第3章 大气卫生学

1、第三章第三章 大大 气气 卫卫 生生 北京大学北京大学 郭新彪郭新彪 第一节第一节 大气的特征及其卫生学意义大气的特征及其卫生学意义 一、大气的结构一、大气的结构 P4 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：气温随着高度的量，是天气变化最复杂的层次。该层的特点有：气温随着高度的 增加而降低。这是由于对流层的大

2、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。空气具有强烈的对流运动。近地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 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。 一、大气的结构一、大气的结构 P5 平流层平流层

3、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

4、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。 一、大气的结构一、大气的结构 二、大气的组成二、大气的组成 自然状态下的大气是由混合气体、水汽和气溶胶(aerosol) 组成。除去水汽和气溶胶的空气称为干洁空气。 气溶胶气溶胶 大气气溶胶是液体或固体微粒均匀地分散在气体中形 成的相对稳定的悬浮体系。自然状态下的大气气溶 胶主要来源于岩石的风化、

5、火山爆发、宇宙落物以及 海水溅沫等。它的含量、种类以及化学成分都是变化 的。根据形成过程、对能见度的影响以及颜色的差异 等，气溶胶可分为轻雾(mist)、浓雾(fog)、霾(haze)、 粉尘(dust)、烟气(fume)、烟(smoke)、烟雾(smog)和 烟炱(soot)等。 二、大气的组成二、大气的组成 二、大气的组成二、大气的组成 P9 三、大气的物理性状 太阳辐射太阳辐射 气象条件气象条件 空气离子空气离子 P10 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是产生各种天气现象的根 本原因，同时也是地表

6、上光和热的源泉。紫外线具有色素沉本原因，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；过强的紫外线着、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 大气中的某些二次污染物形成有关，例如光化学烟雾和硫酸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。可见光综合作用于机体的高级神经系统，能提高视觉雾等。可见光综合作用于机体的高级神经系统，能提高视觉 和代谢能力，平衡兴奋和镇静作用，提高情绪与工作效率，和代谢能力，平衡兴奋和镇静作用，提高情

7、绪与工作效率， 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，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， 适量的红外线可促进人体新陈代谢和细胞增生，具有消炎和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 镇静作用；过强则可引起日射病和红外线白内障等。镇静作用；过强则可引起日射病和红外线白内障等。 三、大气的物理性状 P11 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

8、候条件变化过于激烈，超过人体谢功能有调节作用。如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。 三、大气的物理性状 P12 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，

9、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。 三、大气的物理性状 P13 一般认为，

10、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。 三、大气的物理性状 第二节第二节 大气污染及大气污染物的转归大气污染及大气污染物的转归 P15 一、大气污染的来源 天然污染天然污染(natural pollution) 火山爆发、森林火灾等 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 P16 工农业生产工农业生产 各种工业企业是大气污染的主要来源，也是大气卫生防护各种工业企业是大气污染

11、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，生活排放量为233.6233.6万吨）；工业粉

12、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。 一、大气污染的来源 P17 工业生产 燃料的燃烧燃料的燃烧 工业生产过程的排放工业生产过程的排放 一、大气污染的来源 P18 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

13、，它们的用煤量占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、镉等化合物。石油的主要杂质是硫化物，此外还有氟、砷、钙、铁、镉等化合物。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。燃料所含杂质与其化物和氮化物，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%，但是重庆地区所产，但是重庆地区所产 煤的硫含量高达煤的硫含量高达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.

14、8%0.8%，而中东地，而中东地 区的一般为区的一般为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。 一、大气污染的来源 P19 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

15、氧化物、氮氧化物、醛类、碳粒、多环芳烃等。 一、大气污染的来源 P20 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。 一、大气污染的来源 P21 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

16、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。 一、大气污染的来源 P22 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

17、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20082008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

18、机动车尾气污染。来自机动车尾气污染。 一、大气污染的来源 P23 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

19、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。 一、大气污染的来源 P24 大气污染物按其属性，一般分为物理性（如噪声、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，可将其分为气态和根据污染

20、物在大气中的存在状态，可将其分为气态和 气溶胶。大气气溶胶体系中分散的各种微粒常常也被称作气溶胶。大气气溶胶体系中分散的各种微粒常常也被称作 大气颗粒物大气颗粒物(particulate matter)(particulate matter)。 二、大气污染物的种类 P25 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

21、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

22、主要是含氯和含氟化合物，如HClHCl、HFHF和和SiFSiF4 4等。等。 二、大气污染物的种类 P26 大气颗粒物 粒径是颗粒物的最重要的性质。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，有球形、菱形、方形等等。 二、大气污染物的种类 P27 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有

23、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。 二、大气污染物的种类 P28 大气颗粒物按粒径可分为：大气颗粒物按粒径可分为： 1.总悬浮颗粒物（total suspended particulates, TSP） 是指粒径 100m 的颗粒物，包括液体、固

24、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。 2.可吸入颗粒物（inhalable particle, IP; thoracic particulate matter，PM10） 指空气动力学直径10m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在空气中，也被称为飘尘（suspended dusts）。 3.细颗粒物(fine particle; fine particulate matter, PM 2.5) 是指 空气动力学直径2.5m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泡进入血液。PM2.5 更易于

25、吸附各种有毒的有机物和重金属元素，对健康的危害极大。 4. 超细颗粒物（ultrafine particle） 指粒径0.1m的大气颗粒物。 城市环境中，人为来源的PM0.1主要来自汽车尾气。PM0.1有直接排放到大气的， 也有排放出的气态污染物经日光紫外线作用或其他化学反应转化后二次生成的。 PM0.1的健康影响受到日益广泛的关注。 P29 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 一次大气污染物一次大气污染物(primary air pollutants)(primary air pollutants) 二次大气污染物二次大气污染物(secondary air pollut

26、ants)(secondary air pollutants) P30 一次大气污染物一次大气污染物 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大气污染物。这些污染均未发生变化的污染物称为一次大气污染物。这些污染 物包括从各种排放源排出的气体、蒸汽和颗粒物，如物包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、大气污染物的种类 P31 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

27、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 挥发性有机物（挥发性有机物（VOCsVOCs）在日光紫外线的照射下，经过一系列的光）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化学反应生成的臭氧、醛类以及各种过氧酰基硝酸

28、酯(peroxyacyl (peroxyacyl nitrate,PAN)nitrate,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。 二、大气污染物的种类 P32 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 污染源的排放情况污染源的排放情况 气象因素气象因素 地形地形 P33 污染源的排放情况污染源的排放情况 排放量排放量 与污染源的距离与污染源的距离 排出高度排出高度 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P34 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

29、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P35 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

30、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

31、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P36 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 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。在其他条件相同时，度之和，可以用烟波中心轴到地面的距离表示。在其他条件相同时， 排出高度越高，烟波断面越大

32、，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陆点处断面污染物的浓度可降至原来的1/41/4。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P37 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P38 气象因素气象因素 风和湍流风和湍流

33、温度层结温度层结 气压气压 气湿气湿 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P39 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

34、，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

35、不变的情况下，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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P40 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

36、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P41 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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大

37、气中污染物浓度的因素 P42 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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P43 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

38、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

39、，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)(temperature 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，

40、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P44 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

41、 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。 P45 大气的稳定程度与大气垂直温度递减率（）的绝

42、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P46 气压 气压的高低与海拔高度、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

43、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P47 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

44、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。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P48 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。

45、三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 P49 热岛现象热岛现象 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

46、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、办公设备使用时产生的热量，机动车照明器具、家电、办公设备使用时产生的热量，机动车 发动机、空调以及尾气散发的热量，混凝土建筑、沥青路面发动机、空调以及尾气散发的热量，混凝土建筑、沥青路面 日照后的散热以及城市绿地减少等导致热岛现象的形成。日照后的散热以及城市绿地减少等导致热岛现象的形成。 三、影响大气中污染物浓度的因素三、影响大气中污染物浓度的因素 四、大气污染物的转归四、大气污染物的转归 P51 大气污染物的自净大气污染物的自净 大气的自净是指大气中的污染物在物理、化学和生物学作用下，逐渐减大气的自净是指大气中

47、的污染物在物理、化学和生物学作用下，逐渐减 少到无害程度或者消失的过程，主要有以下几种方式：少到无害程度或者消失的过程，主要有以下几种方式： 1 1扩散和沉降扩散和沉降 是大气污染物净化的主要方式。扩散一方面能将污染物是大气污染物净化的主要方式。扩散一方面能将污染物 稀释，另一方面可以将部分污染物转移出去。污染物也可依靠本身的重力，稀释，另一方面可以将部分污染物转移出去。污染物也可依靠本身的重力， 从空气中逐渐降落到水、土壤等环境介质中。从空气中逐渐降落到水、土壤等环境介质中。 2 2发生氧化和中和反应发生氧化和中和反应 例如，例如，COCO可以被氧化为可以被氧化为COCO2 2，SOSO2

48、2可以与氨或其可以与氨或其 他碱性灰尘发生中和反应。他碱性灰尘发生中和反应。 3 3被植物吸附和吸收被植物吸附和吸收 有些植物能吸收大气污染物，从而净化空气。例有些植物能吸收大气污染物，从而净化空气。例 如，每平方米的樱树叶片可吸收如，每平方米的樱树叶片可吸收180mg NO180mg NO2 2；樟树叶片对氟的富集可达；樟树叶片对氟的富集可达 2636mg/kg2636mg/kg。 四、大气污染物的转归四、大气污染物的转归 P52 大气污染物的转移大气污染物的转移 1 1向下风侧更远的方向转移。向下风侧更远的方向转移。 2 2向平流层转移向平流层转移 氯氟烃、甲烷、氯氟烃、甲烷、NONO和和

49、COCO2 2等气体可以等气体可以 垂直上升至平流层，还可以被超音速飞机直接带入平流层。垂直上升至平流层，还可以被超音速飞机直接带入平流层。 3.3.向其他环境介质中转移向其他环境介质中转移 例如酸雨可以直接降落到土例如酸雨可以直接降落到土 壤和地面水体。壤和地面水体。 四、大气污染物的转归四、大气污染物的转归 P53 形成二次大气污染和二次大气污染物 有些大气污染物转移到其他环境介质后，在某些条件下 仍可回到大气环境，造成二次大气污染。例如，由汽车尾气 排入大气的铅可随尘土降落在公路两旁，遇大风天时，铅尘 可被刮起，再次进入大气。大气中的一次大气污染物还可以 转化成二次大气污染物。例如，SO

50、2和NO2转化为硫酸雾和硝 酸雾，挥发性有机物和NO2转化为光化学烟雾。 四、大气污染物的转归四、大气污染物的转归 第三节第三节 大气污染对人体健康的影响大气污染对人体健康的影响 P55 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P56 急性危害急性危害 大气污染物的浓度在短期内急剧升高，大气污染物的浓度在短期内急剧升高， 可使当地人群因吸入大量的污染物而引起可使当地人群因吸入大量的污染物而引起 急性中毒，按其形成的原因可以分为烟雾急性中毒，按其形成的原因可以分为烟雾 事件和生产事故。事件和生产事故。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P57 烟雾事件烟

51、雾事件 煤烟型烟雾事件煤烟型烟雾事件 光化学烟雾事件光化学烟雾事件 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P58 煤烟型烟雾(coal smog)事件 主要由燃煤产生的大量污染物排入大 气，在不良气象条件下不能充分扩散所致。 自19世纪末开始，世界各地曾经发生过许多 起大的烟雾事件。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P59 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P60 光化学型烟雾（光化学型烟雾（photochemical smogphotochemical smog）事件）事件 是由汽车尾气中的氮氧化物（是由汽车尾气中的氮氧化

52、物（NOXNOX）和挥发性有机物（）和挥发性有机物（VOCsVOCs） 在日光紫外线的照射下，经过一系列的光化学反应生成的刺激性在日光紫外线的照射下，经过一系列的光化学反应生成的刺激性 很强的浅蓝色烟雾所致，其主要成分是臭氧、醛类以及各种过氧很强的浅蓝色烟雾所致，其主要成分是臭氧、醛类以及各种过氧 酰基硝酸酯（酰基硝酸酯（peroxyacyl nitrates, PANsperoxyacyl nitrates, PANs），这些通称为光化），这些通称为光化 学氧化剂（学氧化剂（photochemical oxidantsphotochemical oxidants）。其中，臭氧约占）。其中，臭

53、氧约占9090以以 上，上，PANsPANs约占约占1010，其他物质的比例很小。，其他物质的比例很小。PANsPANs中主要是过氧乙中主要是过氧乙 酰硝酸酯（酰硝酸酯（PANPAN），其次是过氧苯酰硝酸酯（），其次是过氧苯酰硝酸酯（PBNPBN）和过氧丙酰硝）和过氧丙酰硝 酸酯（酸酯（PPNPPN）等。醛类化合物主要有甲醛、乙醛、丙烯醛等。）等。醛类化合物主要有甲醛、乙醛、丙烯醛等。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P61 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P62 事故性排放引发的急性中毒事件事故性排放引发的急性中毒事件 事故造成的大气污染急

54、性中毒事件一旦发事故造成的大气污染急性中毒事件一旦发 生后果通常十分严重，近年发生的代表性事件生后果通常十分严重，近年发生的代表性事件 有印度博帕尔毒气泄漏事件、切尔诺贝利核电有印度博帕尔毒气泄漏事件、切尔诺贝利核电 站爆炸事件、我国重庆开县的天然气井喷事件站爆炸事件、我国重庆开县的天然气井喷事件 等。等。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P63 印度博帕尔(Bhopal)毒气泄漏事件 博帕尔是印度中央邦的首府，人口80多万。 美国联合碳化物公司博帕尔农药厂建在该市的 北部人口稠密区。工厂设备年久失修。1984年 12月2日深夜和3日凌晨，该厂的一个储料罐进 水，罐中

55、的化学原料发生剧烈的化学反应，储 料罐爆炸，41吨异氰酸甲酯泄漏到居民区，酿 成迄今世界最大的化学污染事件。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P64 前苏联切尔诺贝利前苏联切尔诺贝利(Chernobly)(Chernobly)核电站爆炸事件核电站爆炸事件 19861986年年4 4月月2626日凌晨日凌晨1 1时许，前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸，时许，前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸， 造成自造成自19451945年日本广岛、长崎遭原子弹袭击以来世界上最为严重的核年日本广岛、长崎遭原子弹袭击以来世界上最为严重的核 污染。反应堆放出的核裂变产物主要有污染。反应堆放出的核

56、裂变产物主要有131 131I I、 、103 103Ru Ru、137 137Cs Cs以及少量的以及少量的 6060Co Co。周围环境中的放射剂量达。周围环境中的放射剂量达200R/h200R/h，为人体允许剂量的，为人体允许剂量的2 2万倍。此万倍。此 次核事故造成次核事故造成1313万居民急性暴露，万居民急性暴露，3131人死亡，人死亡，233233人受伤，经济损失人受伤，经济损失 达达3535亿美元。这些放射性污染物随着当时的东南风飘向北欧上空，污亿美元。这些放射性污染物随着当时的东南风飘向北欧上空，污 染北欧各国大气，继而扩散范围更广。染北欧各国大气，继而扩散范围更广。3 3年后

57、的调查发现，距核电站年后的调查发现，距核电站 80km80km的地区，皮肤癌、舌癌、口腔癌及其他癌症患者增多，儿童甲状的地区，皮肤癌、舌癌、口腔癌及其他癌症患者增多，儿童甲状 腺病患者剧增，畸形家畜也增多。在事故发生时的下风向，受害人群腺病患者剧增，畸形家畜也增多。在事故发生时的下风向，受害人群 更多、更严重。更多、更严重。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 我国重庆市开县12.23特大天然气井喷事件 开县位于重庆市东北部，拥有极其丰富的天然气储量。开县位于重庆市东北部，拥有极其丰富的天然气储量。 20032003年年1212月月2323日日2121时时5555分，位于

58、开县高桥镇晓阳村境内的中分，位于开县高桥镇晓阳村境内的中 石油天然气井石油天然气井 “罗家罗家16H16H”井发生井喷，大量富含硫化氢的井发生井喷，大量富含硫化氢的 天然气喷涌而出。失控的有毒气体随空气迅速大面积扩散，天然气喷涌而出。失控的有毒气体随空气迅速大面积扩散， 使附近空气中硫化氢浓度急剧升高，造成附近居民大量中毒使附近空气中硫化氢浓度急剧升高，造成附近居民大量中毒 和死亡以及巨大财产损失。和死亡以及巨大财产损失。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 在井喷井周围在井喷井周围1 1平方公里内的山坡上，附近居民饲养的家禽、家平方公里内的山坡上，附近居民饲养的家禽、家

59、 畜全部死亡，附近的野生动物如老鼠、野兔等全部死亡，甚至栖息畜全部死亡，附近的野生动物如老鼠、野兔等全部死亡，甚至栖息 在其附近的飞鸟也基本难逃劫难。据事件后的统计，开县高桥镇及在其附近的飞鸟也基本难逃劫难。据事件后的统计，开县高桥镇及 其附近的麻柳乡、正坝镇、天和乡其附近的麻柳乡、正坝镇、天和乡4 4个乡镇、个乡镇、3030个村的个村的9.39.3万人受灾，万人受灾， 疏散转移居民疏散转移居民6.56.5万人，累计门诊治疗中毒者万人，累计门诊治疗中毒者27 01127 011人次，住院治疗人次，住院治疗 2 1422 142人次，人次，243243人死亡。中毒者主要表现为眼部和呼吸道刺激症状

60、人死亡。中毒者主要表现为眼部和呼吸道刺激症状 以及头昏、头痛、失眠、多梦等神经系统症状。该井天然气中硫化以及头昏、头痛、失眠、多梦等神经系统症状。该井天然气中硫化 氢含量为氢含量为151mg/m151mg/m3 3，据估计事件中由井中至少喷出，据估计事件中由井中至少喷出3 0003 000吨硫化氢。吨硫化氢。 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 P67 慢性影响慢性影响 影响呼吸系统功能影响呼吸系统功能 降低机体免疫力降低机体免疫力 引起变态反应引起变态反应 其他其他 一、大气污染对健康的直接危害一、大气污染对健康的直接危害 影响呼吸系统功能 大气中的SO2、NOx、硫酸