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空氣污染是大氣科學的一個新分支,它是研究在不同氣象條件下,進入大氣的污染物在大 氣中輸送、擴散稀釋、轉化和移除的規律及應用的科學。本學科萌芽于20世紀20年代, 1921年英國人便進行大氣擴散試驗,但只是到了50年代后,現代工業的發展和城市人 口高度集中,相繼出現了嚴重的城市或工業區污染事件,以1952年12月的倫敦煙霧事 件為例,奪去了四千多人的生命,這些促使人們對大氣污染的廣泛關注和研究,到60 年代便逐漸形成這門獨立的新學科。
空氣污染氣象學研究的內容主要有:
①污染源和污染物的種類和特性。
②污染物在大氣中的風輸送、湍流擴散過程與規律。
③污染物濃度觀測與計算技術方法。
④空氣污染防治方法。
⑤空氣污染的危害及對人類生存環境的影響等。空氣污染氣象學對環境保護、城市規 劃和能源、化工、冶金、衛生、國防等部門都有極其重要的意義。空氣污染氣象學的 研究方法有: 野外測量、實驗室(如風洞試驗)和數值模擬研究等。
1) 空氣污染
由于人類活動或自然過程,向大氣中排進了一些有害物質(稱污染物),當排入量夠多(污染物濃度達一定限度),則使原來潔凈空氣的品質下降,若這種情況維持時間 夠長,便會對人類、動物、植物和大氣中的物品產生危害和不良影響,這種大氣狀態 稱為空氣污染。組成空氣污染有三個要素:污染源、污染物濃度、對人和生物有危害。
潔凈大氣是人類賴于生存的必要條件之一,一個人在五個星期內不吃飯或5天內不 喝水,尚能維持生命,但超過5分鐘不呼吸空氣,便會死亡,人體每天要吸10—12立方 米的空氣。由此可見,消除空氣污染或保持污染濃度低于某個限度之下,是何等重要。
大氣有一定的自凈能力,現代大工業發展以前,因自然過程等排進大氣的污染物, 與由大氣自凈過程而從大氣移除的量基本平衡。但是20世紀五、六十年代以后,現代 大工業迅速發展,人類排進大氣的污染物量大大超過了大氣的自凈能力,致使目前全 球大氣都遭到不同程度的污染。這引起了各國的關注,我國已把保護環境(大氣環境、 水環境等)作為國家的基本國策。
2)污染源與污染物
向大氣排入有害物質的源地稱污染源,進入大氣的有害物質稱污染物。大氣污染 源分人工源和自然源,
自然源包括火山噴發、森林著火、風吹揚塵等,它們每年向大 氣排入約5.5億噸污染物,人工源包括工業污染源、農業污染源、城鄉交通和居民生活 污染源等,它們平均總計向大氣排入的污染物在20世紀90年代約每年超過6.5億噸,其 中以工業污染排放量最為主要。我國1990年工業源共排放大氣污染物約0.4億噸,按人口平均遠低于發達國家的排發水平。
大氣污染物分為一次污染物和二次污染物,它們的種類超過100多種。從污染源排 進大氣后,直接污染空氣的稱一次污染物,其中最主要的有二氧化硫、一氧化碳(CO)、 氮氧化物(NO)、二氧化氮、顆粒物(飄塵、降塵、油煙等)、CO和氨氣、及含氧、 氮、氯、硫有機化合物以及放射性物質等。所謂二次污染物則是由于陽光照射污染物、 污染物間相互發生化學反應、污染物與大氣成分發生化學反應生成的有害物質,光化煙 霧就是一種二次污染物。
3)大氣環境質量(品質)
大氣環境對人類生存與發展的優劣程度,稱大氣環境質量或大氣品質??諝鉂?凈則其大氣環境質量便高,如遠離城市或工業區的山區;大城市或工業區的空氣污 染嚴重,其大氣環境質量便低。
大氣環境質量高低或好壞,常用大氣污染物濃度的大小來具體衡量,單位體積 空氣中,含某種污染物的多少,稱為該種污染物的濃度。根據不危害人體和生態系 統與物品的考慮,人為規定污染物濃度的允許值,稱為大氣環境質量標準??諝獾?相應污染物濃度低于規定值,稱大氣質量合標準,高于規定值則稱大氣質量超標準 (簡稱超標),超標越多,則大氣環境質量越壞。世界各國都先后制定了各自的標準,我國于1982年首次頒布了大氣環境質量標準,按地區類別執行三種等級的標準。 對于風景名勝和自然保護區等,執行一級標準;對于居民區、商業與文化區等,執行 二級標準;對于工業區、交通樞紐等,執行三級標準。部分污染物具體標準如表所列。大氣污染物濃度常用大氣采樣儀, 采集空氣樣品并進行分析而確定。
4) 大氣污染的危害與影響
大氣污染對人類及其生存環境造成的危害與影響,已逐漸為人們所認識,歸結起來有如下幾個方面:
①對人體健康的危害。人體受害有三條途徑,即吸入污染空氣、表面皮膚接觸污染 空氣和食入含大氣污染物的食物,除可引起呼吸道和肺部疾病外,還可對心血管系統、 肝等產生危害,嚴重的可奪去人的生命。
②對生物的危害。動物因吸入污染空氣或吃含污染物食物而發病或死亡,大氣污染 物可使植物抗病力下降、影響生長發育、葉面產生傷斑或枯萎死亡。
③對物品的危害。如對紡織衣物、皮革、金屬制品、建筑材料、文化藝術品等,造 成化學性損害和玷污損害。
④造成酸性降雨,對農業、林業、淡水養殖業等產生不利影響。
⑤破壞高空臭氧層,形成臭氧空洞,對人類和生物的生存環境產生危害。
⑥對全球氣候產生影響,如二氧化碳等溫室氣體的增多會導致地球大氣增曖,導致 全球天氣災害增多,又如煙塵等氣溶膠粒子增多,使大氣混濁度增加,減弱太陽輻射, 影響地球長波輻射,可能導致天氣氣候異常。
如何防治大氣污染,減輕大氣污染的危害與影響,構成了當今重大而緊迫的研究課題。
5)大氣污染的防治
防治大氣污染是一個龐大的系統工程,需要個人、集體、國家、乃至全球各國的共同努力,可考慮采取如下幾方面措施:
①減少污染物排放量。多采用無污染能源(如太陽能、風能、水力發電)、改革能 源結構,用低污染能源(如天然氣)、對燃料進行預處理(如燒煤前,先進行脫硫)、 改進燃燒技術等均可減少排污量。另外,在污染物未進入大氣之前,使用除塵消煙技 術、冷凝技術、液體吸收技術、回收處理技術等消除廢氣中的部分污染物,可減少進 入大氣的污染物數量。
②控制排放和充分利用大氣自凈能力。氣象條件不同,大氣對污染物的容量便不同, 排入同樣數量的污染物,造成的污染物濃度便不同。對于風力大、通風好、湍流盛、 對流強的地區和時段,大氣擴散稀釋能力強,可接受較多廠礦企業地逆溫的地區和時 段,大氣擴散稀釋能力弱,便不能接受較多的污染物,否則會造成嚴重大氣污染。因 此應對不同地區、不同時段進行排放量的有效控制。
③廠址選擇、煙囪設計、城區與工業區規劃等要合理,不要排放大戶過渡集中,不 要造成重復迭加污染,形成局地嚴重污染事件發生。
④ 綠化造林,使有更多植物吸收污染物,減輕大氣污染程度
。
空外空氣污染的來源
懸浮粒子 主要由燃燒燃料產生,包括汽車汽油、柴油;垃圾焚化業、建 業、混凝土制造業、金屬冶煉業等
二氧化硫(SO2) 以煤炭及石油作燃料的熔爐、金屬冶煉業
一氧化碳(CO) 大氣中86%的一氧化碳由汽車排出。開啟暖氣系統時亦排放一氧化碳。
二氧化碳 工業大量燃燒化石燃料;樹木日漸減少,未能有效發揮調節作用,通過光合作用把二氧化碳轉化為氧氣
各類碳氫化合物 很多工業的工序也會產生此污染物,如乾洗、工業涂料蒸發、工業制品清洗等。
氟氯碳化物 氟氯碳化物的產品,如作為冷卻劑用於冷氣系統及冰箱;作為發泡劑用以制造發泡膠;作為噴霧劑的噴射物質;作為溶劑、清潔電路板及電腦配件。
鉛 汽車柴油
空氣污染的影響
更多人會罹患呼吸系統的毛病,如咳嗽、哮喘、支氣管炎、呼吸困難等。據研究,空氣中濃度和懸浮粒子每增加一倍,死亡率即增加15%。
一氧化碳是有毒物質,過量吸入可以致命。本來一氧化碳較空氣稍輕,不會聚集在地面,但由於一氧化碳的主要來源是汽車廢氣,因此街道上的一氧化碳濃度較高。
二氧化硫會刺激眼部,引起紅筋。長遠而言,會破壞植物的細胞膜組織和根部,引致養分流失,提早枯萎。此外,二氧化硫會令土壤酸化,使土壤中的一些生物死亡,破壞生態循環??諝庵羞^量的二氧化硫會使大理石的雕刻產生變化而剝落,破壞古跡。
懸浮粒子會通過空氣進入肺部。超過50%的0.1mm粒徑的粉塵會沉積在肺部。吸入含硅的粉塵更會對人體造成永久傷害。香煙塵是常見的懸浮微粒,由於粒徑小,在0.001-0.1mm之間,因此擴散力強,在靜止空氣中幾乎可以不沉落,不僅即時可見污染惡果,長期吸入更可以導致肺癌。
二氧化硫及氮化合物會產生酸雨,影響植物的生長及土壤里的礦物質。
氟氯碳化物是破壞臭氧層的兇手。臭氧層越來越薄,令紫外光增多。過多的紫外光輻射會破壞植物的葉綠素,抑制植物的生機,甚至使果實減產。此外,會令人類免疫能力低下,導致皮膚癌、白內障等。
二氧化碳濃度增加,令地球的平均溫度上升。一項研究指出,到2050年,地球溫度將上升2-5度,兩極的冰山將會大量溶化,導致低洼地帶水浸,還會影響全球氣候。
影響能見度。
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