城市化与大气

1、城市化进程对大气环境的影响摘要：伴随着经济社会的快速发展，越来越多的人群选择在城市聚居，城市化的发展也越来越快。伴随着城市化的加快，各种产业也跟随者城市化的进程不断发展。但由于城市规划的不完善以及相关产业的固有特点，城市大气环境的特点变得更加复杂，对城市中生活的人的健康以及城市环境产生诸多影响，因此，对城市化背景下大气环境的分析是十分有意义的。关键字：城市化；大气环境； 健康；综合防治改革开放以来，我国的城市化速度越来越快，城镇人口增至6.07亿，城市化率以每年0.9%的速度上升到了46.6%，我国也成为了世界上城市化率增速最快的国家之一。为了保障城市的各种物质、文化、信息以及就业等各方面的需

2、求，各种各样的相关产业在城市中以及周边建立起来。由于一些产业所释放的有害气体以及气溶胶和工业废水，废渣等，对城市及周边的大气组分造成了一定的影响，甚至威胁到了城市居民的正常生活和健康。只有将这些要素以及城市的基本特点结合起来进行综合分析，才能最终实现综合全面治理，减少或防止大气污染物给人们带来的灾害。1 我国城市大气污染的现状我国城市大气污染相当严重，据统计，有7个城市名列全球10个污染最严重的城市之列；全国500座城市中大气质量符合世界卫生组织标准的不到1%。二氧化硫(SO2)、总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)、氮氧化合物(NOX)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)等是我

3、国主要的大气污染物，这些污染物严重威胁着人们的健康。城市人口密集度高，在室内停留时间长，室内空气质量对人的健康的影响也十分显著。虽然我国通过立法，经济刺激等手段着手控制大气污染物的排放，并在某些方面取得了初步成效，但当前的形式依然严峻，不容掉以轻心。2 我国主要大气污染物介绍2.1CO、SO2、NOx等有毒气体SO2等有害气体造成的大气污染主要是人为因素引起的，而人为因素造成大气污染的污染源主要是生活污染源和工业污染源。生活污染源主要是由于人们烧火、取暖、沐浴等需要而燃烧煤等燃料所产生，这类污染源具有分布面广、排放污染物量大和排放高度低等特点，是造成城市污染的主要污染源。工业污染源主要在钢铁、

4、化工、煤炭、火电、水泥等工矿企业燃料燃烧和生产过程中产生。煤在燃烧过程中形成NOx，不完全燃烧时形成CO和挥发性有机化合物，它们排入空气不仅污染了环境，也使能源利用效率降低，导致能源浪费。燃煤产生的SO2在空气中会被氧化而生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前体物，也是空气中主要的酸性污染物。目前我国许多城市NO2污染严重，NO2主要来自机动车尾气，在一般情况下，车流量越大，交通沿线的NO2浓度就越大1,2,3。2.2颗粒物质颗粒物是影响我国城市空气质量的首要污染物，是113个大气污染防治重点城市在2010年全面达标的最大障碍。与SO2和NOX相比，颗粒物来源广、成分复杂、控制难度大。城

5、市空气中颗粒物主要来源于土壤风沙尘、煤烟尘、施工扬尘、机动车尾气尘、垃圾焚化业、混凝土制造业、金属冶炼业等一次污染源，也包括城市道路交通扬尘等二次污染源4，加之城市建筑造成的城市内空气流动的复杂性，颗粒污染物对人的影响范围更大。2.3 CO2等温室气体由于近年来人口激增、人类活动频繁、矿物燃料用量猛增，再加上CO2的重要汇森林植被破坏，以及城市中大量使用的水泥等建筑材料也会大量释放CO2，使得大气中CO2和各种气体微粒含量不断增加，温室效应加剧，导致全球性气候变暖。同时，这些污染物还会影响城市小气候环境，造成城市热岛效应，并通过其他作用间接影响城区的降水量。影响气候变化的温室气体有二氧化碳(C

6、O2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫(虽然水蒸气也是形成温室效应的主要物质，而且其浓度仅次于CO2，但由于其在大气中浓度变化不大，因此，人们一般不将其列为温室气体) 5。美国耶鲁大学和哥伦比亚大学在“2006年环境表现指数”中报道，在各项指数上，西欧各国、日本、马来西亚和智利等国家排名靠前，而非洲、中亚和南亚国家名列排尾。在空气质量上，乌干达、加蓬、厄瓜多尔等工业化程序较低的国家排名亦靠前。全球CO2排放量平均值为，每实现100万美金国内生产总值(GDP) 排放363吨CO2气体，而中国、印度等发展速度较快的国家表现不佳，中国为731t，印度为623t，其

7、数值比平均值高出约1倍。CO2排放量除增加环球温度致暖外还影响水量调节6 。因此，控制温室气体的排放，是当前工作的重中之重。2.4甲醛、氨、苯系物甲醛、氨及苯系物主要来自建筑装饰中使用的大量化工原材料，如涂料、填料及各种有机溶剂等。这些材料中都含有大量的有机化合物，经装修后挥发到空气中，加重了环境尤其是室内空气污染7。甲醛是室内空气污染物的重要部分，长期接触，可以造成白血病，血癌等慢性疾病，是室内健康的头号杀手，所以，必须严格控制室内装修材料的甲醛含量，确保室内环境的健康。2.5 其他空气污染物除以上类型外，还有其他众多危害空气质量的污染物，例如空气中的微生物。空气微生物是指空气中细菌、霉菌和

8、放线菌等有生命的活体，它主要来源于自然界的土壤、水体、动植物和人类，此外污水处理、动物饲养、发酵过程和农业活动等也是空气微生物的重要来源。空气微生物是城市生态系统重要的组成部分，空气中广泛分布的细菌、真菌、放线菌、病毒等生物粒子不仅具有极其重要的生态系统功能，还与城市空气污染、城市环境质量和人体健康密切相关。城市空气中微生物状况是城市环境综合因素的集中体现，是评价城市空气环境质量的重要指标之一。3 我国城市大气污染的特点我国是一个发展中国家，城市化正在加速发展，由于过去只重经济发展而忽略了环境问题，致使大气污染日益严重，人类生活环境日显恶化。我国的工业分布以及产业特点具有较大的地域差异，故我国

9、城市大气污染物也有相关的特点：3.1 总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物含量高据相关部门调查，造成我国城市大气污染的主要污染物为总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物，可造成不同程度的呼吸道系统疾病；二氧化硫污染在一部分地区也较为严重，少数大城市氮氧化物浓度较高，而硫氧化物与氮氧化物，正是酸雨形成的重要条件。这种污染主要出现在我国西北、西南等地，降水分布不均，主导风向不明显，或者无主导风向，空气颗粒污染物不宜随风扩散，加之水分条件的限制，被水分冲刷掉的比率低，大部分悬浮在空气中，形成城市颗粒污染物。3.2细菌含量高城市人口密集，绿化面积小，绿色植被对大气中的有害菌的吸收作用相对城郊以乡村地区较低，故大气中含有大量

10、的细菌。尤其工业区细菌含量更多，其次是街道和商场等人流量交大的地方，含菌量也较高。3.3 煤烟型污染为主要污染我国大气污染的最根本原因就是使用大量的煤炭。由于我国的能源以煤炭为主，尤其工业能源结构中煤炭能源就占73.9%，且使用煤炭作为能源的工业又以中小型为主。这些中小型企业缺乏先进的净化设备，依旧追求经济效益为目标，使得经济效益得到增长的同时，空气环境也在不断恶化。3.4 新兴城市和小城市大气污染也日益严重一些新兴城市和中小城市摘处在发展阶段，领导者往往把经济利益放在最高位，而忽视了对环境的保护。环境保护的意识不强，先污染后治理，边污染边治理的观念依旧存在。这些城市为粗放型经营，不仅浪费资源

11、，对环境造成的严重的污染。表1显示了我国2006-2008年SO2和烟尘的排放量，可以看出，通过相关治理，大气环境总体在向着好的方向发展。4 影响城市大气环境中污染物分布的因素4.1 主要气象影响因子影响大气扩散能力的主要气象因素有风、湍流、温度结层和大气稳定度等。污染物排入大气后，主要在风和湍流作用下进行输送和扩散。通常称风和湍流为气象的动力因子，而温度结层和大气稳定度被称作气象的热动力因子。各气象因子之间关系密切，相互作用，实际情况较复杂，这里只是进行一些简单的分析。4.1.1 风污染物排入大气之后，会顺风而下，污染物靠风的输送作用沿下风向地带进行稀释。污染物排放源的下风向地区，大气污染就

12、比较严重，而其上风向，污染程度就轻得多。湍流作用会使烟流产生上下左右的移动，体积越来越大，最后消失在大气中8。故在城市规划的时候，应当将污染重的企业安排到城市主导风向的下游，以减少污染物对城市居民的影响；无主导风地区，应当尽量将污染源放置到离居民区尽量远的地方。4.1.2 大气湍流湍流的扩散作用与风的稀释作用不同。在风的作用下，烟气进入大气之后，可顺风拉长。而湍流则使烟气在三维空间的方向迅速扩散，湍流越强，扩散的效果越显著。4.1.3 温度结层大气结层决定大气稳定度，大气污染物的迁移扩散受温度结层的影响很大。当r>1/100m时，气温随高度增加而明显降低。空气会产生上下对流运动，湍流随之

13、发展，大气中的污染物易扩散。r越大，形成的气象条件也就有利于污染物的扩散。r=0时，气温在垂直方向没有变化，很难产生上下的对流运动，污染物在大气中扩散困难。当r<0时，气温随高度增加而升高，此时暖而轻的空气位于上方，冷而重的空气在下面，大气稳定，大气中的污染物滞留在逆温层底下难以敞开。随着逆温持续时间的增加，会使近地面处大气中的污染物浓度逐渐增高而形成污染9。4.1.4 大气稳定度大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的极重要因素。当大气处于不稳定状态时，在近地面的大气层中，下部气温比上部气温高，因而下部大气密度小空气会产生强烈的上下对流，烟流会迅速扩散。大气处于稳定状态时，将出现逆温层。逆

14、温层像一个盖子，阻碍着空气的上下对流。烟囱里排除的各种污染物质，因为不易扩散而大量地聚集起来。随着时间的延长，局部地区大气污染物的浓度逐渐增大，空气质量恶化，严重时就会形成大气污染事件。4.2 地形地物对大气污染的影响4.2.1 地形当烟流垂直于山脉的走向越过山脊时，在迎风面上会发生下沉作用，使附近地区遭受污染。烟流越过后，又在背风面下滑，并产生涡流。这将使排放到高空的污染物，重新带回地面，加重该地区的污染危害。地形对污染的影响还在于局部地区由于地形的热力作用，会改变近地面气温与风的分布规律而形成局地风。4.2.2 地物这在城市中尤为严重，因城市中有许多高大而密集的建筑物，地面粗糙度大，阻碍了

15、气流运动，使风速减小，而不利于烟气的扩散。烟囱里排出的烟气在超过这些高大建筑物时，会产生旋涡。结果，建筑物背风面的污染物浓度明显高于迎风面一侧。如果烟囱低于建筑物，排出来的污染物很容易卷入涡流之中，造成局部地区污染。5 空气污染的治理针对目前空气污染现状及存在问题，应采取措施尽量降低城市空气污染程度。多渠道，多手段的进行，从源头抓起，才能最大限度的限制污染物的排放与危害，以下是一些目前国内外的治理方案5.1 空气污染源控制胡鞍钢10对中国生态环境问题研究表明，在很多大城市中，工业锅炉、小汽车和居民烧煤排放的气体使空气中浮悬颗粒物、SO2和CO2的含量剧增。浮悬颗粒物对城市居民的健康产生了严重的

16、威胁。汽车和摩托车的生产和使用迅速增加，成为城市空气的主要污染源。20世纪80年代中期以来，中国小汽车、摩托车和卡车的产量以每年10%以上的速度增长。汽车的使用导致大城市空气中铅的含量增加。对2006年中国城市水源突发污染事件统计分析的结果说明，突发污染事件数量日益增多，水源环境风险不断加大，化学品和污水仍是主要污染物，交通事故、工厂泄漏和突然排污仍是主要风险源。政府职能部门和行业协会应相互协调，加大对车辆数量、工厂废气和废水排放量、单位及个人燃料使用种类、建筑质量等方面的监督和控制。环保部门和各家新闻媒体应进行广泛的宣传教育，使公民认识到空气污染的来源、危害及维护空气质量的重要性。应尽快广泛

17、推行较为严格的机动车尾气排放标准；监督和检查部门应加强我国机动车的管理和监督，使所有运营机动车尾气均达标排放；采取有效措施控制机动车增长速度，发展环保汽车。在减少多环芳烃(PAHs)等半挥发性有毒有害有机物时，应集中供暖、采用清洁能源，减少因采暖期而导致的空气中PAHs污染加重。另外应控制柴油车夜间在市郊通行，以削减PAHs的排放量。5.2 室内空气治理人类80%以上的时间在室内度过，室内环境空气的好坏直接影响人们的身体健康，因此室内空气污染已成为人们相当关注的环境话题。室内空气可采取通风、物理吸附、臭氧净化等方法综合治理。另外，建议利用生物降解及光催化技术处理污染物，减小降解过程中对人的影响

18、。光催化氧化技术具有性能稳定、清洁无毒、催化活性易恢复、能彻底分解有害气体且不产生二次污染等优点7，将成为一种极具潜力的室内空气污染治理新技术。如果能进一步解决光催化剂的可见光激发应用技术及成本问题，该技术将会得到大规模推广应用。5.3新技术探索应深入研究污染物的排放机制及外界条件对排放废气的影响，获得有效的控制排放技术，以减少空气污染。许艳玲等12 利用中尺度气象模式ARPS与Models23/CMAQ的耦合模式模拟了2002年(4个代表月)北京地区大气PM10的污染情况。模拟结果与监测值吻合较好，该模式较好地反映了北京市PM10浓度的时空分布特征。依据模拟结果，结合交通扬尘污染特征与治理现

19、状，提出了北京市交通扬尘的初步治理方案。有些学者应用分子碰撞与惯性分离原理对油烟烟气进行分离，表明该方法是一种新型、高效、实用的油烟净化方法，并提出了进一步完善该方法的研究内容。邵学军等采用强电离放电的方法产生非平衡等离子体，进行了不外加吸收剂和催化剂的甲醛脱除的实验研究，该方法在密闭的等离子体反应器中将HCHO直接氧化为CO2和H2O，无二次污染。张婷等以甘肃产凹凸棒石为基体，辅以活性氧化铝、成型剂等成分，经造粒后附载过渡金属氧化物，制得了一种新型复合吸附脱硫剂，研究表明该复合吸附脱硫剂具有较强的吸附性能和催化脱硫能力。也有人采用自制高风速复合式电收尘器(HVESP)进行了模拟烟气粉尘净化实

20、验研究，并探讨了其收尘机理，研究表明HVESP除尘系统比传统电收尘器(ESP)体积缩小几倍，实现了除尘设备小型化，降低了一次性投资。徐安等采用大样本检测、数学模型和多参数数据分析等技术手段与方法，对3种轿车怠速工况下的未燃碳氢化合物排放统计规律进行研究，揭示其统计特征，并建立了描述这种统计规律性和统计特征的分布函数与分布密度函数数学模型。验证表明，利用所建数学模型得到的计算结果与样本实测结果高度一致，并指出应强化I/M制度以有效控制在用汽车的排放污染。5.4 其他建议和措施绿色植物特有的生态功能，可以起到吸收、吸附空气中的CO2等污染物，放出O2，降解、转化有毒气体，减轻空气污染和防尘杀菌、降

21、温增湿、调节气候、减弱噪音、防止沙尘等作用。建议公路建设单位对公路两侧边坡、互通和中央隔离带等地方及时绿化，并选择耐污染且净化效果好的植被，同时加大商业区及生活区的绿化治理。要严格执行车辆的排放标准并限制运载车辆在住宅区运行，加强生活区和商业区的规划建设，加宽商业区的公路，适当缓解交通对空气的污染。6 结论与讨论 城市的快速发展，造成了许多相关的环境问题，并对城市中聚居的人类的健康产生了严重的威胁，因此，大气环境的质量，尤其是在城市化快速发展的过程中的城市大气质量，发生了的新变化，就更要对这样的变化给予高度重视。从污染源入手，控制大气污染物的排放，综合治理，建立一个绿色，清洁的生活空间，使得城

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