥、农药以及灌溉水、工农业废弃物、生活垃圾等对农村生态环境都会造成很大的影响。改革开放以来,朝阳农村经济有了快速发展,但随着农业的发展,农村环境污染和生态破坏问题日益突出。如果不高度重视农村生态环境问题,并采取切实措施加大环境保护力度,农村可持续发展的基础将被动摇,而且农业运行的不稳定将会加剧,其后果不堪设想。
1当前农村生态环境的主要问题
1.1外界污染对农村生态环境的破坏
1.1.1水污染
近年来,随着朝阳工业的发展,大量的废水排入河道,致使各河道受污染。主要污染指标包括化学需氧量、高锰酸盐指数、生化需氧量、油、氨氮、总磷等。局部地下水含氟较高。
1.1.2大气污染
大气污染及其所带来的影响也在一定程度上破坏农村生态环境。朝阳市气候属于暖温带半湿润季风型大陆性气候。风向影响着污染物扩散输送的方向,风速的大小决定着污染物的扩散和稀释速度。降水是农田灌溉的主要补给源,季风也影响着降水量。总之,大气污染不仅破坏了大气生态环境也破坏了土壤、水体生态环境。
1.2农业自身生产对农村生态环境的破坏
农药、化肥、农用塑料薄膜的过量和不合理的使用,污染了土壤和水环境。随着农业的发展,这三项污染越来越加剧。我市化肥施用基本在每年30万吨左右,多为氮肥和复合肥,氮、磷、钾的折纯量分别为8.15万吨、2.95万吨和2.65万吨。施用后剩余的氮磷基本转化为氨态氮、硝态氮和无机磷进入大气和水体,造成环境污染。农用地膜带来的白色污染造成新的环境问题。另外,规模化的养鸡场、养猪场迅速发展起来,都没有建设相应的废弃物处理设施,结果造成畜禽粪便随地堆放,污水横流,污染农田,严重恶化了农村生态环境。
1.3乡镇工业问题的影响
我市乡镇工业具有地域分散、发展不平衡、综合规划能力差、污染面广量多、污染治理困难等特点。由于乡镇工业的污染物排放,导致农作物、农田、植物受破坏面积增加,造成很大经济损失。
2农村生态环境恶化的原因
2.1主观原因
2.1.1观念上的错误
农村生态系统是生态效益、经济效益和社会效益的统一体,但由于对环境保护意识不强,片面注重经济效益,重开发轻保护,重建设轻维护,对资源采取粗放型开发利用,加剧了农村生态环境的恶化。
2.1.2体制的不完善
随着生活水平的提高,人们对生态环境的要求越来越高,但由于部门行业条块分割、机构组织不健全、农村环保部门队伍薄弱,对环保工作影响很大。致使破坏生态环境的现象屡禁不止,加剧了生态环境的退化。同时,长期以来对农村生态环境保护和建设的资金投入不足,也造成农村生态环境的恶化。
2.2客观原因
农村生态环境是一个复合的和开放的系统,主要由光、热、气、水、营养物等非生物因子和植物、动物、微生物等生物因子所组成。农村生态环境污染具有影响因子多样性、作用机制复杂性和污染爆发滞后性等特点。大气、水、土壤、岩石等环境因子和植物、动物、微生物等生物因子都通过不同途径、不同作用机制影响农村生态环境。另外,粗放型的经济增长方式也是农村生态环境恶化的重要因素之一。
3保护和改善农村生态环境的对策建议。
3.1 加快环保基础设施建设
应针对我市农村较为分散的特点,设施建设的“瓶颈”因素,在市场经济条件下,应转变观念,通过各种渠道争取环保资金,除应将环保投资纳入经济和社会发展规划中,逐步增大环保投资在生产总值中所占的比例以外,还应当积极利用市场有利条件,鼓励民间资本参与环境基础设施建设,如采用BOT方式、特许权经营等方式投资建设环保基础设施,政府则应在税收、贷款等方面建立比较完善的配套政策,给予政策支持。另一方面,按照“污染者付费”的原则,开征生活污水排放费和生活垃圾处理费,通过合理的价格体系,多渠道地加大环保投入。以提高环境质量为目标,建立经济实用的环保设施。
3.2种养结合,发展生态养殖业
种养结合,可以变废为宝,做到资源综合利用。猪粪便经过无害化处理后,是很好的有机肥料,不仅为农作物提供养分,还有助于改善土壤性质,提高土壤肥力。如果养殖场与周围农户合作,并且将两者结合起来,将养殖场位于农田附近,猪粪便水经无害化处理后,由农户用于蔬菜和果树等农作物肥料,作物收获产生的青秸秆和菜叶等作为青饲料喂猪,实现优势互补,资源综合利用,将环境效益和经济效益很好的结合在一起。针对养殖业所造成的严重污染,可将这一模式加以推广。
3.3加强技术指导,合理施肥
加强农业技术部门的作用,对农民使用农药、化肥进行科学的指导,及时为农民提供病虫害的预测和防治措施。推广生物防止技术和低毒、高效农药的使用,提倡有机肥和无机肥配合使用,有机肥具有养分全,肥料稳定性好,后效长的优点,但养分浓度低,肥效慢,与无机肥配合使用,不仅可以满足农作物迅速生长的要求,还能满足作物持续需肥和当季作物高产的需要。
3.4发展生态农业
目前,在世界范围内儿童的健康状况已成为全世界的社会问题,改善儿童的健康状况是我们所共同面临的问题。呼吸系统疾病、胃肠道疾病以及其它感染性疾病是影响儿童健康的重要疾病[1]。儿童由于体质虚弱,导致其致病因素繁多,且无法逐一得到有效预防。近些年来,随着对儿童呼吸系统疾病诱因相关研究的不断深入,空气污染已被广泛公认为儿童呼吸系统疾病的主要致病因素。气候因素、大气污染以及粉尘污染等作为呼吸系统疾病的重要诱因,在儿童呼吸系统疾病的诱发方面发挥着重要的作用。近期,对大气污染的关注度持续增高,大气污染物中的总悬浮颗粒物TSP、可吸入的微粒PM10以及细颗粒PM2.5等也已被公认为导致大气污染的重要污染源[2],且可被人体吸入而直接影响呼吸系统和心血管系统而诱发呼吸系统疾病和心脑血管疾病,对儿童的作用尤为明显。
1影响儿童呼吸系统疾病的空气污染因素
1.1室外空气污染对儿童呼吸系统疾病的影响 通过研究发现,室外空气污染主要表现为空气中微粒物质增多和空气中其它有害气体含量超标,且以微粒悬浮物对人体的影响最为显著。室外空气中的微粒主要分为PM2.5和PM10,前者是指粒径小于或等于2.5?滋m的极细微粒,后者则指直径小于10?滋m的颗粒状物质。就人体的肺部和呼吸道结构和生理特征而言,粒径超过10?滋m后很难被吸入到呼吸道并进入肺中,多数能够被鼻毛、鼻腔粘膜或呼吸道粘膜捕捉[3]。但是,当微粒的直径小于10?滋m大于2.5?滋m时 ,颗粒则可随着呼吸进入人体的呼吸道和肺部,可诱发呼吸系统不适。但是随着人体粘膜的外排作用的不断加强,颗粒最终可随着人体的呼气、打喷嚏或者痰液排除体外,对人体的危害较为有限。但是,当空气中的微粒直径小于2.5?滋m时,不仅容易进入人体呼吸道系统,而且可以在呼吸道内大量蓄积并逐渐进入人体肺部,当人体免疫力下降到一定程度后,其可在人体支气管或肺泡内发生致炎反应,诱发慢性阻塞性肺部、支气管炎甚至是尘肺病。儿童作为免疫功能较弱的特殊群体,相对于成年人而言更易于收到PM2.5或更小粒径微粒的影响。魏复盛等对PM2.5所致疾病的流行病学进行的研究结果显示,长期吸入PM2.5可大大增加哮喘、支气管炎的发病几率。Desqueyroux等[4]对空气污染致病的相关流行病学研究结果显示,哮喘、慢性阻塞性肺部的发病与PM10、PM2.5以及臭氧在空气中比例的增加有着较为直接的关系。国外一些临床研究还证实[5],NO2和臭氧是目前导致上呼吸道感染、肺病患者住院率上升的重要原因,且一直处于恶化态势。在呼吸系统疾病患者的死亡率方面,大量的临床研究证实[6],NO2和PM10的浓度是导致呼吸系统患者死亡的重要原因,线性回归分析结果显示其与患者的死亡率之间存在着较大的正相关性,进一步说明了空气微粒对人类健康的危害。王海荣等[7]对支气管炎、肺炎以及哮喘等呼吸系统疾病的流行病学进行的研究结果表明,PM2.5、SO2、NO2、PM10等空气污染物的浓度是导致儿童哮喘、肺炎的主要致病因子;支气管炎的主要致病因子则为NO2和PM10,而导致儿童肺功能减弱的主要致病因素则为SO2,且女性儿童更易受到影响。关于SO2导致人体肺功能下降的原因,Sam等[8]进行的临床研究证实,当人体吸入大量SO2后,可导致患者出现呼气流量峰值(PEF)下降,使肺部无法获取足够的氧气而逐渐导致肺部功能受限、肺部功能下降。
1.2室内空气污染在儿童呼吸系统疾病中的致病作用 随着人们生活水平的不断提高,人们越来越重视室内的装修质量,大量新型的装饰材料不断被广泛使用。甲醛、苯等在室内空气中的含量超标,一直是困扰人类健康的主要因素,也已被社会广泛肯定为室内主要的污染源。室内装饰材料所释放出的甲苯、甲醛、苯等有害气体,人类长期接触不仅会出现神经过敏症状或免疫功能紊乱症状,严重时可导致白血病、肿瘤等恶性疾病,对人类健康的威胁巨大。研究证实,当甲醛的在室内的含量超过0.25ppm/m3时,即可诱发呼吸系统疾病,对儿童和体质虚弱的成年人最为明显[9]。儿童长期在室内污染较为严重的环境中玩耍,可因室内污染源发生各种呼吸道疾病以及其它较为严重的器质性病变。因此,在新房装修时,应对房间及时通风、尽量购买释放有害气体或有害颗粒较少的装饰材料,以减少装饰材料对室内环境污染的程度。朱悦等[10]对室内环境在影响儿童呼吸系统疾病方面进行的研究结果显示,室内空气中的甲醛、苯以及室内环境中的螨虫、微粒等均是儿童呼吸道疾病的重要诱因,针对性的采取相应的预防措施极为重要,对于降低儿童因室内环境而诱发的呼吸系统疾病具有重要的临床意义。
1.3煤炭燃烧后的一次、二次污染物对儿童呼吸系统的影响 一直以来,煤炭作为我们日常生活中的主要能源被广泛使用,已成为我们日常生活中的必需生存资料。虽然煤炭的燃烧可以为我们带来电、热等能源,但其所产生的粉尘或有害气体同样是困扰人类健康的重要因素。煤炭燃烧后所产生的SO2、烟尘等一污染物在空气中可与其它污染物发生反应,并逐渐形成二次污染物,比如SO2、NOX和CO等。二次污染物可通过呼吸系统而进入人体,且不可经肝脏代谢而消除,NOX和CO可以逐渐进入人体血液而导致人体产生一些炎症性疾病或者全身不适症状。北方相对于南方而言,煤炭燃烧后的二次污染物对人类健康的危险情况更为明显,主要由于北方冬季因天寒采暖需燃烧大量煤炭,其空气中煤炭燃烧所致的污染物的释放量较大,可对儿童的健康产生直接影响。近些年来,冬季燃煤取暖导致室内CO中毒的案例发生率逐渐升高,这需要引起我们的高度关注。赵宝新等[11]对冬季采暖燃煤所致空气污染对儿童呼吸系统健康的影响所进行的研究结果表明,采暖期时空气中的PM10、SO2水平大幅增加,所处该环境的儿童一秒用力呼气容积(FEV1)呈降低趋势但呼气流量峰值(PEF)有所升高,即说明PM10、SO2可降低儿童的肺功能。此外,就季节而言,冬季时儿童呼吸道感染性疾病、肺炎、支气管炎等发病率明显高于其它季节,除与冬季气温交替频繁有关以外,与冬季燃煤导致的空气内污染物含量增加也有着显著的相关性。
2户外尘沙对儿童呼吸系统疾病的影响
有大量的研究证实[12],沙尘天气是导致儿童呼吸系统疾病频发的一个重要原因之一,且具有季节性的特点。王振全等[13]指出,在一些沙尘天气高发的地区,尘肺病特征的呼吸系统疾病的发生率大大高于无沙尘天气的地区。赵春霞等对沙尘暴对儿童呼吸系统的影响以及呼吸系统症状的相关因素进行的研究结果显示表明,在沙尘天气发生的前一天,该地区的儿童呼吸系统疾病的发生率大幅上升,且主要集中于体制虚弱、免疫力低下爱的儿童。孟紫强等进行的关于沙尘天气影响儿童呼吸系统的相关研究也表明,处于沙尘天气地区的儿童呼吸系统疾病发病率高于其它地区,且沙尘天气能够与其它户外污染因素相互作用,共同对儿童的心脑血管、呼吸系统产生影响而诱发相关的疾病[14]。
3展望与结论
从上文中可见,室内外的空气污染、环境污染等均是导致儿童出现呼吸系统疾病的重要诱因。儿童作为免疫力和身体机能均较弱的特殊群体,对于一些致病诱因的抵御能力较弱,探明导致儿童出现呼吸系统疾病致病因素很有必要。就上述的内容而言,空气污染导致儿童呼吸系统疾病的原因主要有以下:① 室外环境污染、大气污染所致的空气中PM2.5、PM10等微粒的含量大幅增加,儿童吸入体内后在免疫力低时可诱发呼吸系统相关疾病。②室内装饰材料或其它污染源所释放的甲醛、苯等有毒气体,可刺激儿童的呼吸系统并进行其肺部,诱发相关呼吸系统疾病。③煤炭燃烧、秸秆燃烧等导致大气中烟尘、SO2、CO等有害物质的含量增加,增加了儿童患病几率。④沙尘暴、尘沙天气或者高发区域空气中粉尘和尘沙的含量较高,容易导致儿童出现慢性阻塞性肺部样症状或者相关呼吸系统疾病。因此,改善大气环境和周边生活环境对于降低上述因素所致的呼吸系统疾病的发病率具有重要的实质性意义。环境问题已经成为我国乃至世界的共同难题,欲从根本上得到解决任重而道远。但从世界范围内的儿童以及全世界人类的健康出发碳、节能、环保洁净的生活模式是我们所面临的共同任务。
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由于人口的增加和人类生产活动的规模越来越大,向大气释放的二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)、一氧化二氮(n2o)、氯氟碳化合物(cfc)、四氯化碳(ccl4)、一氧化碳(co)等温室气体不断增加,导致大气的组成发生变化。大气质量受*到影响,气候有逐渐变暖的趋势。由于全球气候变暖,将会对全球产生各种不同的影响,较高的温度可使极地冰川融化,海平面每10年将升高6厘米,因而将使一些海岸地区被淹没。全球变暖也可能影响到降雨和大气环流的变化,使气候反常,易造成旱涝灾害,这些都可能导致生态系统发生变化和破坏,全球气候变化将对人类生活产生一系列重大影响。
(二)臭氧层的耗损与破坏(三)生物多样性减少
《生物多样性公约》指出,生物多样性“是指所有来源的形形的生物体,这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体;它包括物种内部、物种之间和生态系统的多样性。”在漫长的生物进化过程中会产生一些新的物种,同时,随着生态环境条件的变化,也会使一些物种消失。所以说,生物多样性是在不断变化的。近百年来,由于人口的急剧增加和人类对资源的不合理开发,加之环境污染等原因,地球上的各种生物及其*生态系统受(四)酸雨蔓延
酸雨是指大气降水中酸碱度(ph值)低于5.6的雨、雪或其他形式的降水。这是大气污染的一种表现。酸雨对人类环境的影响是多方面的。酸雨降落到河流、湖泊中,会妨碍水中鱼、虾的成长,以致鱼虾减少或绝迹;酸雨还导致土壤酸化,破坏土壤的营养,使土壤贫瘠化,危害植物的生长,造成作物减产,危害森林的生长。此外,酸雨还腐蚀建筑材料*,有关资料说明,近十几年来,酸雨地区的一些古迹特别是石刻、石雕或铜塑像的损坏超过以往百年以上,甚至千年以上。世界目前已有三大酸雨区。我国华南酸雨区是唯一尚未治理的。 (五)森林锐减 在今天的地球上,我们的绿色屏障——森林正以平均每年4000平方公里的速度消失。森林的减少使其涵养水源的功能受到破坏,造成了物种的减少和水土流失,对二氧化碳的吸收减少进而又加剧了温室效应。
(六)土地荒漠化
全球陆地面积占60%,其中沙漠和沙漠化面积29%。每年有600万公顷的土地变成沙漠。经济损失每年423亿美元。全球共有干旱、半干旱土*地50亿公顷,其中33亿遭到荒漠化威胁。致使每年有600万公顷的农田、900万公顷的牧区失去生产力。人类文明的摇篮底格里斯河、幼发拉底河流域,已由沃土变成荒漠。中国的黄河流域,水土流失亦十分严重。
(七)大气污染
大气污染的主要因子为悬浮颗粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化碳、氮氧化物、铅等。大气污染导致每年有30-70万人因烟尘污染提前死亡,2500万的儿童患慢性喉炎,4
00-700万的农村妇女儿童受害。
(八)水污染 水是我们日常最需要,也上接触最多的物质之一,然而就是水如今也成了危险品。
(九)海洋污染
中图分类号:X51 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2017)09-1652-05
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2017.09.013
Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Haze and Its Influencing Factors in Shijiazhuang City
LIU Zheng, CUI Ze-jia
(Department of Resources and Environment Science, Shijiazhuang University, Shijiazhuang 050035, China)
Abstract: Temporal and spatial distribution characteristics of PM2.5 and PM10 concentration that derived from air quality monitoring stations of Shijiazhuang city in the whole year of 2015 were analyzed, and the relation between fine particulate matter and each of meteorological factors, such as wind speed, rainfall, temperature, pressure, and social economy was studied. The results showed that PM2.5 and PM10 presented a periodic trend, mainly concentrated in autumn and winter season, and their spatial distribution was not balanced. The factors affecting the temporal and spatial distribution of PM2.5 and PM10 included natural meteorological elements and social economic factors, meteorological elements were important impact factors that led to smog concentration, transfer and diffusion, and social and economic elements were fundamental factors affecting the frequent haze in Shijiazhuang. So, the management of haze lies in the adjustment of energy structure.
Key words: haze;temporal and spatial distribution characteristics;natural factors;social factors;PM2.5;PM10;Shijiazhuang city
霾是由馊芙汉推体污染物造成的一种城市和区域性空气污染现象[1]。雾霾天气主要是因为空气中含有可吸入颗粒物、SO2、氮氧化物等,其中衡量雾霾指标的污染物是可吸入颗粒物,即粒径小于2.5 μm的细颗粒物。PM2.5、PM10浓度增加时直接导致雾霾天气的产生,致使大量有害污染物产生,其发生时能见度明显降低,空气质量恶化,威胁人体健康,严重阻碍人们的日常生活。
从国外来讲,西方工业发达的国家在20世纪已经经历过现阶段中国的雾霾天气,尤其是20世纪50年代的伦敦雾霾事件酿成灾难,英国人自此大力整治环境,并实现产业转型,打造生态社会[2]。时至今日,伦敦蜕变为蓝天白云的“生态之城”。其污染治理分为3个阶段,第一阶段为20世纪50年代至80年代治理工业污染和取暖污染,主要措施有关闭城内电厂;工业企业建造高大的烟囱;大规模改造城市居民的传统炉灶等[3]。第二阶段为20世纪80年代至90年代,交通污染取代工业污染成为伦敦空气质量的首要威胁,因此主要是抑制交通污染[4]。此外,伦敦市在城市建设大型环形绿地,在街道使用钙基黏合剂治理空气污染,微粒下降了14%。第三阶段为20世纪90年代至今,英国制定了国家空气质量战略,近一步提升空气质量[5]。
从国内来看,研究多关注区域和城市范围的霾变化趋势、形成机制、时空变化特征以及低能见度天气的主要成因及其与气候的关系等[6-8]。且雾霾形成方面的研究多集中在气象因素,而关于社会经济因素的影响涉及较少。近年来,关于石家庄市雾霾天气的研究有所增加[9-13],但对于其时空分布特征及其影响因素研究较少。本研究分析了石家庄市雾霾的时空分布特征,进而从自然、社会、经济方面分析其影响因素,提高对雾霾的认知度,以期为防治雾霾提供参考依据。
3)降雨量。图9为2015年石家庄市雨雪天数月均分布图,对照雾霾天数月均分布图来看,雾霾多形成在降水量小的天气。因为降水对雾霾天气中污染物起到很好的冲刷作用,削减污染物的浓度。进一步利用SPSS软件对2015年全年PM2.5、PM10日均浓度与年降水量做相关性分析,得出年降水量与PM2.5、PM10浓度呈负相关,相关系数分别为-0.073、-0.076,相关性不显著。
4)湿度。相对湿度较高有利于雾霾的形成,气溶胶粒子中含水溶性成分时,相对湿度大时,可溶性气溶胶更易吸收水汽而变大,从而使散射作用增加,能见度降低,加剧霾的产生。由表1可知,湿度与PM2.5日均浓度呈显著正相关,与PM10日均浓度呈正相关,但不显著,表明湿度的增加有利于提高小粒径污染物的产生。
5)大气压。由表1可知,大气压与PM2.5、PM10日均浓度呈极显著正相关,相关系数分别为0.334、0.297,说明大气压也是影响石家庄市雾霾天气形成的原因之一。冬季冷空气下沉,地表空气相对增多,即气压升高,不利于城市上空空气的流动,进而使得污染物无法扩散,空气中的微小颗粒聚集,漂浮在空气中,增加了可吸入颗粒物的浓度,此情况下,雾霾天气极易形成。
综上可知,石家庄市形成雾霾的直接因子PM2.5、PM10的浓度受自然气象因子平均风速、气温、大气压的影响较大,湿度对PM2.5有一定的影响,降水量对雾霾的产生影响不大。
2.2.2 地形因素 图10是石家庄市的地形,可以看出石家庄市西依太行山脉有两条明显的输风带,一条是从邯郸市磁县到石家庄市的汇聚风带,另外一条是从天津市到石家庄市的汇聚风带[16],而两条汇聚风带的交汇正好处在石家庄市。受此影响,石家庄市上空的污染物浓度非但没有降低,输风带还给石家庄市上空带来了新的污染物,使得污染物浓度增加,空气质量下降,易形成雾霾天气。因此,地形也是影响石家庄市雾霾天气形成的因子之一。
2.2.3 社会经济因素 石家庄市是新型工业城市,随着经济的发展,人口逐渐增多,城市规模逐渐扩大,工矿企业入驻也越来越多,致使空气质量下降。
1)产业布局。石家庄是以钢铁产业为主,同时还兼有制药、化工、冶金、印染、纺织等的新型工业城市。石家庄市的工业区主要分布在东北、西北、南部和西南,部分产业靠近市中心,甚至还有的在石家庄市常年风向的上风向,布局的不合理是导致石家庄市雾霾天气形成的主要原因之一[9]。
石家庄市PM2.5浓度的高低与第二产业具有较大的关系,尤其是第二产业中的工业。通过对规模以上工业企业产值和能耗进行分析,排名前十的行业占了全部规模以上工业总产值的70.5%,但是平均产值能耗也较高,为0.535 t(标准煤)/万元,高于全市平均水平0.221 t(标准煤)/万元。
由于石家庄市排污量较大的企业在市区的空间分布不尽合理,外加石家庄市地形的影响,部分市中产业新建厂区已经外迁至三环外,但是位于市区内的老厂区仍然没有停产,依然会加剧市区空气的污染。
2)扬尘。扬尘是石家庄市雾霾污染物的主要来源之一,是PM10的首要来源。据有关资料显示,其对PM10和PM2.5来源的分担率分别为0.375和0.225[17]。随着石家庄市城市规模的扩大,各种建筑施工、道路施工以及机动车扬尘量剧增,也成为大气的主要污染源之一。
3)机动车尾气。在造成石家庄市大气污染的各因子中,机动车排放的尾气也是造成雾霾的重要因素之一。汽车排放尾气主要污染成分有CO、CH、NOx、SO2、HCO及可吸入颗粒物[16],其中,可吸入颗粒物所占百分比为48.9%,占污染物总量将近一半。随着经济的发展,人们的生活水平逐渐提高,机动车的数量也在逐年提升,据统计,石家庄市民用汽车保有量为107.52万辆,尾气的排放量随着机动车数量的增加而上升,每天向大气中排放污染物量(CO)在7 500 t左右[15]。
4)城市能耗。石家庄市是一座“煤烟型”城市,主要燃料是燃煤。据历年统计资料显示,能源消费燃煤6 100万t,其中冬季采暖和热电厂发电仍然是煤炭消耗的主要途径。燃煤会产生大量的SO2及颗粒物,对石家庄市的雾霾天气有一定影响,而且燃煤的利用率不高,低效的除尘、脱硫设备以及低效燃煤工艺都是促成雾霾天气形成的原因。
3 讨论
3.1 自然因素
石家庄市是河北省雾霾严重的区域之一,特殊的地形和气象条件是石家庄市雾霾天气形成的自然因素。西依太行山脉,东边是华北平原,地势西高东低,呈现“马蹄形”避风港地形,从东面过来的大气污染物遇上太行山脉不利于扩散,淤积在石家庄城市上空。此外,两大输风带无疑给石家庄市大气输送了更多的大气污染物,再加上石家庄市常年风速低,降水量小,干燥的气候以及城市热岛效应导致市区各种大气污染物淤积而不扩散,最终使得石家庄市空气质量状况降低,给雾霾天气的形成创造了条件[12]。
3.2 社会因素
石家庄市经济的迅速发展带来的污染是雾霾形成的根本原因。石家庄市雾霾天气已经逐步由自然现象演变为一种城市灾害性天气。
石家庄市的工业区主要分布在东北、西北、南部和西南,部分产业靠近市中心,甚至还有的在石家庄市常年L向的上风向,不合理的产业布局以及污染物的高排放是石家庄雾霾天气形成最主要的污染源头;外来工矿企业的加入、城市生态建设的先天不足、城市交通运输业的发展迅速等也是石家庄市雾霾形成的因素。
石家庄市的雾霾形成的三大因子[6]分别为燃料燃烧、工业生产过程、交通运输。通过对石家庄市年消耗燃料量、工业生产环保措施效率以及机动车保有量和其年排放总量的分析,得出大气污染的三大因子所占比例分别为70%、20%与10%,对石家庄市雾霾的空间分布及雾霾强度有着根本性的影响。
4 小结
石家庄市PM2.5、PM10在时间上具有演变规律,主要集中在秋冬季节,在空间上具有分布不均衡的现象,分析其时空变化规律有助于其成因分析。根据对石家庄市雾霾天气影响因素的分析,得出石家庄市雾霾天气形成的因素主要包括自然气象和社会经济两大因素,其中,燃煤、交通、工业生产是石家庄市污染的主要来源,气象要素是雾霾集聚、转移与扩散的重要影响因子,而社会经济要素是影响石家庄市雾霾频发的根本性原因。
应对雾霾天气,需要采取相应的应急措施,提高空气质量的监测力度,大力整改污染企业,优化绿化设施、生态系统,提高空气质量状况。本研究成果对石家庄市乃至全国空气污染治理、雾霾天气的形成与防治有理论借鉴和实践意义。
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中图分类号:X831文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)25-0102-02
汞在自然中以多种形式存在,有七种稳定和四种不稳定(放射性)的同位素,不同形态的汞有不同的物理化学特性。环境大气中的汞包括气态汞、颗粒态汞和液态汞,气态汞又可分为原子态汞和活性气态汞。活性气态汞的含量很少,但由于其水溶性和相对活泼的化学性质,使其成为大气汞的干湿沉降的主要贡献者之一。在环境的各个介质中都可能存在汞的环境污染,多数是由于人类开发和使用汞而造成汞的释放产生的。现有的汞污染物大部分是向大气中排放,通过大气进行传输,并随着干、湿沉降进入水和陆生态系统,在细菌的活动或非生物机制下发生甲基化,然后通过食物链进行生物富集,并通过对鱼等水产品的食用最终进入人体,从而对人体产生危害。由于其能长时间存在于大气中,且进行远距离传输,因此大气汞污染成为当前大气环境研究的热点问题(图1)。
近年来随着我国经济的迅猛发展,对电的需求日益扩大,特别是作为全国发达地区与能源消耗的大省――江苏,对电力的需求与日俱增,截至去年底,我省发电装机容量达到5682万千瓦,其中燃煤机组为4824.8万千瓦,占总发电量的80%以上。江苏长江流域是火力发电厂较为集中的区域,从2000年16座到2009年22座。火力发电曾为人民生活带来巨大方便,但是对环境也产生巨大的影响,特别是环境空气中的汞污染已成为人们关注的热点。
1研究方法
1.1区域概况
南京位于北纬31°14″至32°37″,东经118°22″至119°14″――长江下游沿岸,属于亚热带季风气候。
南京是长江下游地区重要的产业城市和经济中心,中国重要的文化教育中心之一,也是华东地区重要的交通枢纽。全市面积6598km2,其中市区面积4844km2,建成区面积720.45km2。
截至2009年年末,全市户籍人口629.77万人,市区户籍人口545.98万人,全市常住人口771.31万人。南京的工业以电子信息、石油化工、汽车机械、生物制药、食品饮料、仪器仪表等产业占有重要地位。
1.2采样点选择
以南京主城区为研究范围,综合考虑均匀分布与功能区特征选择5个监测点:交通区(城西干道附近),工业区(火电站附近)和商业区(新街口附近),文化区(南京理工大学)和自然保护区(滨江公园)。
1.3主要监测设备
RA-915M汞分析仪(俄罗斯Lumex 公司产品)。
1.4大气汞的监测方法
常规监测:从2010年4月16日到2010年5月4日,5个采样点每天24小时连续测定,采样高度1.5~8m。
2总结
从各样点的大气汞含量看,城区浓度高值中心多次出现在火电站、城西干道、新街口商业区,这是由于这些地点是交通发达和人口密集区,来往人员车辆频繁,烟尘较大,大气汞易为飞尘所吸持。而在学校和自然保护区,植被较多,大气汞浓度值很低,接近背景值。如在南京理工大学校园内大气汞浓度只有0.9~8.8ng/m3,而在南京火电站附近却达到了5.4~86.2ng/m3。
南京主城区大气汞具有一定的空间分布特征和明显的时间变化特征。南京市主城区不同地区大气汞浓度范围为0.4~98.2ng/m3。均值达6.94ng/m3,远远高于全球大气汞浓度背景值(1.5~2ng/m3)。最新研究成果得出,全球城市环境大气汞浓度范围为1.8~9.8ng/m3,亚洲城市的大气汞浓度明显高于美洲地区。
交通区(城西干道附近),工业区(火电站附近)和商业区(新街口附近)大气汞分别为8.49ng/m3,8.77ng/m3和8.03ng/m3,差异性不显著,但明显高于南京理工大学(5.02ng/m3)和滨江公园(4.38ng/m3)。
利用RA-915AM汞分析仪,以在南京一条交通要道(城西干道)附近为例,从4月16日~5月4日连续不断自动监测。监测情况如下(图2,图3):
从单日情况看,在城西干道上下班早晚高峰时间段大气汞浓度值偏高,夜间汞浓度达到高值。由于受夜间空气流动小,大气污染物扩散条件差且相对湿度较高等不利因素影响,都能导致夜间汞浓度值高。
从对一个点不间断大气汞自动监测的情况看,每日走势也有一定的空间跨度,通过分析得出气象因素可能对大气汞浓度产生影响。
气象参数是影响大气污染物迁移转化的重要因子,利用监测数据,进行大气汞与气象因子的相关分析研究。通过对气象台提供数据针对相对湿度进行研究,大气汞浓度与相对湿度呈极显著的正相关,结果如图4所示:
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中图分类号:S162.5 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2012)-05-0123-1
1 农作物生长与外界环境
作物生长的外界环境主要指土壤、气候、地形等,它们相互依存、相互制约,但不能互相代替,辩证地对作物产生综合影响。
在影响农业生产的外界自然环境的诸因子中,气象因子是十分重要的,它是植物生活所必需的基本因子,光、热、水、气等气象因子的。不同组合对农业生产会有不同的影响,不利的组合将使农作物减产,甚至绝收。有利的组合必使农业增产。最佳组合则会使农业获得更好的收成。古人有:风调雨顺之语,即是对农作物生长所需气象条件最好的总结。
2 农业生产与气象条件
2.1 基本气象因子对农作物的影响
2.1.1 光照对作物的影响 光对作物的影响是从光照强度和光照时间两个方面起作用的,增加光照强度,可以获得优质高产,不同光谱成分对植物生长的影响不同,适当延长植物的光照时间,可以增加植物体内有机物的积累而提高产量。植物对光的吸收利用是个复杂的过程,不同植物对光照的要求也不尽相同,有时会需要光照强度和光照时间互相配合,两者的不同组合,其对作物的影响也是不同的。
2.1.2 温度对作物影响 作物生长需要在适宜的温度条件下进行,温度除直接影响植物生长发育外,环境温度对作物的影响也极其重要,我国南北温差较大,在植物的选种上要根据植物的生长习性选择合适的作物种植。耐温植物一般要求生长发育的起点温度和全生育期所需要的温度较高,适宜在南方种植,如:棉花、高粱、甘蔗等,耐寒植物要求起点温度和全生育期温度相对较低,适宜北方播种,如:麦类、油菜等。但异常的温度也是病虫害发生、发展的重要因素之一,提前预防将有效遏制病虫害的发生、发展,保证作物产量。
2.1.3 水对农作物的意义 水是重要的农业环境因素,农业生产活动的整个过程要有一定量的水分,水分的多少影响着生物体的各个方面,水即是作物制造有机物的原料,也是植物进行光合作用过程中所需要的矿物质营养元素的传输者。植物对自然界水资源的有效利用是通过植物本身一系列活动完成的,其中,植物的蒸腾作用约占植物全部吸收水分的4/5还多。
2.1.4 风对作物的影响 作物生长需要在通风条件较好的环境下,风是植物被动吸水的原动力,能使矿物质盐分随水分运至植株上部,风还能使植物叶片变薄,减少二氧化碳进入植物体内的阻力,并改变植物叶片大小对生长量所起的作用。不适宜的风速、风向及刮风时间的长短、天气状况和地形条件对植物的危害是不言而喻的,在易发生风害的地区在选择作物上,应选择抗风能力强的谷类作物,营造防风林等措施。
3 气候环境的改变对作物的影响
气候环境污染对农作物的危害主要包括水体污染、大气污染、土壤污染及农业自身污染。
3.1 水体污染
被污染了的水体,作物不能有效吸收,进而会造成作物干枯死亡,或严重减产。水体污染源分为自然污染源和人为污染源两大类。自然污染源是自然界本身给水体造成的污染,如河流的上游,往往流着当地自然条件下溶解含有有害元素(铜、镉、汞、砷等)的水。由人类活动所排放的各类污水、废水所造成的污染即人为污染源,水体的污染直接造成植物吸水困难,干枯死亡。
3.2 大气污染
酸雨的形成是大气污染的结果,当烧煤的烟囱排放出的二氧化硫酸性气体,或汽车排放出来的氮氧化物烟气上升到空气中,这些酸性气体与天上的水蒸气相遇,就会形成硫酸和硝酸小滴,使雨水酸化,这时落到地面的雨水就成了酸雨。酸雨对作物的危害主要表现在:损坏植物叶面,破坏土壤成分,使农作物减产甚至死亡。
3.3 土壤污染
土壤污染是指进入土壤的有害物质破坏了土壤的结构,改变土壤的物理、化学及生物性质,使土壤板结、酸化或碱化,不利于作物生长发育,造成作物的减产或死株现象。
4 气候环境
近年来,气候环境日益恶化,这里有人为因素,也有自然因素。保护气候资源,首先要从当下做起,提高人们的觉悟与认识,加强环保意识。其次,要进行废物回收利用,减少对森林树木的砍伐,还要加强对白色污染的处理,少使用塑料制品。最后,要对沟、河、水渠等方面作改进。
环境污染综合防治是与单项治理相对的概念。从对象上说,它综合考虑大气、水体、土壤等各种环境要素,而不是着眼于其中某一个环境要素;从目标上说,它综合考虑资源、经济、生态和人类健康等方面,而不是局限于其中某个单一目标。对于各种不同的环境污染问题应采取各种不同的综合防治措施。
5 气象灾害
农业气象灾害指在农业生产过程中,能够对生物造成危害和经损失的不利天气条件或气候条件的总称。
气象灾害对社会经济发展和社会物质财富具有很大的破坏性,特别是暴雨洪涝、风灾、冰雹、雪灾等气象灾害会造成房屋倒塌、牲畜死亡、道路中断、桥梁冲毁、设施毁损、船沉车毁、直接财产损失等等。预防气象灾害,充分利用现有物质和人力条件而采取部署气象水文预警预报、防灾教育、灾区保险、灾害应急管理、法制等措施,其中尤以现代科学技术措施为重点。
6 总结
农作物的生长发育有它自己的特定规律,而气候条件也有它发生、发展的必然规律,气候条件适宜作物生长,就有利增收,不利就减产欠收。由此可见气象与农业生产的关系极为密切。保护气候资源,减少自然灾害,让天气、气候和水为未来增添动力。
参考文献
关键词:城市交通 大气环境 影响评价 预测技术 研究
中图分类号:X5 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)09(c)-0051-02
1 城市交通大气环境影响评价的因子分析
现阶段,城市交通最常见的方式就是不同类型机动车辆,或以汽油为燃料,或以柴油为燃料。而城市交通所排放的污染物也几乎由机动车辆产生。所以,文章将以城市道路机动车辆为重点研究对象,分析其对于大气环境产生的影响。
1.1 机动车辆污染物的排放
通常来讲,机动车排放的污染物方式包括3种,即燃油蒸发、尾气和曲轴箱窜气。其中,机动车的尾气主要成分有碳氢化合物、臭气和一氧化碳等,而曲轴箱窜气中的碳氢化合物所占比重为1/4,在燃油蒸发中,碳氢化合物所占比重在20%[1]。通过对上述3种污染物排放方式的调查和研究发现,机动车所排放的污染物当中,排气管排放废气是最多的。
1.2 国家标准要求
根据我国轻型汽车排放污染物的相关标准内容规定,在型式认证试验与产品一致性检查试验中,将污染物类型确定成碳氢化合物、碳氧化物以及一氧化碳。而在我国摩托车与汽油车污染物排放标准中,将一氧化碳与碳氢化合物确定为主要的污染物类型。自环境空气质量标准修订以后,明确具体需要控制的污染物。而针对以上对于城市交通污染物类型的确定情况,最终将一氧化碳、碳氢化合物及氮氧化物当作城市交通对于大气环境产生影响的评价因子[2]。
2 城市交通大气环境影响评价与预测――以某市为例
2.1 城市交通车型组成
该城市在城市综合交通规划过程中,重点调查了市区内部重要交叉路口与路段机动车和非机动车。根据实际调查结果,可以了解到该城市道路交通的车型组成结构。
根据表1内容可以发现,在该城区内部,小型客车所占比重相对较大,其中也包括了中型的客车。而仅次小客车的就是摩托车,由此可以了解到该城市的机动车组成特点。
2.2 有关城市交通规划的阐述
第一,道路网络的方案。该城市在对道路网进行规划的过程中,主要包含的内容有主干道、次干路,还有郊区公路与快速干道等等。其中,高速公路与城郊公路一般都分布在城区的周边[3]。在城区内部,主要有快速干道、支路和主干道以及次干路。在整个城市的道路网络当中,参与到评价路段的数量是3 112。
第二,评价道路网络的方案。对于该城市交通道路网络方案进行评价的过程中,可以采用“交运之星”这一软件,把城市交通的实际需求量添加到规划道路网当中,进而对交通运行的实际情况展开技术评价。通过软件的评价发现,机动车交通量在不同等级道路中的空间分布,特别是单相交通量低于500 pcu/h的比重已经超出了95%。而且,根据评价内容发现,城市规划道路网的运输周转量主要分布在快速路及城郊高速道路中,另外,在城市干路中也有所分布。在机动车以平均车速行驶在不同等级道路当中,对于主干路与快速路的车速时速一般控制在60~70 km,而对于城郊高速公路而言,平均时速在87.28 km[4]。
2.3 道路交通污染物的排放量预测及评价
对于该城市整体交通网络而言,各路段交通排放属于最明显的排放源,而且3种类型污染物在路段交通中的排放量所占比重分别是96.82%、94.76%、98.91%。当利用该软件对交叉口机动车的排放量进行计算的时候,因为只是处于怠速状态的附加排放量,所以,此位置的交通污染排放量就明显不多。
2.4 对道路空气质量的预测和评价
通过城市交通量与排放因子能够获取路段与交叉口机动车的排放量,实际结果表明,这些区域机动车的排放源很强,对道路两侧一氧化碳与氮氧化物的浓度进行预测,进而客观评价道路两侧的空气质量。
其中,对该城市交通规划范围内的3 112条路段及若干交叉口展开了机动车污染物扩散浓度的预测工作及空气质量评价工作[6]。
通过表2内容可以了解到,交通规划的道路网在空气质量方面的效果良好,而且有超过60%的空气质量评价在良好之上,达到了国家空气质量的二级标准。其中,道路空气质量一般的区域在城市快速路与城郊高速公路中。而道路空气质量良好的状态分布在城市的主干道处。
3 结语
综上所述,对于交通供给而言,集中型城市形态与小环境容量是制约其可持续发展的主要因素。以宏观角度分析,交通网络容量的分析需要基于交通网络失控资源的消耗与废气排放量控制条件之下。文章以某城市为例,对城市交通大气环境影响问题展开了讨论,并且以城市交通系统的发展为核心。为此,在城市交通的可持续发展规划当中,一定要深入研究交通大气环境影响预测及评价技术,进而更好地为其环境总容量的分析和评价提供所需的服务。
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