第三章 大气环境质量评价

2023/10/241第一节大气环境质量现状评价

第二节大气质量预测模型

第三节大气环境影响评价第三章

大气环境质量评价

2023/10/242第一节大气环境质量现状评价

描述和反映大气环境质量现状既可以从化学的角度，也可以从生物学、物理学和卫生学的角度，它们都从某一方面说明了大气环境质量的好坏。目前应用最普遍的是监测评价。

2023/10/243一、大气污染监测评价

（一）大气污染的形成机理及影响污染物地面浓度分布的因素污染源向大气环境排放污染物是形成大气污染的根源。大气污染:污染物质进入大气环境后，在风和湍流的作用下向外输送扩散，当大气中污染物积累到一定程度之后，就改变了原始大气的化学组成和物理性状，构成对人类生产、生活甚至人群健康的威胁。2023/10/244

造成大气污染首先是因为存在着大气污染源其次，还和大气的运动，即风和湍流有关。影响污染物地面浓度分布的因素主要包括:

●污染源的特性●决定大气运动状况的气象条件与地形条件。

１.源的形态大气污染源分为点源、面源和线源，点源又分高架源和地面源。不同类型的源污染能力不同，在同样的气象条件下形成的地面浓度也不同，线源和面源的污染能力比点源大，地面源的污染能力比高架源大。因而，在其它条件相同时，线源和面源造成的地面浓度就比点源大，地面源形成的浓度也比高架源大。2023/10/245

2.源强源强越大，形成的地面浓度就越大，反之，地面浓度就小。

3.源的排放规律源的排放特点。是间断排放，还是连续排放；间断排放的规律是什么；连续排放是均匀排放还是非均匀排放；若是非均匀排放，排放量随时间变化的规律是什么。

4.大气的稀释扩散能力影响大气运动状态的因素有地形条件和气象条件，地形和气象条件往往决定了流场特性、风的结构、大气温度结构等等，将直接影响污染物的地面浓度分布。2023/10/246（二）评价工作程序

可分为四个阶段：

1.调查准备阶段根据评价任务的要求确定评价范围拟定主要大气污染源和污染物以及发生重污染的气象条件，制定大气环境监计划人员组织和器材准备

2.环境监测阶段有条件的地方应配合同步气象观测大气污染监测应按年度分季节定区、定点、定时进行最好同时进行大气污染生物学和环境卫生学监测2023/10/247

3.评价分析阶段

分析大气环境质量的时空变化规律

进行大气污染的分级

还要分析大气污染的成因、主要污染因子、重污染发生的条件以及对人和动植物的影响。

4.成果运用阶段根据评价结果，提出综合防治大气污染的对策。如改变燃料构成、调整能源结构和调整工业布局等。

2023/10/248（三）大气污染监测评价１.评价因子的选择选择评价因子的依据：因评价区污染源构成和评价目的而异。大气污染源评价的结果大气例行监测的结果生态和人群健康的环境效应。主要大气污染物例行监测浓度较高以及对生态及人群健康已经有所影响的污染物。

评价因子包括4类：尘（降尘、飘尘、悬浮微粒等）TSP、PM10、PM2.5有害气体（二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧等）有害元素（氟、铅、汞、镉、砷等）有机物（苯并[α]芘、总烃等）。2023/10/249

２.评价标准的选择主要考虑评价地区的社会功能和对大气环境质量的要求.

评价时首先采用质量标准

对于标准中没有规定的污染物，可参照国外相应的标准。有时，也可选择本地区的本底值、对照值、背景值2023/10/2410

３.监测⑴布点监测布点的方法有网格布点法、放射状布点法、功能分区布点法和扇形布点法等。一般说来，布点要遵循如下几条原则：①设置对照点；②考虑大气污染源的分布和地形、气象条件；③布的点必须能控制住要评价的区域范围，要保持一定的数量和密度；④要有大气监测布点图。一级≥10个，二级≥6个，三级2-4or不测。关键代表性和实用性。环境功能区为主兼顾均匀性，主导风结合均匀性。⑵采样、分析方法监测规范规定⑶监测频率一年中以1月、4月、7月、10月代表冬、春、夏、秋季。每个季节采样7天，一日数次(一般四次)，每次时间按规范要求。以一日内几次的平均值代表日平均值，连采。以7天的平均值代表季日平均值。⑷同步气象观测

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４.评价评价就是对监测数据进行统计、分析，并选用适宜的大气质量指数模型求取大气质量指数。根据大气质量指数及其对应的环境生态效应进行污染分级，绘制大气质量分布图，从而探讨各项大气污染物和环境质量随着时空的变化，指出造成本区大气环境质量恶化的主要污染源和主要污染物，研究大气污染对人群和生态环境的影响。最后，要提出改善大气环境质量及防止大气环境进一步恶化的综合防治措施。2023/10/2412二、大气环境质量现状评价的数学方法

目前，我国进行大气污染监测评价的方法多数是采用大气质量指数法。（一）上海大气质量指数

（3-1）

式中：

Ci──i污染物的实测浓度；

Si──i污染物的环境质量标准。

I上的物理意义是最高Ci/Si值与平均Ci/Si的几何平均值，它不但考虑了多种污染物的平均污染状况，而且还考虑了某种污染物的最大污染水平。

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该指数由上海第一医学院姚志麒提出，当时并未对指数进行污染分级，以后，沈阳环保所参照美国PSI值对应的浓度和人体健康的关系，对I上值进行了大气污染分级（表3-1）。表3-1大气质量指数的分级

分级清洁轻污染中污染重污染极重污染I上＜0.60.6～1.01.0～1.91.9～2.8＞2.8大气污染水平清洁大气质量标准警戒水平警报水平紧急水平2023/10/2414

年份全年平均值(mg/m3)分指数（CI／SI）最高的CI／SI（X）平均的CI／SI（Y）I上C(so2)C(NO2)C（飘尘）C(铅)SO2NO2飘尘铅20002001200220030.140.160.100.080.030.040.060.040.320.370.290.180.00130.00100.00150.00072.32.71.71.30.751.01.51.03.23.72.91.81.31.01.50.73.23.72.91.81.92.11.91.22.52.82.31.52023/10/2415

（二）均值型大气质量指数

（3-2）（3-3）（3-4）式中C──表示实测浓度；

S──表示相应的环境质量标准。2023/10/2416

三个指数的分级均是按超标倍数的大小来进行的。

应考虑超标倍数、超标污染物的种数、不同污染物浓度对应的环境影响程度。（三）沈阳大气质量指数借鉴美国橡树岭大气质量指数（3-5）

污染参数（表3-2）：二氧化硫、氮氧化物、飘尘、铅。污染物浓度等于背景浓度时，I沈＝100；污染物浓度等于明显危害浓度时，I沈＝20。当污染物浓度等于标准时，I沈＝60。沈阳大气质量指数分级是在确定PSI值与I沈值之间关系后，按PSI分级标准进行分级（表3-3）。

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表3-2沈阳大气质量指数评价参数单位：mg／m3

参数SO2NOX飘尘Pb背景浓度0.020.010.050.0001标准0.150.130.150.0007明显危害浓度2.01.01.00.01表3-3沈阳大气质量指数分级质量等级极重污染重污染中等污染轻污染清洁I沈＜3131～4043～5555～61＞61大气污染水平紧急水平警报水平警戒水平大气质量标准清洁2023/10/2418分级特点清洁适宜于人类生活和生物生长未污染各环境要素污染物均不超标，人类生活、生物生长正常轻污染至少有一个环境要素的污染物超标，除敏感性生物受害外，一般生物生长正常或可能受轻微影响，广大人群健康一般不发生急、慢性中毒中污染一般有2-3个环境要素质量指数＞1，个别要素指数超过20以上，生物生长一般均受明显影响，敏感生物受害严重，人群健康受害明显重污染一般有3-4个环境要素质量指数＞1，个别要素指数超过30以上，敏感生物不能生长，人群健康和生物受害严重环境质量分级基准2023/10/2419

（四）分级评分法

分级(表3-4):第一、第二、第三级相当于保护大多数人的健康和城市一般植物需要达到的水平,第四、第五级相当于污染和重污染水平。降尘、颗粒物、二氧化硫为必评参数。一氧化碳、氮氧化物、总氧化剂为自选项目，可任选其中污染最重的一项参加评价。

采用百分制。评分愈高，大气质量愈好。（3-6）式中Ai──i参数评分值；

M──大气质量分数；

4──评价时选用的评价参数的个数。

M值在20～100之间，然后根据表3-5确定大气质量等级。2023/10/2420表3-4大气中污染物质浓度分级与评分浓度单位：mg/m3参数第一级（理想级）第二级（良好级）第三级（安全级）第四级（污染级）第五级(重污染级)浓度分级评分浓度分级评分浓度分级评分浓度分级评分浓度分级评分降尘①≤825≤1220≤2015≤4010＞405飘尘②≤0.1025≤0.1520≤0.2515≤0.5010＞0.505SO2≤0.0525≤0.1520≤0.2515≤0.5010＞0.505NOx≤0.0225≤0.0520≤0.1015≤0.2010＞0.205CO≤225≤420≤615≤1210＞125总氧化剂③≤0.0525≤0.120≤0.2015≤0.4010＞0.405注：①是本法专用的浓度分级,单位是：吨/（公里2·月）;②应用于颗粒物时，按颗粒物监测值折半;③最大的一次浓度值。2023/10/2421

表3-5分级评分法分级标准

（五）美国格林大气污染综合指数（用于逐日变化）

格林（1966年）提出以SO2和烟雾系数（COH）为评价参数，对SO2和烟雾系数建议用希望、警戒和极限三级水平的日平均数值（表3-6）作为假设标准，采用幂函数形式表达SO2和烟雾系数两个污染指数，并规定当SO2或烟雾系数达希望、警戒和极限水平时，污染指数分别为25、50和100。格林把SO2和COH污染指数加以平均，得出大气污染综合指数：

M100～9594～7574～5554～3534以下大气质量等级第一级(理想级)第二级(良好级)第三级(安全级)第四级(污染级)第五级(重污染级)2023/10/2422

SO2污染指数（3-7）

COH污染指数（3-8）污染综合指数=（3-9）

式中S──SO2实测日平均浓度（ppm）；

C──实测日平均烟雾系数（COH单位／1000英尺,305m）；

a1、a2、b1、b2──确定指数尺度的常数。

1COH=TSP0.125mg/m3

当测得污染指数＜25时，说明空气清洁而安全；当指数>50时，说明空气有潜在危险性。当指数达50、60、68时，应分别发出一、二、三级警报，采取减轻污染的有关措施。指数等于68时，相当于煤烟型大气污染事件的水平。2023/10/2423表3-6格林建议的SO2和烟雾系数日平均浓度标准

适用于我国北方的冬季或以燃煤为主要能源的场合。由于我国反映烟尘污染水平的参数一般取飘尘，当飘尘浓度取mg／m3时，烟雾系数约是它的10倍，换算后代入公式，即可计算格林大气污染综合指数。

污染物希望水平警戒水平极限水平SO2（ppm）0.060.31.5烟雾系数(COH单位/1000英尺)0.93.010.0污染指数25501002023/10/2424（六）美国橡树岭OakRidge大气质量指数(ORAQI,

)（兼顾逐日与长期变化）它是由美国原子能委员会橡树岭国家实验室于1971年提出的。ORAQI计算式为：（3-10）式中Ci──i污染物24小时平均浓度；

Si──i种污染物的大气质量标准。

ORAQI规定了五种污染物，即二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氧化剂、颗粒物等。ORAQI的尺度是这样确定的，当各种污染物的浓度相当于未受污染的本底浓度时，ORAQI＝10，当各种污染物的浓度均达相应标准，即Ci＝Si时，ORAQI＝100。橡树岭国家实验室按ORAQI的大小，将大气质量分为六级(表3-7)。

2023/10/2425表3-7ORAQI与大气环境质量分级

分级优良好尚可差坏危险ORAQI＜2020～3940～5960～7980～100≥100

RAQI所选参数比较多，可以综合反应大气环境质量，在应用时如果低于五个参数，可以参照ORAQI确定系数的方法加以修正。（七）美国污染物标准指数(PSI)（用于逐日变化）

PSI选择了二氧化硫、颗粒物、一氧化碳、臭氧、氮氧化物以及二氧化硫与颗粒物的乘积等6个参数（表3-8）。PSI与六个参数的关系是分段线性函数。已知各污染物浓度后可用内插法计算各污染物的分指数，然后选择各分指数中最大者作为PSI。

2023/10/2426

PSI是在全面比较六个因子之后，选择污染最重的分指数报告大气环境质量的，突出了单一因子的作用，使用方便，结果简明。PSI值分级与人体健康状况对照明确，分级的原则和依据可供其它指数分级时参考（表3-8）。表3-8PSI污染物浓度分级

PSI大气污染水平污染物浓度大气质量分级对健康的一般影响要求采取的措施颗粒物(24小时)微克/米3SO2(24小时)微克/米3CO(8小时)毫克/米3O3(1小时)微克/米3NO2(1小时)微克/米3SO2×颗粒物微克/米32023/10/2427500显著危害水平1000262057.512003750490000危险性病人和老年人提前死亡，健康人出现不良症状影响正常活动。全体人群应停留在室内并关闭门窗。所有人均应尽量减少体力消耗，一般人群应避免户外活动。续表3-8

2023/10/2428400紧急水平875210046.010003000393000危险性健康人除明显强烈症状，降低运动耐受力外，提前出现某些疾病。老年人和心脏病、肺病患者应停留在室内，并减少体力活动。续表3-82023/10/2429300警报水平625160034.08002260261000很不健康心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状。

心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动。续表3-82023/10/2430200警戒水平37580017.040011306500不健康易感的人症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状。心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动。续表3-8

2023/10/2431100大气质量标准26036510.0240①①中等50大气质量标准的50%75②80②5.0120良好

注：①浓度低于警戒水平时，不报此分指数；②美国EPA制定的一级标准中年平均浓度。（八）美国密特大气质量指数(MAQI)（用于长期变化）美国密特公司在美国环境质量委员会委托下研究的，五项参数，采用美国大气质量二级标准对五项污染物规定的不同平均时间的九项浓度标准作为计算依据。

续表3-8

2023/10/2432

MAQI是五项分指数的综合计算结果，按（3-11）式计算（3-11）式中开方根符号内各个I是各污染物的分指数，下角字母分别代表：C为CO；S为SO2；P为颗粒物质；N为NO2；O为氧化剂。（3-12）（3-13）（3-14）2023/10/2433（3-15）（3-16）

式中，分子c代表某种污染物的实测浓度，分母s代表该污染物的相应标准（c和s单位相同）；下角字母c、s、p、N、o代表的意义同上；下角字母a代表年平均，24、8、3、1分别代表所指浓度的平均时间（小时）；δ1、δ2、δ3、δ4为系数，当Ci>Si时，该系数δi等于1；当Ci<Si时，该系数δi等于0；Csa和CNa分别代表实测SO2和NO2年平均浓度，Cpa代表实测颗粒物质几何年平均浓度，其它实测浓度Ci均指某平均时间的实测最大浓度。该指数用于评价大气质量的长期变化，要求掌握全年完整的监测数据。2023/10/2434（九）加拿大大气质量指数(殷哈勃,Inhaber)

由三个分指数所组成，即：特定污染物指数、城际大气质量指数和工业排放量指数。

1.特定污染物指数包括SO2、NO2、CO、氧化剂、颗粒物质和烟雾系数（COH）六个分指数。以颗粒物质的分指数为例，按下式计算：式中：n——每个监测站一个月内的监则数据的个数；C——各次监测浓度（μg/m3）70μg/m3——加拿大大气质量标准规定的颗粒物质几何年平均浓度。2023/10/2435

计算年平均指数（各月的算术平均），当一个城市设有几个监测站时，将各站指数加以平均，可得全市年平均指数。最后，把全国各城市的年平均颗粒物质分指数按城市人口数加数，即为全国年平均颗粒物质分指数，其余五种污染物质分指数各有计算公式如下：

式中：Sa——加拿大年平均标准浓度：

SO2：0.02ppm

氧化剂：0.015ppm

烟雾系数（COH）为0.45单位

Ca——实测年平均浓度；

Cdi——每日实测浓度；

n——计算天数。2023/10/2436

在计算ICO时，用8小时标准浓度13ppm代入Sa，1小时实测浓度代入Cdi。计算IO3时，用1小时实测浓度代入Cdi。计算INOx时，用日平均标准浓度0.1ppm代入Sa。按颗粒物相同的计算方法可计算全市、全国污染物的年平均分指数，并进而用下式计算全国某年的特定污染物指数（Isp）。2.城际大气质量指数又称“区域性大气质量指数”（Ireg），它是为评价市区周围的大气质量而设计的。计算时，以各地机场（通常位于市中心以外若干距离）上的能见度为参数：

2023/10/2437式中：Va——某地机场的平均能见度（剔除有降水时的数据）；Vn——殷哈勃选作基准的北方两航站的平均能见度，这两航站远离主要城市，很少受大气污染影响。3.工业排放量指数用于评价远离市中心的地区，特别是大工厂附近地区的大气质量。所谓工业排放量（考虑SO2和颗粒物质），是指加拿大全国的排放量减去各城市地区的排放量。工业排放量指数（Iie）按下列公式计算：式中Fie——一个郡内工业排放的SO2或颗粒物质数量；Pc——这个郡的人口数；Ei——全国的SO2或颗粒物质排放量；Pcan——加拿大全国人口数。

2023/10/2438计算的Iie按各郡人口加权，计算成全国平均的SO2和颗粒物质工业排放量指数，再按下式综合成一个一国工业排放量指数。4.大气质量综合指数殷哈勃建议对三个分指数Isp、Ireg、Iie分别加权5、3、2，最后综合成全国大气质量综合指数Ia；2023/10/2439空气质量预报

API:空气污染指数，是由某一项污染物的日平均浓度与空气污染指数分级浓度限值比较计算得到的。空气污染指数的计算与报告：内插法计算分指数In，分指数中最大者代表该区域或城市的污染指数。即：API＝max(I1,I2…Ii,…In)首要污染物。API＜

50时，不报告首要污染物。2023/10/24400≤API≤50:空气质量优，污染物浓度小于等于环境空气质量标准中的一级标准限值，此为空气质量一级；50＜API≤100:空气质量良，小于等于二级标准，空气质量二级；100＜API≤200:小于等于三级标准限值，特定工业区要求的空气质量，轻度污染；200＜API≤300:超过三级标准，中度污染；300＜API≤400:重度污染；400＜API≤500:严重污染。API=500:对应人体产生严重危害时各项污染物的浓度。

2023/10/2441污染指数污染物浓度InTSPSO2NOx5001.0002.6200.9404000.8752.1000.7503000.6251.6000.5652000.5000.2500.1501000.3000.1500.100500.1200.0500.050空气污染指数范围及相应的空气质量类别2023/10/2442空气污染指数及对应的空气质量级别空气污染

指数(API)空气质量级别空气质量状况对健康的影响对应空气质量的适用范围0～50Ⅰ优可正常活动自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区51～100Ⅱ良可正常活动城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区101～200Ⅲ普通

(轻度污染)长期接触，易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状特定工业区201～300Ⅳ不佳(中度污染)一定时间接触后，心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状

>300Ⅴ差(重度污染)健康人除出现较强烈症状，降低运动耐受力外，长期接触会提前出现某些疾病

2023/10/2443三、大气污染物生物学评价

植物生理功能与形态特征，受大气污染作用而发生改变大气中的某些污染物还可被植物叶片吸收，在叶片中积累。

可以作为监测评价的补充和综合但不能完全代替监测评价（一）植物监测的机理

不同植物对同一污染物可以作出不同的反应，而同一种植物对不同污染物也可以作出不同反应。据此，植物可以用来指示大气污染的性质和程度。工业生产所造成的污染一般是复合污染，植物生长在多种污染物的协同、拮抗作用之下，从而可以指示多种污染物的长期、综合效应。

2023/10/2444

植物对污染物的反应，可分为“可见的”和“不可见的”两种。

可见症状:急性中毒和慢性中毒。在污染物浓度较大时，植物可以在几十分钟至几十小时内出现中毒症状，如叶片出现“水浸”状斑点，叶缘卷曲，叶尖干枯，叶片或植株的局部组织坏死。受害状况常和污染气体的流向有关，并随毒物和植物的种类以及毒物的浓度不同而有差异。慢性中毒是植物长时间暴露在低浓度污染的环境中，使局部组织坏死，或产生缺绿、变色等症状。一般来说，慢性中毒的症状较急性中毒更具有典型性，植物对某一污染物往往能产生典型的症状。

受伤阈值是指能引起植物产生可见症状的污染物浓度，它随植物种类和暴露时间而异。（见表3-9）。

2023/10/2445

植物受害程度还受很多条件的影响，如植物不同生育期对污染物的抗性不同。植物本身有一定的解毒能力，但当浓度超过阈值浓度时植物的生长就会受到影响。

2023/10/2446

对植物的生长、生态和外观产生影响，对植物的生理生化反应产生影响。可影响植物的氧化还原过程；可以和植物体内的有机物反应生成有毒中间产物；作为酶抑制剂，能对植物代谢产生强烈的影响。根据植物在各种大气污染物的不同浓度影响下的生态反应和生化指标变化来鉴别大气污染的性质和程度，这就是植物监测的理论依据。

（二）植物监测：环境监测中生物监测、生物体监测根据植物对污染物的反应和植物中污染物累积的浓度，可以鉴别大气污染的性质和污染物的浓度。2023/10/24471．植物可见症状的应用

植物受污染物的影响后出现特征症状，这些症状可以作为环境污染状况的一种指标。（１）SO2危害的叶部症状：阔叶植物的叶缘和叶脉间出现不规则的坏死小斑，颜色变成白色到淡黄色，有时为绿色，周围组织通常为缺绿的花叶。在低浓度时一般表现为细胞受损害，但不发生组织坏死。当长期暴露在低浓度环境中时，老叶有时表现缺绿。禾本科植物在中肋两侧出现不规则的坏死，颜色变成淡棕色到白色。尖端易受影响，通常不表现缺绿症状。针叶树在针叶顶端发生棕色死尖，呈带状，通常相邻组织缺绿。

2023/10/2448

（2）氟化物危害的叶部症状：阔叶植物叶尖和叶缘发生坏死，偶而在叶脉之间产生小斑。在死组织和活组织之间边缘很明显，常具有窄的暗棕色的带。有时在坏死组织边上有窄而轻微缺绿的带。有的植物的坏死组织很容易脱落，象被昆虫咬食似的。有的植物（如柑桔）在坏死前出现缺绿。

2023/10/2449

（3）臭氧危害的叶部症状：阔叶植物下表皮出现不规则的小点或小斑，部分下陷，小点变成红棕色，小斑退成白色。随植物和受害程度的加重，叶子可发生密集的小点（斑），并可联结成较大的斑。

禾本科植物最初坏死区（小斑）不联结，随后可以造成较大的坏死区，针叶树针叶顶部发生棕色死尖（枯尖），和二氧化硫伤害症状相似，但棕色和绿色组织分布不规则。

（4）PAN（过氧乙酰硝酸酯）危害的叶部症状：阔叶植物有的（如叶菜类蔬菜）产生下陷组织和棕色小斑，有的（如烟草）组织下陷可达整个叶片厚度，通常为带状。禾本科植物出现不规则的下陷带，颜色退成黄色和淡绿色，有时出现缺绿或退色，部分坏死。针叶树没有特别的症状，有的缺绿、退色或枯萎。2023/10/2450

针叶树出现棕色到红棕色的坏死尖，每个叶片都可能坏死。还可以根据敏感植物的症状来鉴别主要污染物。表3-10列出了对主要污染物敏感的植物及其反应的浓度范围。应用可见症状进行环境鉴别在轻微污染区，可以观察植物出现的叶部症状。在中度污染区，敏感植物出现明显的中毒症状，抗性中等的植物也可能出现部分症状，抗性较强的植物一般不出现症状。在严重污染区，自然分布的敏感植物可以绝迹，而人工栽培的敏感植物，可以出现严重的受害症状，甚至死亡。因此，可以根据植物出现的症状来评价环境质量和区划污染范围。2023/10/2451污染物反应浓度敏感植物SO2<0.25～0.3ppm不引起急性中毒，0.1～0.3ppm长期暴露可引起慢性中毒紫花苜蓿、大麦、棉花、小麦、三叶草、甜菜、莴苣、大豆、向日葵等。臭氧在0.02～0.05ppm时最敏感的植物可产生急性或慢性中毒烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、燕麦、丁香、秋海棠、女贞、梓树等PAN在0.01～0.05ppm时最敏感的植物产生危害，也可引起早衰矮牵牛、早熟禾、长叶莴苣、斑豆、番茄、芥菜等。HF最敏感的植物在0.1ppb即有反应，在叶让中浓度达50～200ppm时敏感植物出现坏死斑唐菖蒲（浅色的比深色的敏感）、郁金香、金芥麦、玉米、玉簪、杏、葡萄、雪松等表3-10

对主要污染物敏感的植物及其反应浓度2023/10/2452

2．用地衣作为生物监测器地衣是一种特殊类型的植物，它是藻类和真菌的共生体。当大气污染物作用于地衣时，藻类和真菌的协调遭到破坏，所以地衣对污染物是很敏感的。

研究地衣的一般方法是调查地衣“种”的数量变化、频度、盖度以及外部和内部受害症状。在污染严重区，一般很少有地衣，或完全绝迹，称为“地衣沙漠”区。随着污染程度的减轻，可以观察到地衣的属和种增加，并且在树干上分布的高度也升高。在湿润的非污染区，地衣一直可以着生到树梢。列·布朗克（LeBlanc）等人曾提出空气清洁指数（简称IAP）的概念：2023/10/2453

3.以植物体内污染物含量作为监测指标独到的优点：（１）经济方便。（２）通过详细的研究也可以提供相对的大气浓度。

（３）能同时监测多种污染物。

植物监测可以反映环境污染的总体水平还可以发现污染物所产生的潜在生态危害。

2023/10/2454

（三）样品的采集（监测中采样问题）

多以木本植物作为采样对象。

样品采集多以叶片为主，并通过叶片的生长量、叶片中化学元素的含量来指示大气污染的程度。也可以采集树皮或木质部。

在污染较重的城市可选择抗污染能力较强的树种。这些树种受到污染后有一定的抗性，不致于落叶，比较容易采集到生长一个周期的树叶。在污染较轻的城市可选择一些对大气污染比较敏感的树种，以便于区别不同地点的污染状况。2023/10/2455

叶片收集的季节以叶片定型的季节为好，北方一般在9月份。采集点要力求均匀，可以污染源或污染区为中心，向外辐射状安排采样地点，同时要在远郊区或上风向设置对照点。采集树叶时，要尽可能地排除干旱、霜寒、冻害、缺素及病虫害等非污染因子的干扰，尽力采集各种条件（污染除外）相同的树叶作为样品。

（四）评价方法

1.应用植物的可见症状进行评价

2.根据植物的长势和生产量进行评价

3.根据植物的生理生化指标进行评价

4.根据植物叶片中污染物质的含量进行评价

5.根据低等敏感植物的种群结构进行评价

6.根据综合生态指标进行评价表3-12是根据树木生长和叶片症状划分的大气污染等级。

2023/10/2456污染水平主要表现清洁树木等生长正常，叶片面积含铅量接近清洁对照区指标轻污染树木生长正常，但所选指标明显高于清洁对照区中污染树木生长正常，但可见典型受害症状重污染树木受到明显伤害，秃尖，受害叶面积可达50%表3-12

大气污染生物学分级依据2023/10/2457四、大气污染的环境卫生学评价

（一）用临床医学方法对污染区儿童健康检查少年儿童的生活经历比成年人要简单，以少年儿童为调查对象，可以比较灵敏地反映一个地区的大气环境污染状况。选择的健康项目可以包括：鼻咽部疾病、眼结膜炎；儿童肺部变化；纹理增强、增粗、扭曲、肺门大小等；肺功能检查，测定肺活量（VC）、最大呼气流速、25％肺活量流速等。

根据健康检查的结果，参照大气污染监测评价和生物学评价结果，即可进行大气污染卫生学评价，评价结果是划分出不同等级的污染区。

2023/10/2458（二）用流行病学回顾性调查方法，调查不同污染区居民肺癌的死亡率

沈阳市用流行病学回顾性调查方法，统计分析了恶性肿瘤的死亡资料，发现肺癌死亡率迅速上升，而城市内大气污染程度不同地区之间也不一致（表3-13）。

粗死亡率：在一定期间内总死亡人数与该人群同期平均人口数之比。

标准化死亡率（标化死亡率，SMR）：

2023/10/2459

（三）用居民体内含铅量评价大气污染相关研究表明，人体对食物中铅的吸收率仅为5～10％，水中铅为10％，而从大气中吸入人体内铅的吸收率为40～

50％，可见人体内含铅量与大气污染有直接关系。方法是：选择不同污染地区测定大气铅污染水平和儿童体内铅的吸收、蓄积及代谢情况，将结果与卫生标准比较，并划分污染等级。

表3-14是沈阳地区环境质量评价中不同地区儿童尿铅和大气铅的关系，从表中可以看出，二者呈正相关，相关系数达0.95以上，大气污染程度不同，则儿童尿铅有明显不同，用各组的全部数据进行方差分析，则组间数据有显著差异。2023/10/2460污染区大气铅（微克/米3）儿童尿铅(几何均值，mg/L)铅熔炼厂附近居民区2.2015.950工业区1.309.825工业区下风侧居民区1.009.908一般居民区0.508.100清洁对照区0.208.395表3-14

大气中铅与儿童尿铅含量的关系2023/10/2461第二节大气质量预测模型一、气象要素和气象条件常用的气象要素有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、云量、能见度、降水、蒸发量、日照时数、太阳辐射、地面及大气辐射等。

通常把与大气扩散密切相关的称为污染气象要素或扩散气象要素。

2023/10/2462（一）几个主要气象要素

（1）气温：1.5m高（2）气压（3）气湿（4）风：16个风向+静风,10m高风速（5）云：高、低（6）能见度气象要素风：风向、风速等。空气质点的水平运动——风空气质点的垂直方向运动——对流10m高处一定时间内的平均值泰安近20年（1989-2008年）风向频率玫瑰图2023/10/2468（二）大气边界层的温度场

1．大气边界层受下垫面影响的低层大气，其厚度约为1～2km，称为大气边界层；下垫面以上100m左右的一层大气称为近地层或摩擦边界层。近地层到大气边界层顶的一层称为过渡区，大部分大气扩散都发生在这层。

2．气温垂直分布气温层结反映大气的稳定度。气温的垂直递减率的定义为γ=-dT/dz，它指单位高差（通常取100m）气温变化速率的负值。如果气温随高度增高而降低，γ为正值；如果气温随高度增加而增高，γ为负值。γ=0.65

3．干绝热直减率干空气在绝热升降过程中，每升降单位距离（通常取100m）引起气温变化速率的负值称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干绝热直减率，通常以γd表示。一般情况下，γd=0.98K/100m≈1K/100m。

2023/10/24694．气温层结与烟羽形状从烟囱排出的废气在大气中形成羽状烟流，烟羽的形状随气温层结的不同而变化（图3-1），因此，可以通过烟羽形状来估计大气稳定度。（1）波浪型白天、不稳定，落地近，扩散强

图３-1温度层结与烟羽形状2023/10/2470（2）锥型中性天气，影响范围比波浪型大

图３-1温度层结与烟羽形状2023/10/2471（3）平展型烟囱出口处逆温，污染与有效源高有关

图３-1温度层结与烟羽形状2023/10/2472（4）爬升型下稳上不稳，日落前后

图３-1温度层结与烟羽形状2023/10/2473（5）漫烟型（熏烟）上逆温下不稳，日出后

图３-1温度层结与烟羽形状2023/10/2474（6）受限型上逆温，上下均稳，日落前后

图３-1温度层结与烟羽形状2023/10/2475

幂函数风速廓线模式在《制定地方大气污染物排放标准的技术原则和方法》（GB/T13201-91）中的计算式为：当（3-18）

当＞（3-19）式中u——烟囱出口处平均风速（m/s）；

z1——测风仪所在高度（m，常为10m）；（三）大气边界层的风场表示风速随高度变化的曲线称为风速廓线，风速廓线的数学表达式称为风速廓线模式。2023/10/2476

u1——相应气象站z1高度的平均风速（m/s），常用以u10表示；

z2——烟囱出口处高度（m）；

m——稳定度参数（表3-15）。表3-15不同稳定度的m

稳定度级别ABCDEFm城市0.100.150.200.250.300.30乡间0.070.070.100.150.250.252023/10/2477二、大气扩散模型2023/10/2478（一）点源扩散的高斯模型

1．连续点源的高斯模式的导出根据质量守恒原理和梯度输送理论推导假设：（1）假定大气流动是稳定的、有主导方向的；

（2）假定污染物在大气中只有物理运动、没有化学和生物变化；（3）假定在所要预测的范围内没有其他同类污染源和汇。

①污染物在烟羽或烟团的各断面上呈正态分布(高斯分布)；②

在整个空间中风速是均匀、稳定的；③源强是连续均匀的：④在扩散过程中污染物质是守恒的。

高斯公式的标准形式，也叫做正态浓度公式高斯模式无界空间情况（不考虑地面情况）有很强的假定，限定条件多未考虑地面、地形条件气象条件仅考虑风速污染源空间位置没有考虑等等需要进行修正2.高斯公式的地面及源高的修正

有界情况下，考虑到地面及源高对扩散的影响，可以认为地面像镜子那样，对污染物起着全反射的作用。如图3-2所示，利用像源法：P点的污染物浓度看成是两部分作用之和。σy，σz—扩散参数He—有效排放源高2023/10/2481图3-2高斯模式3.污染物在地面浓度的分布——实际大气环境影响评价关心的问题，上式在z=0时高斯模式4.污染物沿下风轴线的分布2023/10/2484

5.最大地面浓度及其位置最大地面浓度Cm(mg/m3)及其

2023/10/2485距排气筒距离xm(m)

6.高架连续点源地面浓度（u10≥1.5m/s

）以排气筒地面位置为原点，下风方地面任一点（x,y）的浓度c(mg/m3)

高斯公式高架连续点源地面浓度H大于50m需要考虑混合层修正问题与考虑地面反射类似一般反射次数考虑4次一、二级评价项目，k=4；三级评价项目可取k=0，此时高斯公式长期平均浓度平均时间超过1h，由于风向的摆动，任一方位内的污染物浓度在横向上趋于均匀分布需要考虑各个风向的影响高斯公式多源长期平均浓度单源长期影响的累加小风与静风的点源扩散模式0.5~1.5m/s与0~0.5m/s不能用高斯公式高斯公式颗粒物模式颗粒物大于15m时使用熏烟模式发生在早晨逆温情况下高斯公式线源模式（公路及街道）风向与线源的关系边缘效应高斯公式面源模式等效（虚拟）点源法扩散系数修正法参数确定烟气抬升高度的计算有风，中性和不稳定条件下有风，稳定条件下静风、小风条件下大气边界层高度中性和不稳定条件稳定条件下2023/10/2493

7．小风（0.5≤u10＜1.5m/s

）静风（u10＜0.5m/s）点源扩散模型

在静风条件下，烟气污染物是随机向周围弥散的。以排气筒地面位置为原点，平均风向为x轴，地面任一点（x，y）的浓度c1(mg/m3)可按式（3-33）计算。

（3-33）

式中，η和G按式（3-34）~（3-37）计算。

（3-34）（3-35）2023/10/2494（3-36）

（3-37）

为误差函数，r01和r01分别是横向和铅直向扩散参数的回归系数可参照表3-16。

8．熏烟模型熏烟模型主要用于计算日出以后，贴地逆温从下而上消失，逐渐形成混合层（厚度为hf）时，原来积聚在这一层的污染物所造成的高浓度污染，这一浓度值cf可按式（3-38）计算。

(3-38)2023/10/2495稳定度r01r02u10＜0.5m/s1.5m/s＞u10≥0.5m/su10＜0.5m/s1.5m/s＞u10≥0.5m/sA0.930.761.571.57B0.760.560.470.47C0.550.350.210.21D0.470.270.120.12E0.440.240.070.07F0.440.240.050.05表3-16静风扩散参数的系数r01和r022023/10/2496(3-39)(3-40)(3-41)式中

——熏烟时的扩散参数（m）；

hf——熏烟时的混合层厚度。由于hf

，和都是下风距离xf的函数，当给定xf或到达时间tf

(tf=xf/u)，则hf可由式（3-42）和式（3-43）计算。

式中的A和按式（3-44）于（3-46）计算。2023/10/2497（四）可沉降颗粒物的扩散模型前述各种扩散模型只适用于气态污染物及粒径小于15μm的颗粒物。粒径大于15μm的粒子有明显的重力沉降作用，地面对其不能发生全反射作用，这和高斯扩散模型的假设不符。因此，其地面浓度用倾斜烟云模型计算

(3-57)式中vs——沉降速度颗粒物的粒径是分布在一定范围内的。在实际计算中，将粒径由小到大划分为几个粒径区间，根据每个粒径区间的颗粒所占的质量百分数，乘以污染源的总源强，得到相应粒子区间的分源强Qi。

2023/10/2498

对每个粒径区间分别用上式计算颗粒在评价点的浓度Ci

。污染源排放的颗粒物在评价点产生的浓度c为每个粒径区间在评价点产生的浓度Ci之和，即（3-58）地面反射系数可按表3-17取值。表3-17地面反射系数值

粒径范围(μm)15～3031～4748～7576～100平均粒径(μm)22396188反射系数α0.80.50.302023/10/2499三、系数估值（一）有效源高（H）

△H是指烟气在排出烟囱口之后因动力抬升和热力浮升作用继续上升的高度,烟囱的有效高度H为

H=Hs+△H（3-59）

1.在有风、中性和不稳定条件下，采用以下公式计算：（1）当烟气热释放率≥2100kJ/s，且烟气温度与环境温度的差值大于或等于35K时，采用下列公式计算。（3-60）2023/10/24100（3-61）（3-62）

式中n0——烟气热状况及地表状况系数(表3-18)；

n1——烟气热释放率指数(表3-18)；

n2——烟囱高度指数(表3-18)；

Qh——烟气热释放率（kJ/s）；

H1——烟囱距地面几何高度(m),超过240m时，取H=240m；

Pa——大气压力（kPa）；

Qv——实际排烟率（m3/s）；

Ts——烟气出口温度（K）；

Ta——环境大气温度（K）；

u——烟囱出口处平均风速（m/s）。

2023/10/24101地表状况（平原）n0n1n2Qh

≥21000农村或城市远郊区1.4271/32/3城市及近郊区1.3031/32/32100≤Qh

≤21000且ΔT≥35K农村或城市远郊区0.3323/52/5城市及近郊区0.2923/52/5表3-18系数n0，n1，n2的值2023/10/24102（2）当1700kJ/s＜Qh＜2100kJ/s时（3-63）（3-64）式中Vs——排气筒出口处烟气排出速度（m/s）；

D——排气筒出口直径（m）；

ΔH2——按（3-60）~（3-62）式计算，其中n0，n1，n2按表6-5中Qh值较小的一类选取。（3）当Qh≤1700kJ/s或者ΔT＜35K时，（3-65）2．在有风且稳定条件时，建议按下列计算烟气抬升高度ΔH(m):

（3-66）2023/10/24103式中，为排气筒几何高度以上的大气温度梯度。3．静风

u10＜1.5m/s时，建议按下式计算烟气抬升高度ΔH(m):

（3-67）式中符号同前，但取值宜小于0.01K/m。2023/10/24104（二）大气稳定度分级

1．帕斯奎尔分级法帕斯奎尔根据大量常规观测资料，首先总结出了根据云量、云状、太阳辐射状况和地面风速等常规气象资料，划分大气稳定度。他把大气对污染物的扩散能力用A、B、C、D、E、F六个稳定级别来表示(表3-19)。2023/10/24105薄云遮天或低云≥云量≤地面风速（m/s）（距地面10m高处）白天阴天（白天或夜晚）夜晚太阳幅射状况强中等弱＜2AA～BBD2～3A～BBCDEF3～5BB～CCDDE5～6CC～DDDDD＞6CDDDDD表3-19

稳定度级别划分表

2023/10/24106应注意：（1）稳定度级别中，A——极不稳定；B——不稳定；C——弱不稳定；D——中性；E——弱稳定；F——稳定。从A→F表示大气扩散能力逐渐减弱。

（2）稳定度级别A—B表示按A和B级别数据内插。（3）夜间（夜晚）定义为日落前1h至日出后1h的时段。（4）不论何种天气状况，夜间前后各1h算作中性，即D级稳定度。（5）强太阳辐射对应于碧空下太阳高度角大于60°的条件，弱太阳辐射相当于碧空下太阳高度角从15°到35°。2023/10/24107

对于开阔乡村地区能给出较可靠的稳定度，但对城市地区是不大可靠的。地面粗糙度及热岛效应的影响。最大的差别出现在静风晴夜，这样的夜间，在乡村地区大气状态是稳定的，但在城市，在高度相当于建筑物的平均高度几倍之内是微不稳定或近中性的，它上面有一个稳定层。

这种划分稳定度的方法不很严格，对同一天气状况，不同的人可能选用不同的稳定度级别。因此，不少人提出了改进方法，如我国的GB/T13201-91。2023/10/24108

2．太阳高度角和辐射等级的确定（1）太阳高度角按下式计算（3-68）式中φ——当地纬度；

λ——当地经度；

σ——太阳倾角（表3-20）。

ω——时角（度），ω=15t+λ-300

t——气象观测时的北京时间。

2023/10/24109

表3-21太阳辐射等级值总云量/低云量太阳高度角（h0）夜间h0≤15°15°＜h0≤35°35°＜h0≤65°h0＞65°≤4/≤4-2-1+1+2+35～7/≤4-10+1+2+3≥8/≤4-100+1+1≥5/5～70000+1≥8/≥800000（2）确定太阳辐射等级数。由云量和太阳高度角确定太阳辐射等级值（表3-21）。

2023/10/241103．确定大气稳定度等级根据太阳辐射等级和地面风速确定大气稳定度等级。

地面风速（m/s）太阳辐射等级+3+2+10-1-2≤1.9AA—BBDEF2～2.9A—BBCDEF3～4.9BB—CCDDE5～5.9CC—DDDDD≥6CDDDDD表3-22大气稳定度的等级

2023/10/24111（三）扩散参数的确定扩散参数（或系数）与水平距离x关系可用函数表示(3-69)(3-70)

（

1）平原地区农村及城市远郊区对于A、B、C级稳定度可直接查表3-23，D、E、F级稳定度则需向不稳定方向提半级后再由表3-23查算。（2）工业区或城区中的点源

A、B级不提级，C级提到B级，D、E、F向不稳定方向提一级，再按表3-23查算。（3）丘陵山区的农村和城市其扩散参数选取方法同工业区。2023/10/24112（四）混合层厚度在用箱式模型计算大气质量时，箱子的高度就是混合厚度；在用扩散模型计算污染物的分布时，要考虑下界面的反射作用，上下界面间的高度也就是混合厚度。混合厚度通常是和大气稳定度、风速等条件有关，可按式（3-71）和（3-72）确定。当大气稳定度为A、B、C和D时（3-71）当大气稳定度为E和F时（3-72）2023/10/24113表3-24我国各地区的as和bs值(边界层系数)

地区asbsABCDEF新疆西藏青海0.0900.0670.0410.0311.660.70黑龙江吉林辽宁内蒙古北京天津河北河南山东山西陕西（秦岭以北）宁夏甘肃（渭河以北）0.0730.0600.0410.0191.660.70上海广东广西湖南湖北江苏浙江安徽海南台湾福建江西0.0560.0290.0200.0121.660.70云南贵州四川甘肃（渭河以南）陕西（秦岭以南）0.0730.0480.0310.0221.660.70注：静风区各类稳定度的as和bs可取表中的最大值。

（3-73）Ω——地转角速度取7.8х10-5rad/S2023/10/24114

例题3-1某一石油精煤油厂投产后，将会自平均抬升高度10m处排放8×104mg/s的SO2，排气筒高度为50m，预测在距地面10m处风速为4m/s，大气稳定度为D级时，该排气筒下风向500处，距排气筒的平均风向轴线水平垂直距离50m处的一个地面点所增加的SO2浓度值。解计算排气筒距地面几何高度50m处的风速为

H＝50＋10＝60U50＝U10(50/10)p＝4×(50/10)0.25＝5.98（m/s）

由下风向距离500m及D级大气稳定度，根据公式（3-69）和（3-70）以及表3-30可计算求得σy，σz

＝0.110726×5000.929418＝35.7

＝0.104634×5000.862212(0.826212)＝22.2(17.8)C＝Q/πUσyσz·exp[-y2/2σ2y＋(-H2/2σ2z)]

＝80000/(3.14×5.98×35.7×22.2)·exp[-502/2×35.72

＋（-602/2×22.22）]＝5.228×10-3

(mg/m3)8.569×10-32023/10/24115

例3-2用例3-1中数据，求正下风向500m处计算点的贡献浓度。解利用C＝Q/πUσyσz·exp(-H2/2σ2z)将已知数据代入上式，则：C＝80000/3.14×5.98×35.7×22.2·exp(-602/2×22.22)

＝0.1394(mg/m3)0.023

四、大气扩散实验（一）扩散气象要素的观测

在大气扩散实验中，把与大气扩散有关的气象要素称为扩散气象要