（水土保持与荒漠化防治专业论文）淮盐高速公路对沿线大气环境的影响研究.pdf

摘要 本文论述了交通干道沿线大气污染物的研究进展。重点介绍了国内外对公路 大气的污染现状、来源、时空分布规律、影响因素等研究概况以及氮氧化物、二 氧化硫、大气总悬浮颗粒的危害评价；简要叙述了空气中n 0 2 、s 0 2 、t s p 的监 测方法。 于2 0 0 6 年lo 月，2 0 0 7 年4 、7 、9 和1 2 月比较研究了淮盐高速公里沿线大 气中的n 0 2 、s 0 2 、t s p 的浓度及时空变化规律，并对污染现状进行了评价，结 果表明：淮盐高速公路通车对沿线大气环境中s 0 2 和t s p 的影响是较小的，而 对于n 0 2 的影响是较大的，主要污染物为n 0 2 ；沿线大气中污染物s 0 2 和t s p 平均浓度全部达到国家环境空气二级标准，4 月、1 2 月部分路段大气中n 0 2 平 均浓度未达标。 各污染物其日变幅都是较小的，其中t s p 为最小；各污染物在不同月份、 不同样点，其日变化规律会有所不同，主要体现在峰值的数量和出现时间上。不 同月份的大气污染物浓度是不同的，各月份s 0 2 与n 0 2 平均浓度排序为：1 2 月 4 月 9 月 7 月，各月份t s p 平均浓度排序依次为：4 月 l2 月 7 月 9 月。在 道路两侧无障碍物影响且在风速较低的气象条件下，道路下风向的n 0 2 、s 0 2 浓度 随着距路肩距离的增加，其小时浓度在1 0 m 4 0 m 以内逐渐减小，在此距离外保 持稳定。互通区n 0 2 和s 0 2 平均浓度一般要比其它路段大；有林地的s 0 2 平均 浓度和t s p 平均浓度要稍小于其它路段，但差别很小，各路段t s p 平均浓度差 别小。 选择湿度、气温、风速三个气象因子和车流量因子，运用s a s 6 12 统计软件 对其与n 0 2 、s 0 2 、t s p 浓度的相关性做分析，结果表明：车流、气温、湿度是 大气中n 0 2 的主要影响因素，气温和湿度是大气中s 0 2 的主要影响因素，t s p 受湿度影响大。 最后针对淮盐高速公路大气污染状况，为其制定了一系列防治措施。 关键词：高速公路；大气污染：n 0 2 、s 0 2 、t s p ； r e s e a r c h0 na t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t a l i m p a c to fh u a i y a ne x p r e s s w a v 一 - -v ab s t r a c t t h i st h e s i sd e s c r i b e dt h er e s e a r c hp r o g r e s so fa i rp o l l u t a n ta b o v et h et r a n s p o r t a r t e r y t h es t u d yo ft h es o u r c e ，p o l l u t i o na c t u a l i t ys t a t e ，t h el a wo ft e m p o r a la n d s p a t i a lv a r i a t i o n ，t h ei m p a c tf a c t o r so ft h ea i ra b o v et h ee x p r e s s w a ya th o m ea n d a b r o a dw e r ed i s c u s s e de m p h a t i c a l l y ；a n de v a l u a t e dt h eh a r mf r o mn 0 2 ，s 0 2 ，t s p ； a n ds i m p l yi n t r o d u c e dt h em o n i t o r i n gm e t h o d so fn 0 2 、 s 0 2 、 t s p i no r d e rt os t u d yt h el a wo ft e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o no fn 0 2 、 s 0 2 、t s p i nt h ea i ra b o v et h eh u a i y a ne x p r e s s w a y ，a n dt oe v a l u a t et h ep o l l u t i o na c t u a l i t y s t a t e ，t h es a m p l e sw e r ec o l l e c t e df r o mo c t o b e r2 0 0 6t od e c e m b e r2 0 0 7 t h er e s u l t s s h o w s ：t h ei n f l u n c e so fa u t o m o b i l e so ns 0 2 ，t s pi nt h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t w a sl e s s ，b u tt h a to nn 0 2i nt h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tw a sm o r e ，t h em a i o r p o l l u t a n tw a sn 0 2 ；t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fs 0 2 ，t s pi nt h ea i ri na l ls a m p l i n g s i t e sr e a c h e dt h es e c o n d a r ye v a l u a t i o ns t a n d a r do fa i r q u a l i t y ， t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n so fn 0 2c o u l d n tr e a c ht h es t a n d a r di na p r i la n dd e c e m b e r d a i l yv a r i a t i o n so fa l la i rp o l l u t a n t s c o n c e n t r a t i o nw a sl e s s ，a n dt h a t0 _ ft s p w a st h el e a s t ；d a i l yc h a n g er u l eo fa 1 1a i rp o l l u t a n t s c o n c e n t r a t i o nw a sd i f k r e n t m a i n l yi nt h ep e a kv a l u e sa n do c u r r e n c et i m e si ne a c hs a n l p l i n gs i t e i nd i f f e r e n t m o n t h s t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fa i rp o l l u t a n t sw a sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n tm o n t h s ， t h e p e r m u t a t i o n o f s 0 2 ， n 0 2w a s ： d e c e m b e r a p r i l s e p t e m b e r j u l y ， t h e p e r m u t a t i o n o ft s pw a s ： a p r i l d e c e m b e r j u l y s e p t e m b e r t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fn 0 2 、s0 2d o w nw i n di n c r e a s e da l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gd i s t a n c e s t ot h er o a d s h o u l d e r ，w h e nt h ew i n ds p e e dw a sl i t t l ea n dt h e r e sn oo b s t a c l eo b i e c t s a r o u n d ，t h ec o n c e n t r a t i o nm i n i s h e di nt h er a n g ef r o m1om e t r e st o4 0m e t r e sa n d k e p ts t a b l e o u to ft h er a n g e t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f s 0 2 ，n 0 2i n t h e i n t e r c h a n g ew a sl a r g e rt h a nt h a ti nt h eo r d i n a r yr o a ds e c t i o n s ；t h ec o n c e n t r a t i o no f s 0 2 ，t s pi nt h ew o o d l a n dw a si e s st h a nt h eo t h e rr o a ds e c t i o n s b u tt h ed i f 如r e n c e w a sv e r yl i t t l e ，a n dt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no ft s pi nd i f f e r e n tr o a ds e c t i o n sw a s t 0 0 t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y ，w i n ds p e e d ，a u t o m o b i l e sa n dt h e c o n c e n t r a t i o no f s 0 2 ，n 0 2 ， t s pw a s a n a l y s e db y s a s 6 12 ， t h er e s u i t s s h o w s ：a u t o m o b i l e s ，t e m p e r a t u r e ，h u m i d i t yw e r et h em a j o ri m p a c tf a c t o r so nn 0 2i n t h ea i r ，t e m p e r a t u r e ，h u m i d i t yw e r et h em a j o ri m p a c tf a c t o r so ns 0 2 ， h u m i d i t yh a d m u c hi n f l u e n c eo nt s p a tl a s t ，p r e v e t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e sw e r es e td o w ni nt e r m so fp o l l u t i o n a c t u a l i t ys t a t eo fh u a i y a ne x p r e s s w a y k e yw o r d s ：e x p r e s s w a y ，a i rp o l l u t i o n ，n 0 2 、s 0 2 、t s p 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文储( 本人签名川羽畸 z 湃嘲脚 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅。本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密d f ( 请在以上方框内打“” ) 学位论文作者( 本人签名) ：1 司嘈 另妙脾驴易月钿 指导教师( 本人签触咄以 础年月1 6 日 致谢 本文是在导师胡海波教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究内容的 确定以及最后的成文都凝聚着导师的大量心血。导师渊博的知识、严谨的治学 态度、孜孜不倦的敬业精神，以及爱生如子的高尚风格使学生终生难忘，并将 时刻激励我在今后的工作和学习中不断进取和探索，在此谨向导师致以衷心的 谢意l 在论文完成过程中，祝遵凌老师、栾以玲老师等诸位为我的试验安排及论文 完成提供了很大的帮助。2 0 0 5 和2 0 0 7 级研究生张奉元、曹剑、何志峰、王嘉宁、 蒋琰、胡洪亮等同学参与了部分野外试验和采样工作，并在论文的数据处理、 资料检索中给予了热情的帮助，在此一并表示感谢。 藉此论文完成之际，谨向给予我热情指导和帮助的各位老师、同学致以诚挚 的谢意l 最后，感谢所有爱我的家人和朋友对我的支持和鼓励l 作者：周瑞 2 0 0 8 年6 月 1 l l 刖舌 随着我国经济建设的快速发展，我国交通网线和机动车保有量也快速增加。 中国作为发展中国家，目前汽车保有量相对于全世界现有的5 8 亿辆的庞大数字 而言还很小，但是由于国内汽车的质量不高，汽车维护保养差，老旧车辆多，致 使国产汽车单车的尾气排放量比国外同类型车在同样工况下高出10 15 倍；再加 上我国城市道路面积相对于国外又比较小，使得道路车辆密度大，车辆行驶速度 低，因此城市中汽车排放的尾气积聚量大，其中有害气体已经形成了严重的环境 污染。 据报道，大气污染物中，6 0 7 0 是车辆的排放物，由交通机动车营运 引起的大气污染主要是气态污染物，其主要成分为：c o 、n 0 2 、s 0 2 、碳氢化合 物、苯并芘、固体颗粒物等【z j 。 这些污染物严重危害着人们的健康、植物的生长和动物的生存。同时，大 气污染还会加剧有害物质的协同作用，使污染愈加严重。c o 是一种血液神经毒 物，影响人体的心血管系统和神经系统，n o 在水中溶解度低，不易为上呼吸道 吸收，容易深人下呼吸道和肺部，从而引发细小支气管充血水肿及炎性改变， n o 还能使儿童易患感冒和角膜炎。碳氢化合物属于未燃烃，组成变化大，成分 也很复杂。碳氢化合物中的醛类对人的鼻、眼和呼吸道有刺激作用，多环芳香烃 还是一种强致癌物质。大气颗粒物易引起呼吸道疾病。 有资料显示，2 0 0 5 年我国汽车保有量达到3 3 5 6 万辆，而另据国务院发展研究 中心估计，中国汽车产业将会保持2 0 3 0 年的快速增长，2 0 1 0 年达到5 6 6 9 万辆， 2 0 2 0 年将高达1 31 0 3 万辆i 引。如不及时制定防治措施并付诸实施，中国的交通污 染势必更加严重，大气环境将进一步恶化。 淮盐高速公路沿线附近地区多为平原，植被丰富，生态环境良好；通车以来， 车流量不断增加，汽车尾气排放势必影响到周围的生态环境。本文主要研究淮盐 高速公路沿线大气污染现状、主要大气污染物质量浓度的时空分布及其与气象条 件的关系，判明污染源并制定切实可行的防治措施，为改善高速公路沿线大气环 境提供理论依据。 1 1 引言 第一章交通干道沿线污染物研究进展 交通污染包括废气排放、噪声和振动三方面。相对而言，废气排放问题比较 突出。就世界范围来说，很多国家的空气污染主要是交通尾气污染。尾气污染物 主要成分为：c o 、n 0 2 、s 0 2 、碳氢化合物、苯并芘、固体颗粒物等，它们对于 人类健康、生态环境都有危害。目前国内外对城市大气污染研究较多，而对非城 市大气污染研究相对较少，对于交通污染研究主要集中在大气污染输送、扩散、 迁移和转化规律方面的研究，各类大气污染模式的计算，大气污染的主要影响因 素及污染防治等方面。本章将重点介绍公路大气污染的现状、来源、时空分布规 律、影响因子、危害及防治措施；简要叙述植物、湿地对大气污染的净化作用及 几种大气污染物的监测方法。 1 2 公路大气污染现状及来源分析 我国机动车拥有量逐年增加，使一些大中城市的空气污染逐步由煤烟型转向 汽车型。汽车源污染的严重性正在同益增加，中国国产新出厂汽车单车排放污染 程度，同美国、西欧、日本等国家同类汽车相比，约高几倍，有些车辆由于维修 保养不善，排气污染更为严重。汽车污染对大气污染所占的比重、特别是大城市 正在发生结构性变化。如北京市机动车尾气排放对大气污染物中c o 、n o 、碳氢 化合物的分担率分别为6 3 4 、4 6 和7 3 5 。上海市中心地区机动车尾气排放对 大气污染物中c o 、n o 碳氢化合物的分担率分别为8 6 、5 6 和9 6 ，广州、天 津、重庆等许多大中城市也出现类似情况1 4 j 。机动车尾气污染物c o 、n o 碳氢化 合物等己成为我国大气污染的主要污染源。2 0 0 5 年全国s 0 2 排放总量达2 5 4 9 万t ， 居世界第一，比2 0 0 0 年增加了2 7 。酸雨频率大于4 0 的城市比例由2 0 0 0 年的 5 2 上升至2 0 0 5 年的6 3 9 1 5 j 。据对2 0 0 5 年全国5 2 2 个城市空气质量监测结果分 析，达到国家环境空气质量一级标准的仅有2 2 个城市，占统计城市数的4 2 ；达 到二级标准的有2 9 3 个城市，占统计城市数的5 6 9 ；处于中度或重度污染的有2 0 7 个城市，占统计城市数的3 9 7 。从环境变化的趋势看，大气污染向上升化方向 发展。据国家环保总局报道，2 0 0 5 年我国机动车尾气排放在城市大气污染中的分 担率将继续提高，可达到7 9 左右，最为严重的是那些人口超过2 0 0 万的特大城 市1 6 1 。 目前，以重庆市为代表的许多大城市都在推行以清洁能源为主的蓝天工程计 2 划。重庆市环保局公布的材料显示：在重庆市主城区道路机动车行驶构成比例中， 出租车、公交车所占的比率合计达到4 8 1 。根据重庆市科委和重庆c n g ( 压 缩天然气汽车) 行业协会公布的资料显示，到2 0 0 4 年上半年主城区8 0 以上的 出租车和所有公交车已改为燃气。在未来几年内重庆市将实现全部出租车和公交 车的油改气工程。这些机动车实行“油改气”后，尾气污染明显降低，n 0 2 的排 放量明显减少。另外，在北京和上海等经济较发达的城市将执行更为严格的机动 车尾气排放标准，随着这些标准的实施，许多机动车尾气污染将得到有效的控制 和治理。 随着公路建设的发展，我国机动车保有量将有一定程度的增加，许多公路 干线上车流量也会增加，但是，如果“油改气”工程和机动车尾气控制等治理措 施能够得到实施，公路交通沿线的n 0 2 污染程度将会有所减轻1 7 j 。 大气污染物的来源分为自然源和人为源。自然源在全球范围分布均匀，且大 部分是大尺度的面源：人为源数量少。自然源主要包括海洋、土壤和生物圈以及 火山等。人为源则主要是化石燃料( 煤和石油等) 的燃烧和工业生产过程。大气 污染主要来源于人类生活及生产活动。大气的人为污染源主要有三种： ( 1 1 生活污染源 人们由于日常生活上的需要，如炉灶、锅炉等燃烧化石燃料，而向大气排放 的有大气颗粒物和二氧化硫。其次是氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳和多环芳烃 等，具有量大、分布广、排放高度低等特点，其危害性不容忽视。 ( 2 ) 工业污染源 包括火力发电厂、钢铁厂、水泥厂和化工厂等耗能较多企业燃料燃烧排放的 污染物，各生产过程中的排放的气以及各种矿物和金属粉尘。 ( 3 ) 交通运输污染源 由飞机、船舶、汽车等交通工具排放的尾气。在一些发达国家，汽车排放气 己构成大气污染的主要污染源，主要成分为：c o 、n 0 2 、s 0 2 、碳氢化合物、苯 并芘、固体颗粒物等【6 j 。 高速公路沿线大气中的污染物排放源主要是人为的，根据人为源产生污染物 的途径又分为固定源和流动源。流动源即奔驰在路上的机动车，它们是造成空气 中污染的主要因素；另外，公路沿线多服务区，附近还有居民区、工业区等，工 业废气与炉灶排气也会污染公路沿线大气环境【8 】。严格控制污染源排放是防治公 路沿线大气污染的根本措施。 杨丽萍等【9 】运用因子分析法，研究了兰州市大气降尘的污染来源及各源所占 的比例，结果表明4 种污染源是大气降尘的主要来源，按贡献率大小依次为：燃 煤4 1 0 4 、风沙扬尘2 2 9 7 、汽车尾气1 8 6 7 、建材1 2 8 4 ，其他约4 4 8 。 1 3 公路大气污染物时空变化规律 1 3 1 季节变化 国内外对非城市地区大气污染的研究较少【l m l 3 】，而对城市大气污染进行了许 多观测研究【1 4 - 1 6 j ，大气污染在很多地区都会呈现出季节变化趋势。有研究表明， 一般来说，冬春季污染气体浓度要大于夏秋两季；各地域之间，由于气候及污染 源的变化又稍有差别。冬春两季，近地面形成逆温，抑制对流发展，风速小，不 利于污染物扩散，污染质量浓度较大；而在夏秋两季，气温高，容易形成对流和 降水，从而有利于污染物的扩散和清除，空气质量较好。周以富在泸州市城市空 气污染物的变化规律与特征研究中对泸州市各季污染物浓度进行了比较分析，结 果表明：全年春、冬季的污染程度较高，夏秋季稍低【1 7 】。空气中总悬浮颗粒t s p 污染程度随季节变化也有明显差别，冬季污染最严重，夏季最轻，春秋季次之【l 引。 1 3 2 梯度变化 一般说来，在周围地势平坦，风速较小，无其它污染源的情况下，高速公路 两侧，随距离增大，污染物浓度呈递减变化。李震宇、许强的实测数据表明，高 速公路两侧的n o x 浓度取决于距离、车流量和天气条件，距离越远浓度越低， 车流量较少时浓度较低，高速公路两侧的n o x 浓度递减规律明显，用三次多项 式方程作回归拟合，相关性极显著，递减过程符合一级指数衰减规律【19 1 。 1 3 3 日变化 大气污染的日变化其实是其影响因子日变化影响的结果，包括气象因子、车 流量因子、工业废气、居民炉灶排放等，这些因素在一天内发生变动。不同地区、 不同季节的这些因子的日变化也是有差异的，因此要确定大气污染的日变化，必 须要依据当地的环境条件及所处季节来确定2 0 圳】。 1 4 公路大气污染影响因素 大气污染物，无论是颗粒状污染物或是气态状污染物，都能够在大气中扩散， 其污染范围广，也就是说大气污染具有区域性和整体性的特征。正因为如此，大 气污染的程度与该地区的自然条件、能源构成、工业结构和布局、交通状况以及 人口密度等多种因素有关【2 2 1 。 4 1 4 1 车流、地形、地貌 马玉琴、李文菲【2 3 】的研究表明，车流量是道路大气污染的重要影响因素， 地形复杂地区如街道，在静风或小风条件下，建筑物对街路机动车排放污染物的 屏障作用较明显，在高大建筑物的影响下，距街路1 0 0 m 以外的校区空气环境明 显好于交通道路的空气环境。但在大风天气条件下，街道两侧高大建筑物较高时， 街道内机动车污染物的扩散较复杂，风速和风向对街道内涡流影响较大，街道峡 谷内某一特定受体点处的浓度对风速、风向较敏感，机动车排放污染物随距离变 化规律不尽相同。由于街道峡谷内涡流的存在，街道内路中心与路边环境的污染 物浓度差异较小。 1 4 2 气象因子 气象要素在我们的生活中无处不在，大气污染的发生和特定的气象要素有着 密切的关系。所谓气象要素，是指表明某一地点在某一时间天气状况的气象变量 与现象，如空气温度、空气、湿度、气压、风、云、雾、雷电及降水现象等。 ( 1 ) 风与大气污染 首先，风对大气污染起到扩散和稀释作用。一般来说，污染物在大气中的浓 度与污染物的总排放量成正比，而与平均风速成反比，若风速增加一倍，则在下 风向污染物的浓度将减少一半。这是因为在单位时间内通过烟团断面的空气量增 多，从而增大了大气湍流扩散稀释作用的结果。在实际生活中，人们会感到风速 时大时小，具有阵性，并在主导风向上也会出现上下左右无规则的阵性搅动，风 的这种无规则的阵性和摆动，称之为大气湍流。由于湍流运动，气体各部分会得 到更加迅速、充分的混合。这样进入大气的污染物，由于湍流混合的作用，使污 染物逐渐分散稀释，可以说湍流运动对大气污染的扩散起到了主要作用。 其次，风对大气污染物起着输送作用，从而又扩大了大气污染的范围。大气 中的污染物质经过湍流运动的混合，在风的作用下，就会随着大气做水平运动。 风把污染物从它的源地输送到污染源的下风向。一般来说，在污染企业的下风向， 经常会受到严重的污染，化工厂、水泥厂、酿造厂等一些污染企业的周围，气体 污染的危害成了影响附近居民生活工作的一个主要因素。另外，我国近几年的每 年春季，沙尘暴频频出现，成了每年我国影响范围较广的灾害性天气之一。频繁 出现的沙尘暴就是由于强劲的西北风的输送作用，把从西北沙漠地带带来的沙尘 输送到广大的华北地区，有时甚至影响到长江流域，成了我国春季最主要的灾害 天气。 风和大气湍流对大气污染的影响是显著的。但需要说明的是，静风状态也会 影响大气污染。伦敦烟雾事件就在无风的情况下，致使大气污染难以扩散而形成 【2 4 1 。 5 ( 2 ) 逆温与大气污染 在贴近地面的低层大气中，气温垂直变化要复杂得多。当冷空气入侵某地时， 近地层空气温度就会很低，这样便容易出现气温随高度增加而升高的现象，导致 空气“脚重头轻”，气象学上称这种现象为“逆温”，逆温的形成有其特殊的气象 条件，对大气污染也有着较深刻的影响。一般来说，我国冬季常会出现逆温天气。 对城市而言，由逆温造成空气污染的高峰时间一般在清晨日出前后或傍晚以后。 在日落后的夜晚，地面温度降低，近地面的空气温度也随之降低。原来对流层大 气的气温是随高度的增加而减少的情况发生变化：在最贴近地面的大气层中，大 气的温度随着高度升高反而增加，也就是说气温产生逆转，在这个转折点处就形 成一个温度逆转的层，即逆温层。这时逆温层的上部不稳定，下部稳定，逆温层 下的烟雾、悬浮杂质等，往往不容易穿过逆温层向上扩散，此时大气污染物就会 因“无路可走”，只好向下蔓延。这是因为逆温层像一个大盖子一样笼罩着大地， 阻止地面气流上升运动，使污染物停滞积累在地面上，加剧大气污染的程度。同 时，逆温层出现时风速一般都很小，大多是静风，也导致空气污染物难以稀释扩 散。因此，逆温层越厚，维持时间越长，空气污染越严重【2 川。 ( 3 ) 气压与大气污染 一个地区的大气环境往往是在一定的气压系统控制之下。低气压控制的天 气，由于气流上升，风速较大，天气处于中性或不稳定状态，有利于大气污染的 稀释扩散。在高压控制的天气下，因有大范围的空气下沉运动，往往在几百米至 一、二千米的高度上形成下沉逆温，将排出的烟气压制得不能抬升，甚至自烟囱 排出口逆吹向地面，由于高压控制伴随而来的小风速和稳定层结，很不利于污染 物的稀释扩散。如果所处的位置地形封闭，只要有足够的污染物排放，就会出现 污染危害。伦敦烟雾事件的出现，就是因为有停滞的反气旋控制，有较强的下沉 气流，形成下沉逆温，加上地面辐射冷却较强，近地面又生成辐射逆温，从而形 成一个从下到上的强逆温层，逆温下的水汽接近饱和，有利于雾的生成，这种大 雾和硫酸烟雾混成一体，当这种高压天气连续出现多天，污染物弥漫的时间越长 时，产生的危害性就越大。 另外，气温、湿度、降水等气象因素也会对大气污染物扩散产生影响。气温 越高或者风速越大，气体污染物容易扩散，交通沿线的n 0 2 浓度就会降低。宁 海文、吴息【2 6 】在西安市区大气污染时空变化特征中对2 0 0 1 2 0 0 3 年3 a 空气污 染物月平均质量浓度与同月气压等地面气象要素进行了相关分析，结果表明：大 气主要污染物月、日平均值质量浓度与气压成正相关，与气温、水汽压、降水量 呈显著负相关。近地面悬浮物的污染程度与逆温强弱有关，与气温呈负相关，与 气压呈正相关，与相对湿度呈负相关。陈克军、赵德志、张兰军【7j 通过对重庆市 3 个收费站n 0 2 浓度的分析指出，天气条件对交通沿线污染物的扩散有影响。气 温越高气体污染物容易扩散，交通沿线的n 0 2 浓度就会降低，但是收费亭内受此 6 影响则比较小。二氧化硫、二氧化氮均易溶于水，与水发生化学反应，因此阴天 二氧化硫、二氧化氮浓度低于晴天1 2 。 由此看来，气象、地形、车流量等因素与大气污染有着密切的关系，而但这 些要素往往是难以控制的，因此我们在经济发展的同时，要结合当地的实际状况， 充分利用这些因素对大气污染的有利作用，尽量避开其不利的影响，从而达到控 制大气污染的目的。 1 5 空气环境中主要污染物监测方法研究 在大气污染监测中，目前常规的方法是分光光度法和气相色谱法。为获得准 确和具有可比性的监测结果，监测方法应尽量统一和规范化。我国根据国际标准 化组织( i s o ) 推荐的方法，结合现有国情，于1 9 9 0 年出版了空气和废气监测方 法一书，提出了8 0 个监测项目，15 0 多种监测方法，并将这些方法分为国标、 推荐和试行三类，是我国目前进行大气污染监测的统一方法。 大气污染物的时空分布及其浓度与污染物排放源的分布、排放量及地形、地 貌、气象等条件密切相关。同一污染源对同一地点在不同时间所造成的地面空气 污染浓度往往相差数倍至数十倍；同一时间不同地点也相差甚大。采样时应注意 选择适当时间和合适的采样点，使结果更具代表性。采样前先进行污染源调查、 主导风向调查、人群调查、已有监测资料调查，然后根据研究需要合理布设采样 点，确定采样频率、采样时间。现行常用采样方法有直接采样法和富集采样法两 种，直接采样法适用于大气中被测组分浓度较高或监测方法灵敏度高的情况，这 时不必浓缩，只需用仪器直接采集少量样品进行分析测定即可。此法测得的结果 为瞬时浓度或短时间内的平均浓度。富集采样法适用于大气中污染物质浓度较低 的情况，采样时间一般较长，测得结果可代表采样时段的平均浓度，更能反映大 气污染的真实情况。具体采样方法包括溶液吸收法、固体阻留法、液体冷凝法、 自然积集法等。 1 5 1 二氧化硫的测定 s 0 2 是大气主要污染物之一，为大气环境污染例行监测的必测项目。它主要 来源于煤和石油等燃料的燃烧，含硫矿石的冶炼，硫酸等化工产品生产排放的废 气。它是一种无色，易溶于水，有刺激性气味的气体，能通过呼吸进入气管，对 局部组织产生刺激和腐蚀作用，是诱发支气管炎等疾病的原因之一。 常用测定二氧化硫的方法有：分光光度法、紫外荧光法、电导法、库仑滴定 法、火焰光度法【2 8 】等。国家制定了两个标准方法，一是g b t 8 9 7 0 19 8 8 四氯汞 盐盐酸副玫瑰苯胺比色法，另一是g b t 15 2 6 2 9 4 甲醛吸收副玫瑰苯胺比色法。 7 四氯汞盐一盐酸副玫瑰苯胺比色法，该方法是国内广泛采用的测定环境空气 中s 0 2 的方法，具有灵敏度高、选择性好等优点，最低检出浓度为0 4 p g 5 m l 。 甲醛一盐酸副玫瑰苯胺分光光度法与四氯汞盐一盐酸副玫瑰苯胺比色法的精密度、 准确度、选择性相近，但甲醛法避免了使用毒性大的含汞吸收液，目前多被采用。 定位电解法简便、快速、重复性好，能进行连续观测，并且可与计算机联机进行 数据处理与传输。 1 5 2 氮氧化物的测定 氮的氧化物有n o 、n 0 2 、n 2 0 3 、n 2 0 4 和n 2 0 5 等多种形式。大气中的氮氧 化物主要以n o 和n 0 2 形式存在。它们主要来源于石化燃料高温燃烧和硝酸、化 肥等生产排放的废气，以及汽车排气。n o 为无色、无臭、微溶于水的气体，在 大气中易被氧化为n 0 2 。n 0 2 为棕红色气体，具有强刺激性臭味，是引起支气管 炎等呼吸道疾病的有害物质。大气中的n o 和n 0 2 可以分别测定，也可以测 定二者的总量。由于空气中氮氧化物的浓度不同，所处的状态也不同，国家制定 了三个测定氮氧化物的标准。g b 8 9 6 9 8 8 中氮氧化物的测定使用盐酸萘乙二胺 比色法( 空气质量标准) ，该方法采样和显色同时进行，操作简便，灵敏度高： g b t 13 9 6 0 6 9 2 氮氧化物的测定，用于火炸药生产过程中排出的硝酸尾气中的 n o 、n 0 2 ；g b t 15 4 3 6 1 9 9 5 氮氧化物的测定，s a l t z m a n 法，用于测定环境空气 中的n o x 。 实际工作中，常用的测定方法有盐酸萘乙二胺分光光度法、化学发光法及恒 电流库仑滴定法【2 引。盐酸萘乙二胺分光光度法采样和显色同时进行，操作简便， 灵敏度高，是国内外普遍采用的方法，可分别测定n o 、n 0 2 、和n o x 总量。化 学发光法灵敏度高，可达p p b 级，甚至更低；选择性好；线性范围宽，通常可达 5 6 个数量级。 1 5 3 大气总悬浮颗粒t s p 的测定 目前，测定空气中t s p 含量广泛采用重量法【28 1 ，其原理基于：以恒速抽取 定量体积的空气，使之通过采样器中己恒重的滤膜，则t s p 被截留在滤膜上， 根据采样前后滤膜重量之差及采样体积来计算总悬浮颗粒的质量浓度，滤膜经处 理后可进行组分分析。 1 6 大气污染对人体及植被的影响 随着工业及交通运输等事业的迅速发展，特别是煤和石油的大量使用，将产 生的大量有害物质和烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等排放 到大气中，当其浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后，就会改变大气 特别是空气的正常组成，破坏自然的物理、化学和生态平衡体系，从而危害人们 的生活、工作和健康，损害自然资源及财产、器物等。 大气污染对人体健康的危害可分为急性作用和慢性作用。急性作用1 2 州是指 人体受到污染的空气侵袭后，在短时间内即表现出不适或中毒症状的现象。历史 上曾经发生过数起急性危害事件，例如伦敦烟雾事件，造成空气中二氧化硫竟然 高达3 5 m g m 3 ，总悬浮颗粒物达4 5 m g m 3 ，一周雾期内伦敦地区死亡4 7 0 3 人；洛 杉矶光化学烟雾事件是由于空气中碳氢化合物和氮氧化物急剧增加，手强烈阳光 照射，发生一系列光化学反应，形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯( p a n ) 和醛类等强氧 化剂烟雾造成的，致使许多人喉头发炎，鼻、眼受刺激红肿，并有不同程度的头 痛【3 0 】。慢性作用【3 0 】是指人体在低污染物浓度的空气长期作用下产生的慢性危害。 这种危害往往不易引人注意，而目难于鉴别，其危害途径是污染物与呼吸道粘膜 接触；主要症状是眼、鼻粘膜刺激、慢性支气管炎、哮喘、肺癌及因生理机能障 碍而加重高血压心脏病的病情。 大气污染对动物的危害与对人体的危害情况相似。对植物的危害可分为急 性、慢性和不可见三种。急性危害可导致作物产量显著降低，甚至枯死，常根据 受害初期叶片上出现变色斑来判断慢性危害会影响植物的正常发育，但大多数症 状不明显，难以判断。不可见危害只造成植物生理上的障碍，使植物的生长在一 定程度上受到抑制，但外观上一般看不出症状。 1 6 1 氮氧化物 引起的环境问题和对人体健康的危害主要有以下几方面：一是n o x 对人体 的致毒作用，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病。二是n o x 对植物的损害。三是n o x 是形成酸雨、酸雾的主要污染物。四是n o x 与碳氢化 合物可形成光化学烟雾。五是n o x 参与臭氧层的破坏。 氮氧化物对呼吸器官有刺激作用是由于其较难溶于水，通过呼吸道进入深部 细支气管及肺泡，缓慢溶于肺泡表面的水分中后形成亚硝酸、硝酸，对肺组织产 生强烈的刺激及腐蚀作用，从而引起肺水肿；同时，亚硝酸盐进入血液后，与血 红蛋白结合生成高铁血红蛋白，继而引起组织缺氧p 。 1 9 4 6 年秋冬季节，驻扎在日本横滨地区的一些美国军人及其家属，早晨起床 后出现猛烈咳嗽、气喘和呼吸困难等症状，经研究确认是氮氧化物污染空气造成， 被称为横滨哮喘病。一般情况下，空气中二氧化氮2 4 h 的平均浓度达到0 1 2 3 m g m 3 以上，人体健康就会受到危害，而世界上许多大城市的二氧化氮浓度都超过这一 数值。19 2 9 年5 月15 日，克里夫兰的克里尔医院发生了一场火灾，共有1 2 4 人死亡， 死亡的原因就是由于含有硝化纤维的感光胶片着火而产生大量的二氧化氮所致。 另外，二氧化氮还是一种腐蚀剂，它与空气中的碳氢化合物在阳光的作用下形成 光化学烟雾，危害更大。一氧化氮对人体的损害主要表现在高铁血红蛋白症和中 9 枢神经系统方面。 1 6 2 二氧化硫 单纯的s 0 2 气体在志愿者身上可引起气道狭窄，但在环境中它都是和其他污 染物同时存在而危害人体健康的。s 0 2 进入大气后，造成局部地区大气中的二氧 化硫富集，在水凝结过程中溶解与水生成亚硫酸，然后经氧气的催化作用生成硫 酸，随雨水降下，形成酸雨，酸雨的危害很大：流进眼睛会引发结膜炎，造成酸 痛；严重侵蚀碳酸岩石料建筑，如大理石质雕塑，建筑外壁等；使大片森林死亡， 农作物减产，品质变差；汇入河湖，会使鱼虾大量死亡，使水产养殖面临灭顶之 灾f 3 2 】。 1 6 3 大气颗粒物 气溶胶、飘尘等空气颗粒物是我国城市空气中的主要污染物之一。据统计， 地球上每年颗粒物的生成量，仅粒径在10 u m 以下的约为几十亿吨。更多的证据 表明按粒径分类的大气颗粒物及其与健康效应的研究是目前与未来研究的焦点。 颗粒物对人类健康构成了主要威胁，其消极影响主要归咎于直径小于l0 m 可以 直接吸入肺中的颗粒物质，这些颗粒物可以携带有毒金属和包括病毒和细菌在内 的其它污染物【33 1 。19 7 8 年美国许多著名学者指出，空气动力学尺度直径大于 1 0 “m 的粒子，基本上被阻止于人的鼻腔和咽喉；粒径在2 10 m 之间的，9 0 可被吸入并沉积于呼吸道，10 可达肺部并沉积于肺部；粒径小于2 u m 的粒子 1 0 0 可被吸入肺部，其中0 3 2 m 的全部沉积到肺中p 引。空气颗粒物中空气动 力学尺度直径大于10 m 的尘粒，绝大部分滞留于人的鼻腔和咽喉：2 10 “m 的 尘粒大部分滞留于上呼吸道：小于2 “m 的尘粒在人体肺部的滞留率随着粒径的 减小而增加，其中粒径小于0 1u m 的尘粒一部分随呼吸排出体外，其余附着于支 气管壁【3 5 】。也有专家指出【3 6 】导致矽肺的病因为粒径2 p m 以下的粉尘。空气颗粒 物对人体健康的危害也因化学组分不同而异。如当人们长期吸入高浓度二氧化硅 的尘粒，硅肺的发病率明显增加。长期生活在含一定浓度的汞、铝、砷、长期生 活在含一定浓度的汞、铝、砷、被、铬、铭和其它游离硅灰的空气中，可引起慢 性中毒，有的产生纤维肺、硅肺甚至恶性肿瘤。 近年来，对大气污染与健康关系的认识日新月异，但目前的科学研究成果还 远远满足不了各国政府环境健康决策以及与大众进行环境健康风险交流的需求， 还有很多科学问题需要解决，许多研究工作亟待开展。 1 0 1 7 森林对污染物净化作用 大气污染已经成为城市的一个主要环境问题。随着经济的高速发展和工业化 进程的加快，对石油、天然气等能源的需求不断增大，导致近地高空大气s 0 2 、 n o x 和悬浮颗粒物等污染成分的浓度不断升高，从而威胁人类健康，损害动植物 类群【37 1 。 绿化树木是城市森林绿地系统的重要组成部分，具有显著的环境效应和生态 效应。研究表明，城市森林可以通过吸滞粉尘和有害气体，以及木本植物的能力 来改善空气质量【3 引。2 0 世纪7 0 年代就已经开始，国外提出了森林植被是颗粒态 污染物蓄积库的说法，它们的研究重点集中于树木滞纳放射性颗粒物和痕量金属 污染物方面。美国环境保护局在19 7 6 年就制定了一个典型示范的计划，利用城 市木本植物的能力来改善空气质量【3 引。自2 0 世纪9 0 年代以来，我国也有一些 学者进行树木滞尘方面的研究，如赵勇等【3 9 】研究了城市绿地滞尘效应，结果表 明乔木树种占滞尘总量的8 7 o ，灌木占1 1 3 ，草坪占1 7 ，说明对空气中 灰尘的净化植物主要是乔木。美国芝加哥的库克和杜佩齐市区在1 9 9 1 年夏，城市 森林平均每天吸收c 0 2 1 2 0 0 t 、s 0 2 3 7 t 、n 0 2 4 2 t 、0 3 1 0 8 t ，直径 4 月 9 月 7 月。4 月与1 2 月，s 0 2 与n 0 2 的分指数和明显要大于7 月与9 月的分指数和，分析其 原因主要是4 月与1 2 月正好处于冬春季，近地逆温出现的频率高，混合层高度 较夏季低，稳定的大气不利于大气污染物的扩散。7 、9 月份处于夏秋季，夏季 由于气温高，对流形成和加强，降水多，从而有利于污染物的扩散和清除；而秋 季，天气比较为平稳，秋高气爽，也较有利于污染物的扩散。t s p 4 月的分指数 和要明显大于其他月份，这主要是由于4 月份处于春季，气候干旱，地面容易起 尘所致。 5 o o 4 o o 籁3 0 0 姐 求2 o o 1 0 0 0 口2 0 0 7 年4 月 s 0 2 分指数和n 0 2 分指数和t s p 分指数和综合指数 图3 1 不同月份污染物分指数 f i g3 lp o l l u t a n ti n d e x e si nd i f f e r e n tm o n t h s 从图3 2 中看以看到，盐城南与车桥采样点的s 0 2 与n 0 2 分指数和要大于射 阳湖采样点，但三个采样点的t s p 分指数和基本持平，分析原因主要是射阳湖 采样点由于靠近射阳湖，空气湿度较一般地区要大，湿度大对于污染物具有一定 的溶解作用；