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關鍵詞：大氣擴散能力；大氣擴散指數；混合層高度
中圖分類號：P4
文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10001603
1 引言
當前我國大氣污染形勢嚴峻，國家和社會各界高度關注，環境氣象儼然成了當今時代的焦點。有效地防止大氣污染的途徑，除了采用除塵及廢氣凈化裝置等各種工程技術手段外，還需充分利用大氣的湍流混合作用對污染物的擴散稀釋能力，即大氣的自凈能力。大氣擴散是指將一定量的含有有害物質的氣體排入高空，借大氣湍流和分子運動，向大氣中低濃度區域遷移，從而把有害物質稀釋到容許濃度以下的過程。在污染源排放相對穩定的條件下，大氣擴散能力的強弱直接決定著空氣質量的好壞，與人們的生活息息相關[1]。就大氣污染成因而言，污染是主因，氣象是誘因。歷史上發生過的重大空氣污染危害事件，都是在不利于污染物擴散的氣象條件下發生的。為了掌握污染物的擴散規律，以便采取有效措施防治大氣污染的形成，必須了解氣象條件對大氣擴散的影響，以及局部氣象因素與地形地貌狀況之間的關系[2]。
目前大氣擴散能力的衡量沒有一個確定的標準，通過大氣擴散模式計算大氣擴散指數是一種行之有效的方法。大氣擴散模式的種類很多，按模式理論的發展途徑可分為統計理論模式、K理論模式和相似理論模式。按模擬的時間尺度可分為短期平均及長期平均濃度模式；按污染源的形態又可分為點源、線源、面源、體源、多源或復合源模式。盡管大氣擴散模式的種類繁多，但從應用角度出發，在實際工作中使用的大氣擴散模式多屬高斯模式及高斯模式的變形[3]。
近年來，針對空氣質量與氣象條件關系的研究很多，但對大氣擴散與氣象條件的關系研究卻很少。馬香香等對幾種大氣污染擴散模式應用進行了比較[4]。王偉平等用高斯模式估算了臺州電廠一期工程的SO2濃度分布[5]。王文等則介紹了基于高斯模式的幾個主要擴散模型，并比較了它們的優劣，指出了開發新模型需解決的問題[6]。胡春梅等根據重慶市地面常規要素、L波段雷達探測資料風速和溫度與API的相關性，建立了空氣污染擴散條件的綜合氣象指數[7]。陳宣慶等在對Turner大氣擴散等級的分類方法進行部分修正的基礎上，對長春市大氣擴散能力進行了定級分類，并分析了其氣候特征，對長春市大氣擴散能力做了初步評價[8]。
此外，環保部門和氣象部門一直緊密合作，雙方不僅加強信息共享，充分發揮信息資源效益，還對規范實施了標準化，聯合開展重污染天氣監測預警業務和基于AQI（空氣質量指數）的預報，建立定期交流機制，完善會商機制和重大信息協調機制，不斷把兩部門在信息共享、預警服務甚至科研等方面的合作推向深入，更好地履行職責、服務社會。雙方還根據“大氣十條”要求，深化開展針對重污染天氣的預報預測預警工作，建立重污染天氣監測預警體系。
2 資料與方法
大氣擴散能力資料采用浙江省氣象科學研究所根據高斯模式計算出的大氣擴散指數，是定量描述大氣擴散能力的無量綱指數，在此取湖州（站號：58450）2013年1～12月逐日資料。同時用到的混合層高度數據也是該模式計算輸出產品。
氣象資料采用同時段湖州國家基本觀測站地面觀測逐日資料。
空氣質量資料采用同時段湖州市環境保護監測中心監測獲得的AQI及PM2.5等逐日資料。2013年之前，環保部門采用空氣污染指數API來表示空氣污染狀況，2013年起則啟用空氣質量指數AQI來表示空氣質量狀況。根據環境保護部《環境空氣質量指數（AQI）技術規定》分級方法，空氣質量指數（AQI）劃分為0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和大于300六n，分別對應于空氣質量的六個級別：優、良、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴重污染，指數越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。
首先對2013年湖州大氣擴散指數及AQI數據進行月平均處理，分析其月際變化特征。然后對逐日大氣擴散指數與對應的氣象要素數據進行相關分析，并將樣本分為有降水樣本和無降水樣本，分別研究了大氣擴散指數與氣象條件之間的關系。此外，還將環境氣象中衍生的重要參數混合層高度與大氣擴散指數進行了相關分析，得出了其對大氣擴散能力的影響。
3 大氣擴散指數的月際變化特征
圖1為2013年湖州大氣擴散指數和AQI的月平均值的逐月變化，可見，2013年湖州大氣擴散指數的月變化較為明顯，除3～5月和8月、10月大氣擴散指數較高大于等于3之外，其他月份均低于3。其中4月最高，達到了3.5，這主要是因為春季日照充足，回暖明顯，湍流活動相對比較旺盛；8月次之，達到了3.3，則是因為盛夏季節天氣炎熱，熱力不穩定條件好，云團易發展，對流活動頻繁所致。1月和11～12月大氣擴散指數則處于一個低谷期，表明晚秋到隆冬季節里，多冷性高壓控制，大氣層結較為穩定，且風力較小、降水較少，大氣擴散能力明顯變弱。
另外，從圖1還可以看出，AQI的變化與大氣擴散指數的變化基本趨于相反，AQI值越高，即空氣質量越差，大氣擴散指數則越小，即大氣擴散能力越弱；AQI值越小，即空氣質量越好，大氣擴散指數則越大，即大氣擴散能力越強。經計算，大氣擴散指數與AQI之間的相關系數達到了-0.32，兩者呈顯著負相關，這也印證了大氣擴散能力的強弱直接影響著空氣質量的好壞。
4 大氣擴散能力與氣象條件的關系
4.1 大氣擴散指數與各氣象因子的關系
在氣象學中，氣象要素是指用于描述的物理狀態與現象的物理量，包括氣壓、氣溫、濕度、云、風、能見度以及太陽輻射等。這些要素都能從觀測直接獲得，并隨著時間經常變化，彼此之間相互制約。不同的氣象要素組合呈現不同的氣象特征，因此對污染物在大氣中的輸送擴散產生不同的影響。其中風和大氣不規則的湍流運動是直接影響大氣污染物擴散的氣象因素，而氣溫的垂直分布又制約著風場與湍流結構。
采用湖州市2013年逐日大氣擴散指數及地面觀測資料，對大氣擴散指數與各氣象要素進行了相關性分析（表1）。從2013年全年樣本分析來看，與大氣擴散指數相關性較好的氣象因子有平均氣壓、最低氣溫、降水量、最低氣壓、平均風速，且均通過了0.01的顯著性檢驗。其中相關性最好的為平均風速，相關系數達到了0.96，其次為降水量，相關系數為0.35。
由表1可以看出，降水量對于大氣擴散能力的影響是較為顯著的，為了進一步研究，將2013年全年樣本再分為有雨樣本（152個）和無雨樣本（215個），分別計算各氣象因子與大氣擴散指數的相關性。可以看出，有雨樣本中，氣象因子中還是平均風速與大氣擴散能力的相關性最好，相關系數同樣達到了0.96，此外則是降水量和蒸發量相關性較好，相關系數分別達到了0.38和0.27，且均通過了0.01的顯著性檢驗，而其他氣象因子都沒有通過顯著性檢驗。這說明，在有降雨的情況下，假設排除風的影響，則降水量是大氣擴散能力決定性的因素，降水量越大，大氣擴散能力越強，降水量越小，大氣擴散能力越小。無雨樣本中，大氣擴散指數相關性較好的氣象因子有平均氣壓、平均氣溫、相對濕度、日照時數、平均風速，且均通過了0.01的顯著性檢驗。其中相關性最好的還是平均風速，相關系數也達到了0.96。
大氣擴散能力與氣象條件息息相關，大的天氣系統決定了大氣擴散能力的整體背景，而風、壓、濕及降水等氣象條件的細微變化直接導致了大氣擴散能力的強弱變化。從以上與大氣擴散指數的相關性可見，風速為正相關，風力增大有助于大氣擴散；相對濕度為負相關，濕度高有利于氣溶膠粒徑增大并在空氣中滯留；氣壓為負相關，高氣壓時，氣流下沉，容易形成逆溫，低氣壓時，氣流上升，容易擴散。溫度為正相關，溫度高整體上有利于擴散，雖然溫度高同時也有助于二次污染物的形成。降水量為正相關，降水有助于沖刷空氣中的污染物。
4.2 大氣擴散指數與混合層高度的關系
大氣邊界層中的空氣明顯地受地面摩擦或熱力作用的影響，因而在某個高度的穩定層下會出現顯著的垂直混合，造成混合層。大氣混合層高度與逆溫的形成和消散過程有密切關系，混合層底面對煙氣的向上擴散起著抑制作用，混合層高度的變化影響著大氣污染物的濃度分布，它是影響大氣擴散的一個重要因素。
通過計算2013年全年樣本中混合層高度與大氣擴散指數的相關性，得出兩者的相關系數高達0.92，且通過了0.01的顯著性檢驗，表明混合層高度與大氣擴散能力呈明顯正相關。這也充分印證了混合層高度是衡量大氣擴散能力的一個重要指標，混合層高度越高，大氣擴散能力越強，混合層高度越低，大氣擴散能力越弱。
5 結語
（1）2013年湖州大氣擴散指數的月變化較為明顯，3～5月和8月、10月大氣擴散指數較高，1月和11～12月較低，表明春、夏季大氣擴散能力較強，秋、冬季擴散能力較弱。
（2）AQI的變化與大氣擴散指數的變化基本趨于相反，兩者呈顯著負相關，說明大氣擴散能力的強弱直接影響著空氣質量的好壞。
（3）在決定大氣擴散能力強弱的氣象因子中，風速是最主要的，其次是降水量。排除風的影響，有降水情況下，降水量是大氣擴散能力決定性的因素，降水量越大，大氣擴散能力越強，降水量越小，大氣擴散能力越小；無降水情況下，決定大氣擴散能力的氣象因子較多，主要有相對濕度、氣壓和平均氣溫，大氣擴散指數與相對濕度和氣壓呈負相關，與平均氣溫呈正相關。
（4）混合癰叨扔氪篤擴散指數有很高的正相關性，可以作為衡量大氣擴散能力的一個重要指標。
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龍海市位于東經117°29′～118°5′，北緯24°09′～24°36′，地處九龍江下游出海口，東南與臺灣隔海相望，東北與廈門經濟特區同處一個港灣，西接漳州市區，區域面積1128km2。根據龍海市環保監測站2010～2014年城市空氣質量監測數據，統計結果見表1。由表1可知，近五年龍海市城市大氣主要污染物日均濃度符合《環境空氣質量標準》（GB3095－1996）二級標準。首要污染物為可吸入顆粒物，雖然可吸入顆粒物日均濃度和空氣污染指數（API）呈逐年下降狀態，但二氧化硫、二氧化氮日均濃度呈平穩上升趨勢，表明龍海市城市大氣污染趨勢依然存在。
2空氣質量影響因素
鑒于城市空氣污染狀況是由污染源和氣象條件這兩個內外因素共同決定的，龍海市空氣質量中二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物濃度均以本地源影響為主，污染濃度貢獻主要取決于污染源排放量大小、“源”與“受體”的相對位置、氣象特征和排放高度等因素[2]。下面簡要分析其影響：
2.1大氣污染源強的影響
2.1.1大氣污染源強根據2010～2014年龍海市環境統計數據，全市年均燃煤總量855.53×104t，污染物排放量為：煙（粉）塵5150.2t、SO29313.1t、NOx34045.4t。主要污染源為：（1）工業源：燃煤量854.71×104t，占全市99.9%；污染物排放量為：煙（粉）塵5073.4t、占全市98.5%，SO29203.8t、占全市98.8%，NOx34027.5t、占全市99.95%。工業源中漳州后石電廠燃煤量841.09×104t，占全市98.3%；污染物排放量為：煙（粉）塵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%；污染物排放量為：煙塵76.8t、占全市1.5%，SO2109.3t、占全市1.2%，NOx17.9t、占全市0.05%。此外，還有未經統計的機動車、建筑場地排放的尾氣和揚塵。
2.1.2污染源排放狀況（1）工業源：近五年，除與城區相距約30km的漳州后石電廠7臺發電燃煤鍋爐煙氣通過靜電除塵、海水脫硫、觸媒脫硝處理后經210m煙囪高空排放和淘汰11家落后造紙廠13臺小鍋爐外，其他企業鍋爐煙氣均未采取規范有效的處理。10蒸噸以下鍋爐占了62.7%，分布在各鄉鎮工業區內，有的在城市周圍或在城市主導風上，呈低空排放。（2）生活源：近五年，城市常住人口新增9.96萬人，增長了25.6%，雖然新增燃料被LNG天然氣和石油液化氣所替代，城市居民用煤量基本不變，但民用燃煤煙氣均未處理直接排放。（3）機動車：近五年，雖淘汰黃標車和老舊車輛1875輛，但仍有3335輛黃標車未淘汰；2014年底，全市機動車（汽車、農用運輸車和掛車）保有量50474輛，比2010年增加了21682輛，增長75.3%。機動車尾氣在城市近地面周圍呈線狀排放。（4）建筑場地：2014年城市建成區面積19.69km2，比2010年增加了15.6%，建筑工地18處，總建筑面積36.154×104m2。建筑揚塵在城市四處周圍呈片狀排放。
2.2污染氣象條件的影響污染氣象因子是指與大氣污染物擴散有關的氣象要素，它制約著大氣污染物的稀釋、擴散、輸送和轉化過程,進而影響著大氣污染物的分布及污染程度。污染氣象學的研究表明,風向、風速、大氣穩定度對大氣擴散的影響較大，風對大氣污染的影響主要表現在對大氣污染物的水平輸送上，風向決定著大氣污染物影響的區域位置，風速決定著大氣污染物影響的區域面積和影響程度，大氣穩定度是是決定大氣對污染物垂直稀釋擴散能力的一個重要因子[4]。大氣越不穩定，其擴散能力越強，污染物在大氣中稀釋越快。根據龍海市氣象站市區多年氣象觀測資料，統計分析如下。
2.2.1風頻及污染系數龍海市屬南亞熱帶海洋性季風氣候。市區年平均風速1.6m/s，主導風向為ESE，平均頻率17.6%；年靜風頻率16.7%，除靜風外平均風速2.87m/s，冬、春季主導風向為ESE，夏季以S為最多，秋季ESE和SE相當。歷年風向頻率及污染系數見表2。由表2可知，市區除靜風外，年平均風速較小，介于2.1m/s～4.6m/s之間，各季主導風方向風速差異不明顯，污染系數以ESE風向為最大，SE風向為次之。由此可見，冬、春季東南偏東方向，夏季正南方向，秋季東南偏東及東南方向污染物排放對龍海市城市環境空氣質量影響較大。
2.2.2大氣穩定度市區年平均氣溫21.5℃，年平均日照時數2000.8h，年均總云量達6.8成，低云量為5.4成，年平均降水量1563.2mm，年平均相對濕度80%。各季大氣穩定度頻率見表3。由表3可知，市區全年大氣穩定度以D類為最高、頻率占55%，E和F類次之、頻率之和占24.6%；各季大氣不穩定型頻率出現以秋季為最高、達25.5%，春季為最低，占17.5%。由此可見，龍海市城市大氣活動狀態不利污染物的水平輸送、垂直擴散和稀釋。由于龍海市北部、西部、南部三面環山，中部為平原，東南部臨海，地勢南北較高，中間低緩，而城市位于平原中部低緩處，更不利于大氣污染物消散，易造成大氣污染物累積。春、夏季比秋、冬季更甚。
3對策與建議
3.1產業結構調整應結合“十三五”社會發展和城市規劃的制定，科學規劃重點產業發展布局、結構和規模，合理調整現有工業園區和設立各類產業園區，形成有利大氣污染物擴散的空間格局；按照國家產業政策要求，控制高能耗、高污染項目，淘汰落后和過剩產能；禁止在城市建成區新建每小時20蒸噸以下燃煤鍋爐，其他地區不再新建每小時10蒸噸以下燃煤鍋爐。
3.2能源結構調整應控制煤炭消費總量，2015年單位GDP綜合能耗控制在0.408tce/萬元，比2010年降低16％；新建工業園區應同步實施集中供熱，現有各類工業園區應逐步實施熱電聯產或集中供熱改造。應對重點耗能行業和企業實行煤炭減量、清潔能源替代,提高城市管道煤氣普及率。
3.3燃煤鍋爐節能減排應鼓勵企業使用潔凈煤，應用高效除塵、脫硫脫硝和多污染物協同控制等技術進行鍋爐技術改造；新、改擴建項目應優先選用列入高效鍋爐推廣目錄或能效等級達到Ⅰ級產品。應嚴格執行《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014），治理不達標燃煤鍋爐。
3.4機動車污染控制應根據城市發展規劃，實施公交優先戰略，合理控制機動車保有量；2017年之前，完成黃標車和老舊車輛淘汰任務。應加強機動車尾氣監管，對年度檢驗環保指標不達標的，不予發放環保合格標志；定期檢測或道路抽檢，對排氣不合格的，依法依規予以查處。
致病的主要因素
大氣污染和吸煙 流行病學調查證實，呼吸系統疾病的增加與空氣污染、吸煙密切相關。空氣中的污染物質可刺激呼吸系統引起各種肺部疾病；吸煙是小環境的主要污染源，目前我國青年人吸煙人數增多，是慢性阻塞性肺疾病和肺癌發病率增加的重要因素。
吸入性變應原增加 隨著我國工業化及經濟的發展，特別在都市可引起變應性疾病的變應原的種類及數量增多，如地毯、窗簾的廣泛應用使室內塵螨數量增多；寵物飼養導致動物毛變應原增多；還有空調機的真菌、都市綠化的某些花粉孢子、有機或無機化工原料、藥物及食物添加劑等，均是哮喘患病率增加的因素。
肺部感染 肺部感染病原體的變異及耐藥性的增加，是呼吸系統疾病發生的的重要因素。
外感寒邪 中醫學認為一旦氣溫驟降或貪涼飲冷超出人體適應能力，即可導致人體感寒而病。體質與病因、發病、病機、辨證、治療及養生預防都有密切的相關。所以，中醫重視人的體質及其差異性，這也是中醫學的一大特點。飲食不當、情志所傷及過度勞倦也與呼吸系統疾病的發生有一定的關系。
呼吸病的預防與調理
關鍵詞：新鄉；大氣污染；PM2.5；濃度；區域功能
中圖分類號：X831
文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8009302
1引言
在環境空氣中，PM2.5又稱細顆粒物，是空氣動力學當量直徑小于等于2.5 μm的顆粒物，其來源和成因極其復雜，主要來源包括二次顆粒物、汽車排放、化石燃料燃燒、道路揚塵、生物質燃燒、土壤層以及金屬加工處理等。PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣能見度有重要的影響，也是造成空氣環境污染，對人體健康危害最嚴重的大氣污染物之一[1，2]。因此，PM2.5是評價大氣環境質量的重要指標，已成為近年來城市大氣環境研究的焦點[3～6]。
新鄉市地處河南省北部黃河中下游，由于特殊的地理位置以及產業結構，其大氣環境質量備受社會各方面關注。筆者將借助空氣自動監測數據，分析新鄉市大氣污染物中PM2.5濃度變化特征，通過探討環境空氣中PM2.5濃度隨季節、月份變化的關系，對新鄉市的PM2.5污染狀況進行了客觀評價，為管理部門控制空氣污染決策提供科學依據。
2數據來源
數據采用“國家空氣質量聯網監測管理平臺（市級版）”的監測數據，研究中選用數據為2015年1月1日至2016年12月31日新鄉市國控站點連續監測的PM2.5小時平均質量濃度，并獲取該時間段內日平均質量濃度，各月、各季節以及年PM2.5的平均濃度時空分布特征。
表1所示為大氣污染物PM2.5濃度劃分國家標準，日均質量濃度及年均質量濃度的統計滿足《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）的要求。依據國家環境空氣質量標準，新鄉市執行二級標準。
由表1、表2可知，2015年和2016年新鄉市區大氣污染物PM2.5濃度均超過國家大氣潔凈水平二級標準；2015年四個國控點位，環保西院年平均PM2.5污染最重，開發區的污染最低，2016年四個國控點位PM2.5污染水平基本一致；雖然城區和四個國控點位2016年相對于2015年均有明顯下降，但均超過了國家規定的二級標準，這也說明城區和四個國控點位大氣環境中PM2.5污染程度仍然較重。
2015年各站點污染物年均值顯示，開發區PM2.5的年均值相對較低，而環保西院年均值相對較高，符合其功能區周邊環境現狀情況，而2016年各個功能區PM2.5年均濃度基本一致。整體上看，新鄉市PM2.5污染物呈現區域性污染（圖1）。
3.2各監測點污染物PM2.5濃度隨季節變化的特征分析
如圖2所示，四個季節中，污染物PM2.5在整個市區的濃度表現為“V”形狀特征，夏季、秋季PM2.5濃度較低，春季、冬季PM2.5濃度較高。污染物PM2.5濃度整體上呈現出冬強夏弱的季節變化規律。
夏秋兩季氣溫較高，雨水豐富，盛行西南風和東南風，風力較強，有利于空氣中污染物的稀釋和擴散；春冬兩季則相反，降水較少再加上近地面逆溫層和靜風等天氣現象發生頻率較高，不利于污染物擴散和稀釋。
3.3污染物PM2.5濃度變化與社會功能區域關系分析
如圖3所示，環保西院，工業較多，人口密度大，車輛多交通擁擠，人類活動頻繁，其年均PM2.5超過其他城區；開發區，人口密度低，綠地分布廣，無明顯污染源，其年均PM2.5濃度最低。PM2.5年平均濃度的區域差異，工業居民混合區的PM2.5濃度變化最為明顯，而居民區的PM2.5濃度變化略低。這說明人類活動、交通狀況、商業活動強度是全市PM2.5濃度影響最主要因素，因此各區域的社會功能對城市空氣質量起著不同的作用。
4結果與結論
新鄉市大氣環境中PM2.5濃度年度變化呈現明顯下降，但均超過了國家規定的二級標準， PM2.5污染程度仍然較重。季節變化呈現出春、冬季高，夏、秋季低的差異性。各功能區域中大氣污染中PM2.5濃度變化為人口密集、交通擁堵、經濟活躍的工業混合區最為顯著；人口密度低，綠地分布廣，無明顯污染源的居民區最不明顯。
本研究表明人類日常活動、季節變化是該市PM2.5濃度變化的主要因素，這也說明城市大氣環境質量的變化是人類活動和自然環境相互作用的結果。但導致大氣環境質量狀態變化的因素是多方面的，需要進一步采用更多指標，更全面揭示城市大氣環境質量動態變化規律。
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關鍵詞：
目前，在世界范圍內兒童的健康狀況已成為全世界的社會問題，改善兒童的健康狀況是我們所共同面臨的問題。呼吸系統疾病、胃腸道疾病以及其它感染性疾病是影響兒童健康的重要疾病[1]。兒童由于體質虛弱，導致其致病因素繁多，且無法逐一得到有效預防。近些年來，隨著對兒童呼吸系統疾病誘因相關研究的不斷深入，空氣污染已被廣泛公認為兒童呼吸系統疾病的主要致病因素。氣候因素、大氣污染以及粉塵污染等作為呼吸系統疾病的重要誘因，在兒童呼吸系統疾病的誘發方面發揮著重要的作用。近期，對大氣污染的關注度持續增高，大氣污染物中的總懸浮顆粒物TSP、可吸入的微粒PM10以及細顆粒PM2.5等也已被公認為導致大氣污染的重要污染源[2]，且可被人體吸入而直接影響呼吸系統和心血管系統而誘發呼吸系統疾病和心腦血管疾病，對兒童的作用尤為明顯。
1影響兒童呼吸系統疾病的空氣污染因素
1.1室外空氣污染對兒童呼吸系統疾病的影響 通過研究發現，室外空氣污染主要表現為空氣中微粒物質增多和空氣中其它有害氣體含量超標，且以微粒懸浮物對人體的影響最為顯著。室外空氣中的微粒主要分為PM2.5和PM10，前者是指粒徑小于或等于2.5？滋m的極細微粒，后者則指直徑小于10？滋m的顆粒狀物質。就人體的肺部和呼吸道結構和生理特征而言，粒徑超過10？滋m后很難被吸入到呼吸道并進入肺中，多數能夠被鼻毛、鼻腔粘膜或呼吸道粘膜捕捉[3]。但是，當微粒的直徑小于10？滋m大于2.5？滋m時 ，顆粒則可隨著呼吸進入人體的呼吸道和肺部，可誘發呼吸系統不適。但是隨著人體粘膜的外排作用的不斷加強，顆粒最終可隨著人體的呼氣、打噴嚏或者痰液排除體外，對人體的危害較為有限。但是，當空氣中的微粒直徑小于2.5？滋m時，不僅容易進入人體呼吸道系統，而且可以在呼吸道內大量蓄積并逐漸進入人體肺部，當人體免疫力下降到一定程度后，其可在人體支氣管或肺泡內發生致炎反應，誘發慢性阻塞性肺部、支氣管炎甚至是塵肺病。兒童作為免疫功能較弱的特殊群體，相對于成年人而言更易于收到PM2.5或更小粒徑微粒的影響。魏復盛等對PM2.5所致疾病的流行病學進行的研究結果顯示，長期吸入PM2.5可大大增加哮喘、支氣管炎的發病幾率。Desqueyroux等[4]對空氣污染致病的相關流行病學研究結果顯示，哮喘、慢性阻塞性肺部的發病與PM10、PM2.5以及臭氧在空氣中比例的增加有著較為直接的關系。國外一些臨床研究還證實[5]，NO2和臭氧是目前導致上呼吸道感染、肺病患者住院率上升的重要原因，且一直處于惡化態勢。在呼吸系統疾病患者的死亡率方面，大量的臨床研究證實[6]，NO2和PM10的濃度是導致呼吸系統患者死亡的重要原因，線性回歸分析結果顯示其與患者的死亡率之間存在著較大的正相關性，進一步說明了空氣微粒對人類健康的危害。王海榮等[7]對支氣管炎、肺炎以及哮喘等呼吸系統疾病的流行病學進行的研究結果表明，PM2.5、SO2、NO2、PM10等空氣污染物的濃度是導致兒童哮喘、肺炎的主要致病因子；支氣管炎的主要致病因子則為NO2和PM10，而導致兒童肺功能減弱的主要致病因素則為SO2，且女性兒童更易受到影響。關于SO2導致人體肺功能下降的原因，Sam等[8]進行的臨床研究證實，當人體吸入大量SO2后，可導致患者出現呼氣流量峰值（PEF）下降，使肺部無法獲取足夠的氧氣而逐漸導致肺部功能受限、肺部功能下降。
1.2室內空氣污染在兒童呼吸系統疾病中的致病作用 隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越重視室內的裝修質量，大量新型的裝飾材料不斷被廣泛使用。甲醛、苯等在室內空氣中的含量超標，一直是困擾人類健康的主要因素，也已被社會廣泛肯定為室內主要的污染源。室內裝飾材料所釋放出的甲苯、甲醛、苯等有害氣體，人類長期接觸不僅會出現神經過敏癥狀或免疫功能紊亂癥狀，嚴重時可導致白血病、腫瘤等惡性疾病，對人類健康的威脅巨大。研究證實，當甲醛的在室內的含量超過0.25ppm/m3時，即可誘發呼吸系統疾病，對兒童和體質虛弱的成年人最為明顯[9]。兒童長期在室內污染較為嚴重的環境中玩耍，可因室內污染源發生各種呼吸道疾病以及其它較為嚴重的器質性病變。因此，在新房裝修時，應對房間及時通風、盡量購買釋放有害氣體或有害顆粒較少的裝飾材料，以減少裝飾材料對室內環境污染的程度。朱悅等[10]對室內環境在影響兒童呼吸系統疾病方面進行的研究結果顯示，室內空氣中的甲醛、苯以及室內環境中的螨蟲、微粒等均是兒童呼吸道疾病的重要誘因，針對性的采取相應的預防措施極為重要，對于降低兒童因室內環境而誘發的呼吸系統疾病具有重要的臨床意義。
1.3煤炭燃燒后的一次、二次污染物對兒童呼吸系統的影響 一直以來，煤炭作為我們日常生活中的主要能源被廣泛使用，已成為我們日常生活中的必需生存資料。雖然煤炭的燃燒可以為我們帶來電、熱等能源，但其所產生的粉塵或有害氣體同樣是困擾人類健康的重要因素。煤炭燃燒后所產生的SO2、煙塵等一污染物在空氣中可與其它污染物發生反應，并逐漸形成二次污染物，比如SO2、NOX和CO等。二次污染物可通過呼吸系統而進入人體，且不可經肝臟代謝而消除，NOX和CO可以逐漸進入人體血液而導致人體產生一些炎癥性疾病或者全身不適癥狀。北方相對于南方而言，煤炭燃燒后的二次污染物對人類健康的危險情況更為明顯，主要由于北方冬季因天寒采暖需燃燒大量煤炭，其空氣中煤炭燃燒所致的污染物的釋放量較大，可對兒童的健康產生直接影響。近些年來，冬季燃煤取暖導致室內CO中毒的案例發生率逐漸升高，這需要引起我們的高度關注。趙寶新等[11]對冬季采暖燃煤所致空氣污染對兒童呼吸系統健康的影響所進行的研究結果表明，采暖期時空氣中的PM10、SO2水平大幅增加，所處該環境的兒童一秒用力呼氣容積（FEV1）呈降低趨勢但呼氣流量峰值（PEF）有所升高，即說明PM10、SO2可降低兒童的肺功能。此外，就季節而言，冬季時兒童呼吸道感染性疾病、肺炎、支氣管炎等發病率明顯高于其它季節，除與冬季氣溫交替頻繁有關以外，與冬季燃煤導致的空氣內污染物含量增加也有著顯著的相關性。
2戶外塵沙對兒童呼吸系統疾病的影響
有大量的研究證實[12]，沙塵天氣是導致兒童呼吸系統疾病頻發的一個重要原因之一，且具有季節性的特點。王振全等[13]指出，在一些沙塵天氣高發的地區，塵肺病特征的呼吸系統疾病的發生率大大高于無沙塵天氣的地區。趙春霞等對沙塵暴對兒童呼吸系統的影響以及呼吸系統癥狀的相關因素進行的研究結果顯示表明，在沙塵天氣發生的前一天，該地區的兒童呼吸系統疾病的發生率大幅上升，且主要集中于體制虛弱、免疫力低下愛的兒童。孟紫強等進行的關于沙塵天氣影響兒童呼吸系統的相關研究也表明，處于沙塵天氣地區的兒童呼吸系統疾病發病率高于其它地區，且沙塵天氣能夠與其它戶外污染因素相互作用，共同對兒童的心腦血管、呼吸系統產生影響而誘發相關的疾病[14]。
3展望與結論
從上文中可見，室內外的空氣污染、環境污染等均是導致兒童出現呼吸系統疾病的重要誘因。兒童作為免疫力和身體機能均較弱的特殊群體，對于一些致病誘因的抵御能力較弱，探明導致兒童出現呼吸系統疾病致病因素很有必要。就上述的內容而言，空氣污染導致兒童呼吸系統疾病的原因主要有以下：① 室外環境污染、大氣污染所致的空氣中PM2.5、PM10等微粒的含量大幅增加，兒童吸入體內后在免疫力低時可誘發呼吸系統相關疾病。②室內裝飾材料或其它污染源所釋放的甲醛、苯等有毒氣體，可刺激兒童的呼吸系統并進行其肺部，誘發相關呼吸系統疾病。③煤炭燃燒、秸稈燃燒等導致大氣中煙塵、SO2、CO等有害物質的含量增加，增加了兒童患病幾率。④沙塵暴、塵沙天氣或者高發區域空氣中粉塵和塵沙的含量較高，容易導致兒童出現慢性阻塞性肺部樣癥狀或者相關呼吸系統疾病。因此，改善大氣環境和周邊生活環境對于降低上述因素所致的呼吸系統疾病的發病率具有重要的實質性意義。環境問題已經成為我國乃至世界的共同難題，欲從根本上得到解決任重而道遠。但從世界范圍內的兒童以及全世界人類的健康出發碳、節能、環保潔凈的生活模式是我們所面臨的共同任務。
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關鍵詞：塔城市；空氣質量；現狀；變化趨勢
お
1 引言
塔城市是以農業為主的西部城市,從塔城市三次產業結構來分析,經濟結構不盡合理,第二產業特別是工業是制約經濟社會發展的主要因素。同時落后的產能是造成資源過度消耗,環境嚴重污染的主要原因。隨著塔城市各族人民對環保意識的提高,在以科學發展觀為統領,以保持經濟快速增長,加快結構調整步伐,轉變經濟增長方式的時刻,緊緊抓住經濟社會發展的戰略機遇,認真落實科學發展觀,大力推進社會主義新農村建設,堅定不移的走“農業穩市,工業富市,邊貿活市,科教興市,人才強市”的發展道路,努力建設“綠色塔城,人文塔城,人居塔城,和諧塔城”的發展思路,環境空氣質量也發生了很大變化。2001~2009年的監測結果表明塔城市區環境空氣質量逐年改善,TSP污染呈下降趨勢。
塔城市三面環山,地勢北高南低,由東北向西南傾斜。塔爾巴哈臺山橫亙于北,巴克圖山縱貫于西,額敏河自東向西橫貫于南。地形分為北部山地,中部丘陵、洪積扇平原,中部洪積扇扇緣平原和南部沖積扇平原。有喀浪古爾河、阿不都拉河等河流和山泉。塔城市大氣的常規監測項目有SO2、NOX、可吸入顆粒物PM10。監測結果的統計分析表明,塔城市大氣污染以PM10為主（其平均負荷系數為20%）。
2 塔城市大氣污染物特征分布
2.1 大氣污染物的季節變化
由圖1曲線變化可見,各污染物TSP(PM10)、SO2、NOX的高濃度值都出現在冬季,夏季濃度最低,春、秋季次之（2006年第3季度由于測點附近建筑施工造成pm10偏高）。造成污染物濃度季節性變化的主要原因是：塔城市屬北方典型的煤煙型空氣污染城市,特別是冬季采暖期環境空氣質量較非采暖期有所下降,采暖期煤耗量大,排入大氣中的TSP(PM10)、SO2、NOX等污染物的量增加；塔城市屬中溫帶大陸性干旱氣候,冬季漫長寒冷,夏季短促炎熱,春季氣溫回升快,秋季降溫迅速。城市全年主導風向為西北風。該風向決定了塔城市的境外輸入的大氣污染物對塔城地區產生一定影響。這些不利的氣象條件使近地面污染物不易稀釋和擴散,從而導致采暖期空氣中污染物濃度增加。夏季煤耗降低,污染物排放量相對減少,大氣的混合層也變厚了,這就有利于各種污染物的稀釋擴散。
圖1 2001年~2009年大氣污染物PM10季節變化おお
2.2 大氣污染物的年度變化趨勢
近5年來,塔城市PM10年平均濃度在0.039~0.066mg/m3之間,最高值出現于2006年,見圖2。若與GB3095-1996二級年均值標準（0.10mg/m3）比較,年均值達標率為100%。由于能源結構沒有徹底改變,土地多,綠化率低,易起風沙,加上到處施工,PM10污染始終維持統一水平。
圖2 2001~2009年塔城市大氣污染物年際變化圖おお
NOX年平均濃度為0.01～0.025mg/m3,最高值出現在2009年（見圖2）。低于GB3095-1996二級年均值標準（0.05mg/m3）,隨著2009年機動車輛的迅速增加,NOX總體呈逐年增長趨勢。
SO2年平均濃度為0.005～0.017mg/m3,最高值出現在2009年（見圖2）。低于GB3095-1996二級年均值標準（0.06mg/m3）,隨著城市的擴大,冬季燃煤量增加,SO2總體呈增長趨勢。
2.3 大氣污染物平均負荷系數
為了反映大氣環境中各污染物影響的大小,確定各污染因子重要的順序,引進污染物負荷系數的概念。
Fi=Pi/∑Pi,Pi=Ci/Si.
式中Fi為污染物i的負荷系數;Ci為污染物i的年平均值；Si為污染物i的評價標準；Pi為污染物i的單項質量指數。
SO2、NOX 、TSP(PM10)選用GB3095-1996二級標準（日平均濃度TSP030mg/m3、NOX 010mg/m3、SO2015mg/m3PM10 01mg/m3）,根據以上公式,計算出2001年以來塔城市逐年的大氣污染物平均負荷系數,見表1。
表1 大氣污染物平均負荷系數 %
年份SO2NOXTSPPM10
20018.010.013.8/
20028.010.011.9/
20038.011.510.2/
20048.011.514.0/
20058.010.814.122.9
20068.010.012.126.1
200711.47.77.618.6
200846.99.28.517.0
200927.519.27.815.4
平均14.8711.111.120.0
從表1可知,自2001年以來塔城市大氣污染負荷系數的大小順序依次為： PM10＞SO2＞NOX,PM10的污染負荷系數平均達20%,說明影響塔城市大氣環境質量的主要污染物是PM10。這跟近年來塔城市經濟發展逐步增加,基建施工、道路改造等所引起的地面揚塵污染由密切關系。
3 塔城市大氣污染變化趨勢分析
3.1 大氣污染變化趨勢
2001~2009年塔城市環境空氣污染物監測結果列入表2中。
表2 環境空氣污染物監測結果mg/m3
項目2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年
總懸浮
顆粒物0.2120.1820.1570.2150.2160.1860.1160.130.12
可吸入
顆粒物////0.0580.0660.0470.0430.039
二氧
化硫0.0050.0050.0050.0050.0050.0050.0070.0080.017
氮氧
化物0.0130.0130.0150.0150.0140.0130.010.0120.025
采用Spearman秩相關系數法,對塔城市空氣污染物2001-2009年年均值進行了定量分析,檢驗結果見表3。
表3 主要大氣污染物的Spearman檢驗結果
項目年rs值
總懸浮顆粒物-0.57
可吸入顆粒物-0.9
二氧化硫0.99
氮氧化物0.05
將計算出的秩相關系數rs 的絕對值同臨界值進行比較,如果rs ≥WP,則表示變化趨勢有顯著意義；如果rs≤WP,則表示變化趨勢沒有顯著意義,說明在評價時段內變化穩定或平穩；如果rs是負值,則表示有下降趨勢或好轉趨勢；如果rs是正值,則表示有上升趨勢或加重趨勢（當N=9時,WP=0.600）。Spearman檢驗結果得出如下結論。
3.1.1 總懸浮顆粒物（可吸入顆粒物）
2001~2009年塔城市總懸浮顆粒物相關檢驗rs值為-0.57,可吸入顆粒物相關檢驗rs值為-0.9,表明變化趨勢有顯著意義,說明近幾年總懸浮顆粒物（可吸入顆粒物）呈顯著下降趨勢。
3.1.2 二氧化硫
2001~2009年塔城市二氧化硫相關檢驗rs值為0.99,rs >WP,表明變化趨勢有顯著意義,說明近幾年二氧化硫的污染有明顯加重,呈顯著上升趨勢。
3.1.3 氮氧化物
2001~2009年塔城市氮氧化物相關檢驗rs值為0.05,rs ≤WP,說明近幾年來塔城市氮氧化物的污染變化不大,仍維持在同一個水平上。
3.2 NOX濃度與車輛數的關系
近幾年,隨著塔城市城市規模的擴大和人口的增加,塔城市的經濟發展,運輸行業迅速發展,機動車數量急劇增加。機動車在運行中產生許多有害物質,機動車尾氣污染日趨嚴重。機動車尾氣對大氣中NOX的貢獻增大,最終導致大氣中NOX逐漸上升,嚴重影響環境空氣質量。
4 大氣環境質量控制措施
據統計塔城市2005~2009年,塔城市SO2年平均濃度控制在0.020mg/m3以下,NOX年平均濃度控制在0.030mg/m3以下。到2015年,SO2、NOX年平均濃度將繼續控制在環境空氣質量二級標準以內。為使達到環境質量控制目標,積極開展大氣環境綜合整治工作,擬采取的措施包括以下幾個方面。
（1）工業污染源防治。加強源頭控制,拓展減排空間。嚴格實行總量控制,合理利用環境容量。加強廢氣污染治理,節能減排,大力發展清潔生產,循環經濟,堅持走可持續道路。
（2）機動車污染防治。控制機動車尾氣污染。控制車輛數量,對車輛能源進行改造,限制進入市區的機動車車流量和類型以及行駛路線。逐步推廣無鉛汽油,環保類車,采用加氣裝置,使用尾氣凈化裝置。從長遠角度,利用對大氣無污染的新能源車輛,如太陽能、電能車輛等,從根本上解決車輛尾氣污染問題。
（4）揚塵污染防治。施工工地必須達到規定的環保要求,改善道路狀況,減少地面揚塵的發生量。加強建筑工地的環境管理,減少建筑粉塵的發生量。
（5）煤煙型污染防治。提高優質能源比重,大幅度減少市區燃煤量,集中供熱,降低面源污染。開發利用新能源。
（6）增加環境保護投入。緊緊抓住國家對口援疆,從改善民生、創造優美生活環境的角度,加大環境保護投入力度。積極推進城市綠化美化,提高綠化覆蓋率。
5 結語
根據以上分析表明,2001~2009年塔城市環境空氣中,大氣主要污染物可吸入顆粒物、二氧化硫、氮氧化物濃度均達到國家二級標準。其中可吸入顆粒物呈明顯下降趨勢,二氧化硫呈上升趨勢,氮氧化物變化趨勢不明顯。塔城市屬北方典型的煤煙型空氣污染城市,生活污染對塔城市大氣環境質量有一定的影響。隨著經濟的發展,城市機動車輛的增加,交通污染源增加將逐步成為影響塔城市大氣環境質量的重要因素之一。
お
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關鍵詞：銅山礦 大氣環境質量 污染物排放 監測分析
中圖分類號：X37 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00
作者簡介：李毛毛（1986-），漢族，女，安徽池州，本科，助理工程師，主要從事礦山環境保護的管理工作。
銅山礦是銅陵有色金屬集團公司的主力礦山之一，地處安徽省池州市境內，主要從事銅礦采選，采選能力為2000t/d。礦山深部資源項目分兩期開采，一期開采-613m中段以上礦體，二期開采-613m中段以下礦體。工程主要包括主井、副井和風井等采礦工程、選礦工程及其他公共輔助設施。礦山采選作業可能會產生礦區環境大氣污染，為了了解其正常生產情況下的污染情況，對該礦區大氣環境進行現狀調查與分析。
1工程概況
該礦原工程設計內容中選礦工藝為“三段一閉路破碎+球磨”，充填工藝為分級尾砂充填。隨著全尾充填技術日臻成熟并在集團內的冬瓜山銅礦和鳳凰山礦業公司的運用，企業采用“全尾充填替代分級尾砂充填”，增加尾砂井下充填量。
另外，礦山在實際建設中還發生了一些工程內容變更，主要變更內容包括以下四方面：
（1）破碎磨礦工藝變更。采用“半自磨+直線振動篩閉路系統”替代“三段一閉路破碎+球磨”，取消了地面破碎工序，增加井下粗破碎工序，減少粉塵污染。
（2）尾礦脫水設施變更。采用全尾充填工藝，尾砂輸送量和輸送濃度大幅度提高，配套的濃縮和過濾設施能力也相應提高，因此采用高效率的新型濃密機和陶瓷過濾機取代老式濃密機和外濾式過濾機，優化濃縮和脫水效果，從而提高充填輸送濃度和充填能力。
（3）充填工藝和充填站位置變化。充填工藝由原來設計的分級充填變更為全尾充填。另外，由于充填送濃度的提高，最大輸送距離受到限制，將充填站遷建于距離選礦廠較近的位置，縮短了地表尾砂輸送距離。
（4）尾礦庫尾砂入庫地點變更。實施全尾充填后，由于進入尾礦庫的尾砂將大幅度減少，尾礦庫所需庫容也相應減少。為了減少尾礦庫對環境的影響，在原有尾礦庫干灘上建立子壩，將尾礦放砂地點由壩體變更到子壩，將子壩和原壩體之間實施生態復墾工程，從而縮小干灘面，減少尾礦庫干灘揚塵污染范圍。
2 大氣污染物排放變化情況
該礦工程項目變更前廢氣污染源主要是井下采礦作業粉塵、選礦破碎篩分產生的粉塵，道路運輸揚塵水泥倉揚塵、尾礦庫揚塵等。變更后，項目廢氣污染源主要有井下廢氣（包括粗碎系統粉塵）、轉運站粉塵、充填站粉塵、尾礦庫揚塵、以及運輸道路揚塵、廢石場粉塵等。工程變更前后主要大氣污染物排放變化情況見表1所示。
由表1可以看出，變更后，因轉運站、原礦倉的無組織排放變為有組織排放，同時中細碎系統和篩分系統取消，因此廢氣產生量大大減少，減少約13.843t/a。
3 大氣環境質量監測變化情況
3.1變更前大氣環境質量監測分析
工程變更前于2007年3月12日-3月16日委托銅陵市環境監測站對項目所在地環境質量進行了連續5天的監測，監測項目為PM10、TSP、SO2、NO2，共布設銅山礦區、南泉村、銅山鎮政府三個點，監測結果見表2。
由表2監測結果可知，礦區環境影響范圍內SO2、NO2均達到《環境空氣質量標準》（GB3095―1996）中二級標準，TSP濃度超標率達6.7%、PM10濃度超標率達46.7%。
TSP、PM10濃度超標時段出現在3月14日的2#點（南泉村）、和3#點的（鎮政府），主要因氣象條件與汽車揚塵影響所致。
3.2 變更后大氣環境質量監測分析
1、監測結果
工程變更后，委托上海檢測技術有限公司于2015年3月24日至3月28日、3月30日至31日共7天對設定的監測點（劉沖村、銅山鎮政府、銅源村、南泉村4個監測點）進行了大氣環境質量現狀監測，日均濃度監測結果見表3。
2、監測結果分析
分析方法
評價方法采用單因子標準指數法：
分析標準
分析標準采用《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準。
結果分析
日均濃度監測結果分析見表4。
由表4可以看出：劉沖村、銅山鎮政府、銅源村、南泉村4個監測點TSP、PM10、SO2、NO2標準指數均小于1，日均濃度未出現超標。總體來看，項目區域環境空氣TSP、PM10、SO2及NO2日均濃度可滿足《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準要求，無超標現象。
4 結論與分析
經過對銅山礦深部礦產資源采選工程項目變更后的工程分析，計算了項目變更前后大氣污染物排放的變化情況，主要大氣污染物排放總量有所減少；同時對變更前后的大氣環境質量進行了現場監測，結果表明項目變更后的大氣環境影響在當地環境可接受的允許范圍內。
變更后的大氣環境質量現狀與變更前的相比，區域環境質量大大改善，主要原因是因企業最近幾年加強了礦區的大氣污染控制措施，改善了運輸路面，增設了灑水車，同時廢棄了原有的選廠，新建了選廠，取消了中細碎車間，并配套建設各項除塵設施。
參考文獻
關鍵詞:大氣汞;自動監測;汞濃度;氣象因子
中圖分類號:X831文獻標識碼:A
文章編號:1009-2374 (2010)25-0102-02
汞在自然中以多種形式存在,有七種穩定和四種不穩定(放射性)的同位素,不同形態的汞有不同的物理化學特性。環境大氣中的汞包括氣態汞、顆粒態汞和液態汞,氣態汞又可分為原子態汞和活性氣態汞。活性氣態汞的含量很少,但由于其水溶性和相對活潑的化學性質,使其成為大氣汞的干濕沉降的主要貢獻者之一。在環境的各個介質中都可能存在汞的環境污染,多數是由于人類開發和使用汞而造成汞的釋放產生的。現有的汞污染物大部分是向大氣中排放,通過大氣進行傳輸,并隨著干、濕沉降進入水和陸生態系統,在細菌的活動或非生物機制下發生甲基化,然后通過食物鏈進行生物富集,并通過對魚等水產品的食用最終進入人體,從而對人體產生危害。由于其能長時間存在于大氣中,且進行遠距離傳輸,因此大氣汞污染成為當前大氣環境研究的熱點問題(圖1)。
近年來隨著我國經濟的迅猛發展,對電的需求日益擴大,特別是作為全國發達地區與能源消耗的大省――江蘇,對電力的需求與日俱增,截至去年底,我省發電裝機容量達到5682萬千瓦,其中燃煤機組為4824.8萬千瓦,占總發電量的80%以上。江蘇長江流域是火力發電廠較為集中的區域,從2000年16座到2009年22座。火力發電曾為人民生活帶來巨大方便,但是對環境也產生巨大的影響,特別是環境空氣中的汞污染已成為人們關注的熱點。
1研究方法
1.1區域概況
南京位于北緯31°14″至32°37″,東經118°22″至119°14″――長江下游沿岸,屬于亞熱帶季風氣候。
南京是長江下游地區重要的產業城市和經濟中心,中國重要的文化教育中心之一,也是華東地區重要的交通樞紐。全市面積6598km2,其中市區面積4844km2,建成區面積720.45km2。
截至2009年年末,全市戶籍人口629.77萬人,市區戶籍人口545.98萬人,全市常住人口771.31萬人。南京的工業以電子信息、石油化工、汽車機械、生物制藥、食品飲料、儀器儀表等產業占有重要地位。
1.2采樣點選擇
以南京主城區為研究范圍,綜合考慮均勻分布與功能區特征選擇5個監測點:交通區(城西干道附近),工業區(火電站附近)和商業區(新街口附近),文化區(南京理工大學)和自然保護區(濱江公園)。
1.3主要監測設備
RA-915M汞分析儀(俄羅斯Lumex 公司產品)。
1.4大氣汞的監測方法
常規監測:從2010年4月16日到2010年5月4日,5個采樣點每天24小時連續測定,采樣高度1.5～8m。
2總結
從各樣點的大氣汞含量看,城區濃度高值中心多次出現在火電站、城西干道、新街口商業區,這是由于這些地點是交通發達和人口密集區,來往人員車輛頻繁,煙塵較大,大氣汞易為飛塵所吸持。而在學校和自然保護區,植被較多,大氣汞濃度值很低,接近背景值。如在南京理工大學校園內大氣汞濃度只有0.9～8.8ng/m3,而在南京火電站附近卻達到了5.4～86.2ng/m3。
南京主城區大氣汞具有一定的空間分布特征和明顯的時間變化特征。南京市主城區不同地區大氣汞濃度范圍為0.4～98.2ng/m3。均值達6.94ng/m3,遠遠高于全球大氣汞濃度背景值(1.5～2ng/m3)。最新研究成果得出,全球城市環境大氣汞濃度范圍為1.8～9.8ng/m3,亞洲城市的大氣汞濃度明顯高于美洲地區。
交通區(城西干道附近),工業區(火電站附近)和商業區(新街口附近)大氣汞分別為8.49ng/m3,8.77ng/m3和8.03ng/m3,差異性不顯著,但明顯高于南京理工大學(5.02ng/m3)和濱江公園(4.38ng/m3)。
利用RA-915AM汞分析儀,以在南京一條交通要道(城西干道)附近為例,從4月16日～5月4日連續不斷自動監測。監測情況如下(圖2,圖3):
從單日情況看,在城西干道上下班早晚高峰時間段大氣汞濃度值偏高,夜間汞濃度達到高值。由于受夜間空氣流動小,大氣污染物擴散條件差且相對濕度較高等不利因素影響,都能導致夜間汞濃度值高。
從對一個點不間斷大氣汞自動監測的情況看,每日走勢也有一定的空間跨度,通過分析得出氣象因素可能對大氣汞濃度產生影響。
氣象參數是影響大氣污染物遷移轉化的重要因子,利用監測數據,進行大氣汞與氣象因子的相關分析研究。通過對氣象臺提供數據針對相對濕度進行研究,大氣汞濃度與相對濕度呈極顯著的正相關,結果如圖4所示:
參考文獻
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工業化，城市化，經濟增長和能源需求增加導致城市空氣質量深刻惡化[1]。經過多年對大氣顆粒物進行的深入研究表明，其對環境的影響很大，比如能夠改變太陽輻射的平衡并且降低能見度等，由于地區環境、經濟的發展存在著差異，大氣顆粒物的化學成分、組成具有很大變化[2]。空氣中的懸浮顆粒物通常分為總懸浮顆粒物（TSP）和可吸入顆粒物[3]。可吸入顆粒物是指空氣動力學粒徑小于10μm的分散在大氣中呈固態或液態的顆粒狀物質，是目前大氣環境質量評價中的一個通用的重要污染指標。在PM10中，小于2.5μm的顆粒物（PM2.5）稱為細顆粒物，介于2.5~10μm之間的顆粒物（PM2.5~10）稱為粗顆粒物[4]。這些細顆粒物粒徑小，在大氣中滯留時間長，通過呼吸作用進入人體后可以沉積在肺泡內，從而危及人類健康。PM2.5由于其比表面積較大，攜帶有大量重金屬、PAHs、誘變劑以及病菌等有毒有害物質，比起粗顆粒物更容易對人體健康構成威脅。研究表明，PM2.5與人類呼吸道疾病、心肺疾病引起的死亡率呈正相關關系[5]。
大氣顆粒物中的重金屬進入人體的途徑主要有呼吸作用[6]、吞食作用[7]和皮膚接觸。大氣氣溶膠是影響輻射傳輸的一個重要因素，它不但吸收和散射太陽輻射，影響大氣的光學性質，改變大氣能見度，而且對地氣系統的輻射能量平衡也有重要影響。PM2.5細粒子污染對城市灰霾的形成及能見度的惡化有極大貢獻。氣溶膠粒子數濃度日際變化，主要受降水、風速、風向及相對濕度等氣象條件的影響。偏東風有助于氣溶膠濃度的增加[8]。能見度和細粒子質量濃度呈現較好的負相關，而與PM10質量濃度的相關性就差一些。細粒子質量濃度的高低是決定能見度好壞的主要因子。可以嘗試利用細粒子質量濃度的觀測結果來估算大氣能見度。1999年6月持續高溫期間即使細粒子質量濃度很高，能見度并不很低，而2000年1月細粒子質量濃度在并不高的情況下，能見度卻較低。這可能是因為細粒子中的成分不同的緣故，因為能見度的細粒子中主要的化學組分具有密切關系。活躍的光化學可能是前者的主要來源，燃煤可能是后者的主要來源，二者在化學成分上具有很明顯的差別[9]。有研究表明：全球變暖會導致地表水分蒸發的增加，從而引發全球干旱化的發展和加劇，干旱半干旱區問題將變得更為嚴重。對1970－1990年中國大氣水分的變化研究表明：大氣水分在20年中是增長的，其中增長多在對流層低層，主要增長地區在東北、西南和南部沿海地區，在華北和中南部分地區卻呈下降趨勢。大氣水分與地面氣溫的關系取決于地區與季節。在東北地區，大氣水分的增長與地面氣溫增暖相一致，華北地區則不然；在西南地區只有秋、冬兩季的大氣水分與地面氣溫有明顯的相關關系。大氣水分與降水具有密切的正相關關系。美國的相對濕度也呈下降趨勢，與水滴蒸發成負相關關系。蒸發增加40%，相對濕度減少25%~45%，濕度減少是造成干旱的原因之一[10]。
烏魯木齊市由于其特殊的地理位置、氣象因素等條件使得其冬季采暖期風速變為全年最小，極易出現陰霧天氣。此種氣象現象經常持續數天使得大氣污染物不易水平運動和擴散稀釋，隨大氣污染物不斷累積，陰霧范圍也隨之擴大，導致采暖期內的烏魯木齊市經常籠罩在煙霧之中[11]。可吸入顆粒物又是烏魯木齊市最為嚴重的大氣污染物。過去幾年，政府采取了一系列污染治理措施，但是到后期可吸入顆粒物濃度變化不明顯。到目前為止，關于烏魯木齊市大氣顆粒物中可吸入顆粒物的污染特征和源解析研究較少，而對于與人體健康和大氣能見度密切相關的細粒子（PM2.5）的研究則更少。本實驗通過采集烏魯木齊市一年的可吸入顆粒物并對其進行分析研究，探討了大氣可吸入顆粒物中重金屬在采暖期和非采暖期的變化規律，并對不同的重金屬的來源進行了解析，同時還對其污染水平進行了評價。
1材料和方法
1.1樣品采集
本研究從2009年7月－2010年4月，在新疆大學5號樓樓頂（北緯43°77′、東經87°61′）采集大氣可吸入顆粒物樣品。采樣設備有日本產NL20型撞擊式大氣顆粒物采樣頭、轉子流量計、真空泵組成。采樣頭設定流量為20L/min，樣品的采集時間設定為24h，總共81個樣品。該采樣頭共有3層構成，第一層放有2500QAT-UP型環形濾膜可以截留dp>10μm的顆粒；第二層放有2500QAT-UP型環形濾膜可以截留2.5~10μm的顆粒（PM2.5~10）；最底一層放有QR-100型濾膜，可以截留dp<2.5μm的顆粒，采樣介質為玻璃纖維膜，采樣前后濾膜均恒溫恒濕48h（溫度25℃，濕度50%）并稱重以確定可吸入顆粒物的質量濃度。
1.2樣品的前處理
將1/2的樣品濾膜剪碎，放入消解瓶內，加人6mLHNO3，3mLHClO4。瓶口放置小玻璃漏斗，放置過夜后在電板上加熱至近干，取下小玻璃漏斗。電板上再加熱至HClO4耗盡，取下樣品冷卻。用10mL左右的1%HNO3淋洗瓶壁，繼續于電板上加熱，保持微沸10min，取下冷卻，微孔濾紙過濾，用1%HNO3定容至25mL容量瓶中，搖勻待測。取同批號，等面積空白濾膜按樣品超聲波提取及消解過程消解，測定空白值[12]。
1.3重金屬測定
待測樣品中Mn、Cr、Pb、Ni和Cu，Fe采用原子吸收分光光度法測定；Hg、As檢測用雙道原子熒光光譜法檢測定。
2結果與討論
2.1PM2.5~10和PM2.5質量濃度的分析
PM2.5和PM2.5~10樣品的質量濃度變化如圖1所示，PM2.5-10質量濃度范圍為12.3~138.9μg/m3平均值為79.85μg/m3，PM2.5質量濃度的變化范圍為36.6~406.6μg/m3，平均值為222.40μg/m3，超過美國EPA1997年頒布的PM2.5日平均值35μg/m3的6.4倍[13]。由2010年7月-2011年4月采樣的可吸入顆粒物的日平均值可知，烏魯木齊市PM2.5的月平均濃度最高的是2011年1月為406.25μg/m3；最低是2010年9月為36.7μg/m3。PM2.5~10的月平均濃度最高的是2011年1月為138.9μg/m3；最低是2010年9月為12.3μg/m3。由于烏魯木齊市霧天氣集中出現在冬季，從而導致顆粒物濃度較高，特別是由于可吸入顆粒的富集作用，導致1月的濃度最高。烏魯木齊從12月開始進入深冬季節，光照較弱、日照時間短、逆溫出現頻率增大及大氣對流不活躍等不利于空氣中污染物質擴散的因素較多，因此空氣質量維持在嚴重污染的水平。烏魯木齊市的6、7、8月是較典型的夏季季節，溫暖、濕潤雨量充，雨水的沖刷及其他氣象因素使得大多時候的空氣質量較好[14]。
2.2PM2.5~10和PM2.5季節性變化
圖2表示的是不同季節的PM2.5~10、PM2.5的濃度和氣象因素的關系，從圖2中可以看出在冬季濃度較大，這可能是由于在冬季風速低和濕度高于其他的季節（易發生相際反應）；夏季可吸入顆粒物濃度較小，這可能是夏季的溫度高、濕度低、風速較高，粒子干燥。環境對粗顆粒的貢獻比在其他的兩個季節中的要高[1]。
2.3PM2.5和PM2.5~10中重金屬的濃度分布特征
2.3.1采樣期間PM2.5和PM2.5~10中重金屬的總濃度分布特征
圖3給出了PM2.5~10、PM2.5中重金屬在采樣期內的總平均含量。由圖3可知：烏魯木齊市PM2.5~10和PM2.5中7種金屬元素的濃度順序排列為Cr>Pb>Mn>Cu>Ni>As>Hg。Cr、Pb和Mn的含量也較高，平均濃度分別為195.43、120.15、100.03ng/m3和327.57、295.89、145.31ng/m3；Ni、Cu、As和Hg的含量較低，平均濃度分別為57.74、47.96、35.22、0.99ng/m3和59.55、81.88、30.78、2.03ng/m3，而且重金屬在PM2.5中的含量均高于PM2.5~10中的含量，特別Mn、Cr、Pb、Hg、Cu和As。說明對人體危害較大的金屬元素主要富集在小于2.5μm的細顆粒上，即重金屬在細離子中易于富集。
2.3.2采暖期、非采暖期PM2.5和PM2.5~10中重金屬的總濃度分布特征
由表1、2可知，除Ni之外其他重金屬的濃度采暖期均高于非采暖期。
2.4重金屬污染水平的評價
為了進一步了解烏魯木齊市采暖期可吸入顆粒物中重金屬污染水平及其對人體的危害，本研究采用評價沉積物重金屬污染常用的地積累指數法，對重金屬污染進行了評價。Mull污染指數Igeo的數學表達式為：Igeo=log2（Cn/1.5Bn）式中，Cn表示元素n在沉積物中的含量（mg/kg）；本研究中為各重金屬元素在顆粒物中的含量；Bn表示沉積物中該元素的地球化學背景值。這幾種重金屬取其在烏魯木齊市土壤背景平均值，其值分別為Mn688.00、Cr47.40、Ni28.95、Pb11.20、Ni28.95、Cu26.70、Hg0.06、As10.78mg/kg，Fe3.60（百分數）為中國土壤背景平均值[15]。Igeo≤0被列為無污染，0≤Igeo≤1為無污染到中等污染，1≤Igeo≤2為中等污染，2≤Igeo≤3為中等至重污染，3≤Igeo≤4為重污染，4≤Igeo≤5為重污染至嚴重污染，Igeo≥5為嚴重污染[16]。
2.4.1采暖期、非采暖期PM2.5~10中重金屬污染水平的評價
由圖4污染指數可以看出，無論是采暖期還是非采暖期，污染指數的最高點及最高平均值都落在了Pb、Hg上，兩者采暖期的污染指數均高于非采暖期且為嚴重污染；Cr、Ni、As、Cu在非采暖期污染指數分別為5.42、4.64、4.5、4.48，在采暖期分別為5.48和4.06、4.89，4.08為重污染至嚴重污染，其中Cr采暖期及非采暖期的污染指數相當，Ni、Cu在非采暖期的污染指數高于采暖期，而As與Pb、Hg相同采暖期高于非采暖期；Mn的最小為非采暖期時的0.5，在采暖期時的0.90為無污染。
2.4.2采暖期、非采暖期PM2.5中重金屬污染水平的評價
在PM2.5中Hg和Pb的最大值仍出現在采暖期，在非采暖期污染指數分別為6.36和6.44，采暖期分別為8.41和6.61并為嚴重污染；Cr和Ni、As在非采暖期的Igeo值分別為5.31和5.20、4.80，在采暖期分別為4.64和3.62、3.65判斷為重污染至嚴重污染，并且這3種金屬在非采暖期的污染水平高于采暖期；Cu在非采暖期的Igeo值為4.54判定為重污染至嚴重污染，而在采暖期為3.15，為重污染；Mn的污染指數最小，非采暖期為0.15，采暖期為-0.29，無污染（圖5）。
2.5PM2.5~10和PM2.5中重金屬的來源分析
富集因子（EFs）是一個反映人類活動對自然環境擾動程度的重要指標。它是通過樣品中元素的實測值與元素的背景含量進行對比來判斷表生環境介質中元素的人為影響狀況。富集因子計算公式為：EF=（Ci/Cn）樣品（/Ci/Cn）土壤背景式中，Ci表示重金屬元素i的質量百分數（W/W）；Cn表示標準化元素Fe的濃度（W/W）。如果元素富集因子接近于1，可以認為該元素相對于土壤來源基本沒有富集，主要來自于土壤顆粒；如果元素富集因子大于10，則表明元素除土壤來源外還受人類活動影響[17]。由圖6、7可知在PM2.5~10還是PM2.5中不論是采暖期還是非采暖期，除Mn之外，所測金屬的EF值均大于1，均受出土壤之外的外部環境的影響。對于Cr、Ni、Cu、As而言非采暖期和非采暖期的EF值相當，既有相同的污染源；而Pb、Hg采暖期的富集因子遠高于非采暖期，即烏魯木齊市冬季的環境條件有利于2種金屬的富集。
3結論
（1）烏魯木齊市冬季大氣顆粒物PM2.5~10的平均質量濃度超過了國家二級標準的1.07倍，PM2.5污染比較嚴重超過美國EPA1997年頒布的PM2.5日平均值的6.4倍。
（2）重金屬在PM2.5中的含量均高于PM2.5~10中的含量，特別Mn、Cr、Pb、Hg、Cu和As。說明對人體危害較大的金屬元素主要富集在小于2.5μm的細顆粒上，即重金屬在細離子中易于富集。
（3）除Ni之外其他重金屬的濃度采暖期均高于非采暖期。
