雾霾天气形成机理对人体健康影响和危害.doc

雾霾天气形成机理对人体健康影响和危害 石家庄经济学院 赵素芬摘 要：近年来随着经济的发展和城市化进程的不断加快,以城市为中心的大气污染问题日趋严重,成为制约城市可持续发展的关键因素。人体在浓雾及大气污染的环境中进行工作时,随着吸入体内污染物数量的增多,便会出现胸痛、胸闷、恶心等短期症状和呼吸系统功能下降以及病变等长期症状。对人体的健康造成诸多不利的影响。通过建立雾霾天气应急预警机制、加强对工业废气和汽车尾气等的控制治理等措施，从事为人类提供一个适宜居住的生活环境，改善人类赖以生存的地球家园。关键词：雾霾；健康；人体机能Abstract: in recent years, with the development of economy and the accelerating process of city, the air pollution problem in the city center is becoming more and more serious, has become the key factor restricting the sustainable development of the city. Human work in fog and air pollution in the environment, with the inhalation of in vivo increased the amount of pollutants, there will be chest pain, chest tightness, nausea and other short-term symptoms and respiratory function decline and long-term symptoms of disease. Cause many adverse effects on human health. Through the establishment of haze weather emergency early warning mechanism, strengthening the control measures of industrial emissions and automobile exhaust, engaged in providing a suitable living environment for human, to improve human life on earth to their homes.Keywords: haze；health；fuction of human body前言大气污染物是由单相或二相颗粒物和气态污染物组成的混合物，目前把人群健康效应特异地归因于某种污染物还有难度。大气颗粒物来源多、地区特性强，是大气中化学组成最复杂、危害最大的污染物之一。大气颗粒物污染造成的公共健康风险一直受到各国政府和公众的关注。世界卫生组织( WHO) 、美国环保局( USEPA) 和欧盟( EU) 等机构在评价大气污染健康危害时均选择颗粒物作为代表性大气污染物。WHO 报告指出不论是发达国家还是发展中国家，大气颗粒物及其对公众健康影响的证据都是一致的，即目前城市人群所暴露的颗粒物浓度水平，会对健康产生有害效应。从我国历年的环境公告来看，颗粒物一直是影响城市空气质量的首要污染物，主要来源包括燃煤源、机动车尾气、土壤风沙尘、建筑尘、冶炼尘、城市扬尘和二次颗粒物等，受体模型是目前主要的环境空气颗粒物定量来源解析方法。机动车尾气和燃煤等污染源排放颗粒物化学成分复杂，被认为具有相对较大的健康危害。一、雾霾的基本概念所谓灰霾天气,就是指由于空气中含有的氮氧化物、颗粒物的总量过大,导致空气能见度偏低,大气中出现浑浊。霾的本质则是“细粒子污染”,形成的主要原因则是工业废气,汽车尾气中的污染物质经过一系列化学反应,造成二次污染,散播到大气中的尘埃、硫酸颗粒、硝酸颗粒、有机碳氢化合物等粒子悬浮在空中,从而使大气变得混浊,造成人们视野模糊【1】,能见度偏差,如果水平能见度小于10000m时,将这种粒子物组成的气溶胶系统造成的视觉障碍称为霾(haze)或灰霾。二、雾霾的具体分类及对环境的危害雾霾的具体种类包括PM10和PM2.5，二者都对环境造成了很大的危害，具体危害如下：（一）PM10对环境的影响大气颗粒物虽然在地球大气成分中含量很少,但对环境的危害极大。轻者造成建筑物表面受到污染,影响市容,重者对能见度、温度等均产生重要影响。1.PM10对能见度的影响20 世纪 70年代以来，环保部门一直都关注着大气颗粒物对能见度的影响。尽管它在大气中只占很少的一部分，但颗粒物对城市大气光学性质的影响可达99%。研究表明，PM10的性质与能见度的降低密切相关 。能见度的降低主要是由于气体分子与颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信号，并由于散射作用减小了目标物与天空背景之间的对比度而造成的。1.1对光的散射效应。能见度降低的最主要因素是光的散射，60%95%的能见度减弱都是颗粒物的散射造成的。 空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距（极限能见度）为 100300km（具体数值与光的波长有关）。 但是由于大气中颗粒物的存在，造成的能见度一般远远低于这一数值：在极干净的大气中的能见度才可以达到 30km 以上；在城市污染大气中能见度大约在5km左右甚至更低；甚至在浓雾中能见度只有几米。在大气气溶胶中，最主要是粒径为 0.1m1.0m 的颗粒物通过光的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度【2】。1.2 对光的吸收效应能见度降低的第二大因是PM10对光的吸收效应，PM10对光的吸收几乎全部都是由炭黑（也称元素碳）和含有炭黑的颗粒引起的。每年，世界上排放的炭黑仅占全部颗粒物排放量的 0.2%1.0%。但是，它们的消光效应是不可忽视的，因为煤烟的总消光系数是透明颗粒的23 倍，所以大气中含有少量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多。这些光吸收颗粒物甚至会使某些地方的能见度降低一半以上，严重者还可形成烟雾而使城市呈褐色。1.3 PM10对温度的影响大量颗粒物的存在直接阻挡太阳光抵达地球表面，造成可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，从而使地面温度降低，高空的温度增高。特别是直径在 0.10.5m 的颗粒，通过散射与吸收太阳与地球辐射在大气能量平衡中起着重要作用。大量资料表明，当 PM10 浓度达到100g/m时，到达地球表面的紫外线就会减少 7.5%；当 PM10 为600g/m时，到达地面的紫外线就会减少 42.7%；当PM10 为 1000g/m时，到达地面的紫外线减少60%。Rasool 等估计，全球本底不透明度至少会增加四倍，这样就会使全球温度降低 3.5 摄氏度之多，这么大的降温幅度如维持若干年，相信足以引起一个冰河期【3】。（二）PM2.5对环境的影响 2.1PM2.5的来源PM2.5主要包括有机碳、碳黑、粉尘、硫酸铵(亚硫酸铵)、硝酸铵等五类的化学成分。有机碳、碳黑和粉尘等原生颗粒物被称为一次颗粒物。亚硫酸铵、硝酸铵等，是由人类活动排放或自然产生的二氧化硫和二氧化氮等，在大气中经过光化学反应形成的二次污染物，所以被称为二次颗粒物。一次颗粒物中的碳黑粒子主要来源于汽车尾气排放、锅炉燃烧、秸秆焚烧和居民柴草燃烧等途径，粉尘主要来自道路交通、建筑工地和工农业生产过程的扬尘。在一次颗粒物的各个来源中,PM2.5 所占的比例相差较大,道路扬尘与建筑扬尘以粗颗粒为主,由燃料燃烧产生的颗粒物，则以细颗粒PM2.5为主。硫酸铵主要来源于燃烧高硫煤的锅炉，酸铵主要来源于锅炉与燃油机动车,氨（NH3）主要来源于化肥生产、动物粪便、焦炭生产、冷冻车间和控制 NOX的锅炉(NH3作为降解剂)。大气相对湿度对二次粒子的生成起着不可忽视的作用，不仅是决定二次粒子的生成和低空的累积的重要条件,而且是决定二次粒子粒径增大与散射率变化的首要条件。2.2大气能见度的影响众所周知，PM2.5是导致灰霾天气形成的罪魁祸首。进入大气中的灰霾，导致大气能见的降低，对地面交通安全和飞机的起飞、降落，都构成巨大威胁。广义上的能见度，包括气象观测中的大气能见度，夜间识别远处灯光信号的灯光能见度，以及卫星测量技术中的从空中观测地面目标的能见度等。狭义的大气能见度，通常指标准视力的人，在当时的天气条件下，在水平方向上，能够从天空背景中将黑色目标物体（大小适度）区别出来的最大距离。起初，人们把能见度为 10 个等级，分别用数字0-9表示。例如，在有雾的天气状况下，能见度为 2级，表示能见距离为 0.2-0.5公里。能见度与气象条件和大气污染程度密切相关。在理论上，干结空气的能见度，可以达到 300公里。污染空气中能见度，只有10公里，甚至更低【4】。大气能见度的降低，主要是由于颗粒物对光的吸收和散射造成的 。可 见 光 辐 射 的 波 长 为0.40-0.76 微米，其中最大强度在 0.52 微米左右。因此，粒径为 0.1-1.0 微米的固体或液体粒子，对于能见度的影响最大。大气中的硫酸盐粒子的粒径大多都在0.2-0.9微米之间。因此，它们对大气能见度的影响特别显著。在颗粒物粒子中，粒径小于 2.5 微米粒子的消光作用远大于粒径在 2.5微米以上的粒子。在小于2.5微米的粒 子 中，对于可见光 (波长在0.40-0.76 微米范围内) 来说，PM2.5 的消光作用最强【5】。所以PM2.5是能见度的降低的最主要因素。三、雾霾对人体健康的危害（一） 对呼吸系统的影响与危害 正常人工作时呼吸系统的各项生理机能指标明显会比安静时的呼吸频率、呼吸深度增加很多,分别是安静时的2-3倍和4-5倍。肺的最大通气量可增至100- 110/分，这是安静时的十几倍。由于肺通气量增加使得参与扩散的肺泡数量急剧增多,肺泡的扩大面积由安静时的40m2增加到70m2。由于雾天近地面层大气污染严重,而各种污染物污染物包括二氧化硫、碳氧化物、氨氧化物和碳氢化物，还有大气二次污染物光化学氧化剂和硫酸雾等在这时主要利用运动呼吸量的增加而大量进入人体内;一部分附着和沉积在呼吸道壁和上皮细胞上;另一部分利用运动时肺泡扩散面积的增大,进入人体的肺泡内【6】,沉积于肺的深部,使呼吸机能减退,肺的换气功能降低,从而导致呼吸系统疾病的发生。主要疾病有呼吸功能减退、肺泡弹性减弱、恶心、胸闷、动脉硬化、中枢神经疾病、肺癌、头痛、恶心等。（二）对心血管系统的影响与危害 进入肺内的各种污染物进入肺内的各种污染物主要包括酸雾、硫化物、氮化物、氧化物、卤化物、有机化合物等。通过肺与组织、血液的气体交换,被血液吸收,溶解于血液。借运送气体的作用和体循环的加快,迅速进入人体,沉积和潜伏到心脏和管壁以及各大器官的深部。使血管阻力增大,功能降低,心脏的泵血功能减弱,造成脑、心肌或其它组织器官严重缺氧,导致心血管系统的疾病 如支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺水肿、酸血病等。对心血管系统的污染效应,同样是沉积于心脏、血管壁等处的污染物的大小。它一方面受呼吸系统的影响,另一方面,心率、每搏输出量、心输出量的增加也是导致沉积率升高的主要原因。沉积率越多,危害程度越大【7】。（三）对皮肤的影响与危害 人体工作时产生的热量比安静时会增加很多,体温会升至40e,产生的热量是安静时的10- 15倍。由于雾大,空气湿度大,风力弱,工作时产生的热会受到阻碍,皮肤对流散热能力降低,有机体向四周散热的速度缓慢,使正常的代谢能力散发受到抑制,运动者往往会感到头晕,胸闷、周身不适,还会使人体污染物(致癌物质)粘着在皮肤表面,造成皮肤病甚至皮肤癌的频繁发生。（四）神经系统在城市中的可吸入颗粒物,大部分是由机动车尾气产生的。 含铅汽油燃烧后生成的铅化物微粒扩散到大气中,随呼吸道进入人体之中而影响人体健康。 大量研究表明,铅对人体神经系统有明显的损害作用,可能影响儿童智力的正常发育。母体接触铅污染后, 后代可以出现神经系统发育异常【8】。小于 1m 的含铅颗粒物在肺内沉积后,极容易进入血液系统,大部分与红细胞相结合,小部分形成铅的磷酸盐和甘油磷酸盐,然后进入肝、肾、肺和脑,几周后进入骨内,导致高级神经系统紊乱和器官调解失能,逐渐表现为头疼、头晕、嗜睡和狂躁严重的中毒性脑病。（五）具有致癌、致突变、致残作用石油、煤等化石燃料及木材、烟草等有机物在不完全燃烧过程中会产生多环芳烃(PAHs)，排放的PAHs 可直接进入大气,并吸附在颗粒物,特别是直径小于 2.5m 的细颗粒物上【9】。由于 PAHs 具有致癌、致突变、致残作用,因此对人体健康危害极大,其中代表物苯并芘(BaP)是最具致癌性的物质,能诱发皮肤癌、肺癌和胃癌。另外,空气中的 PAHs 可以和 O3、NOx、HNO等反应, 转化成致癌或诱变作用更强的化合物,从而对人体健康构成威胁。（六）雾霾天能见度低,容易酿成意外事故。大雾天气,能见度极低,很可能由于精神不佳、注意力不集中、视线受阻等原因,发生各种意外伤害事故如在公路上进行锻炼(如长跑、散步等),来往车辆较多,危险系数就会进一步加大,会对锻炼者的生命安全造成威胁。，对人体健康造成极大的危害。四、国外灰霾对人体健康影响的流行病学研究（一）颗粒物浓度增加与人群健康效应对健康人而言,虽然颗粒物不是直接的致死因素,但却可以导致患有心血管病、呼吸系统疾病和其他疾病的敏感体质患者的死亡。Goldberg等根据相关模糊系数(COH)、消光系数、硫酸盐等指标研究了蒙特利尔、魁北克地区颗粒物浓度变化与日死亡率的相关性,指出:日颗粒物质量和硫酸盐质量与呼吸道疾病和糖尿病在统计上正相关【10】。加拿大和美国科学家发现,长期暴露于细颗粒物与肺癌间有统计意义上的关联,Pope等认为,长期暴露于燃烧(如来自燃煤电厂和机动车辆)产生的细颗粒,是心肺疾病和肺癌死亡率增加的一个重要的因素。分析发现,细颗粒物每增加10Lg/m3,肺癌死亡率会增加8%。Schwartz等研究认为, PM2.5增加10Lg/m3,被研究人群的总死亡率就会增加1.5%,同时还发现肺炎、心脏病及其他一些疾病的死亡率上升的效应随着暴露时间的延长而增强。（二）流行病学研究 印尼大学通过收集和分析不同省数据的基础上,加上认真考察森林火灾后灰霾天气对人体肺的影响。大量研究表明,在受影响区域中,灰霾产生的最直接的影响是急性呼吸道传染病、支气管哮喘、腹泻、眼刺激和皮肤病的增多。印尼协会于1998年火灾后出现灰霾天气时在Palembang和Jambi两个地方的调查表明,对于没有呼吸病史的人,81%出现咳嗽症状,24%有呼吸困难,19%咳痰。相比之下,对于有呼吸病史的人,83%有咳嗽症状,72%呼吸困难和29.6%出现气喘症状。Jambi省健康办公室也有类似的报告:在灰霾发生期间,该地区的呼吸疾病增长了51%。支气管哮喘也是这一地区呼吸道疾病的主要病症之一,约占呼吸道疾病治疗的3/4(78%)【11】。总之,灰霾期间,70%的呼吸道病人病情发生恶化。日本疾病救助(JDR)专家组1997年对大规模火灾后印尼的Kalimantan和Sumatra两地出现的灰霾天气研究表明:灰霾对老年人和儿童有呼吸道疾病记录的人群危害最大,对青年人的影响相对小些。他们还发现,由于化学燃料燃烧和生物燃烧方式下出现的PM10的粒径梯度和污染物组成及相互作用不同,其引发的灰霾天气对人体健康的影响也是不同的。五、灰霾的防预及治理（一）建立灰霾指数预报和灰霾天气的预警机制在城市内部设立全方位观测点,与相应卫星遥感资料相结合,配合pH2.5的监测；建立城市气象水平监测站与垂直监测站。开展水平能见度和垂直能见度的匹配观测。并直接做好提前预警及时向公众发布【13】；开展城市边界大气层的监测,定期监测逆温等边界层特征,绘制与灰霾天气的关系图表,认证准确掌握这一系列数值与灰霾天气形成的必然联系。提高对灰霾天气预测的准确性,可靠性。（二）城市合理规划与建设在城市的规划与建设中,要事先做好气流与城市建筑关系的评估,着力考察城区上空气流与到城市周边区域下沉气流的距离,在规划时,要将污染严重的工业企业,工业工厂布局在下沉距离之外一定的区域,避免这些工厂中排出的悬浮颗粒从近地面随热气流流向城市内部；还要充分考虑大气的扩散条件,在城市高层建筑与下层区域预留空气对流通道【14】。可以让污染物及时排出城区。增强城市绿化,植草植树,让城市中的植物发挥吸烟除尘、过滤空气,增强城市的自净功效。从而净化城市大气,改善城市大气质量。这样做还可以起到美化城市的作用。（三）认识雾霾天气的危害提高人们的防范意识,使人们意识到雾霾天气的危害性。掌握雾霾天气的特性后,才能有效的搞好防范工作。此外,雾霾天气会严重影响人们身体健康,长时间暴露在雾霾天气下,可能会导致严重疾病的发生,所以我们要多饮水，保持呼吸道有一定的湿润度,食用一些具有润肺功效的食物,此外,干燥天气容易使病菌聚集,因此还要保持房间通风；最后,出去时要尽量戴上口罩(一次性的或多次性的)。（四）雾霾排放的控制途径和措施大气颗粒物污染排放源可分为自然源和人为排放源。对自然界的颗粒物排放，人类的控制能力是十分有限的。然而，对人为活动的排放，人类是完全有能力控制和预防的。而且，目前的大气污染问题，主要是由于人为因素引起的。因此，控制人类活动的污染物排放，就可以解决当前的大气环境污染问题。针对人为排放源的特征，对PM2.5和PM10排放的控制途径和措施，大致可以分为以下八个方面：1煤烟污染控制燃煤排放的烟尘，是人类活动排放 PM2.5 的主要来源之一。拟采取以下措施予以控制：1.1禁止或取缔街头烧烤目前，街头烧烤作为一项重要的大气污染物排放源。街头烧烤食品，既不符合食品加工卫生标准，又排放大量的烟尘污染物。应该明令禁止和取缔街头烧烤等各种非法经营活动。1.2用天然气或液化石油气替代燃煤目前，很多餐饮行业，仍然采用燃煤加工食品。针对这种情况有关部门应当加大监管力度，促使餐饮业，尽可能以天然气或液化石油气替代燃煤【15】。偏远市区的居民冬季取暖，仍然用煤炭作为燃料。应考虑实施集中供暖措施，燃烧天然气，替代燃煤。2.汽车尾气污染控制现代汽车工业的高速发展，以及汽车的广泛使用，给人们带来很大的利益和方便的同时，也带来了大量环境污染问题，这引起人们的普遍关注和忧虑。大量研究证明，汽车尾气排放已经是造成目前城市大气污染的一个特别重要的因素。汽车尾气排放，是 PM2.5最重要的来源 。解决汽车造成的污染，是控制和减少 PM2.5排放的关键因素。控制汽车污染的基本措施包括：（1）控制汽车数量。城市燃油机动车数量的急剧增加，是造成城市空气环境质量不尽人意的最直接、最主要的因素。城市机动车数量无限制的增加，肯定是行不通的。城市的大气环境污染物容量已经十分有限，限制燃油机动车数量，势在必行，迫在眉睫。（2）更新机动车辆，淘汰旧车辆。加大淘汰老旧燃油机动车的力度，是控制汽车尾气污染的一项特别有效的措施。（3）提高机动车尾气排放控制标准。目前，需要严格执行现行的汽车尾气排放控制标准；加快国标V排放标准的研究与实施。（4）提高汽车燃油的油品质量。高品质的燃油，燃烧效率高，污染物排放相对较少。（5）提高人文素质，奖励汽车司机节约用油，降低能耗，主动自觉控制汽车尾气排放，特别是需要司机朋友们高度注意防止汽车尾气排放黑烟。（6）继续大力发展快捷、方便、舒适、安全、经济的公共交通体系，引导公众出行优先选择公共交通，使个人轿车出行者乐意主动放弃小轿车出行方式，从而降低个人轿车的出行率。3.交通道路扬尘控制。加大路面清洁工作力度，适当洒水，减少路面扬尘。及时清洗车辆，防止车轮携带泥土，污染路面。4.施工工地扬尘控制。建筑施工工地，做好裸露地面扬尘防护和控制；严格防止建筑工地运输车辆，在交通道路上散落泥土。5.裸露地面扬尘控制。进一步加大城市地面绿化力度，提高植被覆盖率，裸露地面不留死角。6.开发利用清洁燃料。开发利用内燃机使用的液化石油气（LPG）、醇类、压缩天然气（CNG）、氢燃料等清洁燃料，以及开发利用电动汽车，对于汽车污染治理，具有特别重要的意义。7.开展飞机污染排放的研究。飞机的污染排放，目前尚未引起人们的注意。实际上，飞机是高耗能、高排放的燃烧装置。8.公众积极参与环境保护工作。环境监测部门提供准确的监测数据报告，固然很重要，但是为了实现空气环境质量改善的目标，还需要政府部门和全体市民的共同努力，认真落实节能减排政策。政府需要加大环境保护的资金和技术支持力度，支持环境保护部门的工作；全体市民需要提高环境保护意识，自觉参与节能减排活动，从自身做起，做好节能减排工作。节约一度电，一盆水，一张纸，少开一天车，少放一点烟花爆竹，少抽一支烟，都是对节能减排工作的实际贡献【16】。（五）雾霾天气进行体育锻炼的对策1.雾霾天气的区别在于,发生霾时相对湿度不大,而雾中的相对湿度是近似饱和的。一般相对湿度小于80%时,大气混浊、视野模糊导致的能见度恶化现象是霾造成的;而相对湿度大于90%时,该现象则是雾造成的。体育锻炼者应做好防范工作,减少活动量或停止锻炼,以免对身体健康带来潜在的威胁【17】。2.雾霾天可将锻炼场所改在室内进行,如体育馆、健身房、楼道等,但不要开窗,以免雾气流入室内而遭受伤害。还要加强自我体检,注意身体的感受和反应,倘有不适,及时治疗。有心血管、呼吸系统疾病的人在雾天要多注意身体的反应,倘有不适,应及时去医院,以免发生意外【18】。总体而言,雾霾空气质量差,比较混浊,颗粒物污染较为严重,大气能见度低。所以,我们要在良好的环境下,进行适时适度的健身运动,增强体魄。六、结论大气是人类赖以生存的基本环境要素。但随着工业的发展、城市人口的密集、煤炭和石油燃料消耗的迅猛增长,大气环境质量日趋恶化,大气污染已成为影响世界环境和人类身体健康的主要危害因素之一。 由于大气污染物中悬浮颗粒物会对人体健康产生直接的负面影响,从而受到各国政府及有关部门的高度重视。 在研究过程中,人们逐渐认识到粒径小于 10m 的颗粒物(即 PM10,又称为可吸入颗粒物)是悬浮颗粒物中对环境和人体健康危害最大的一类,因此,国际上很重视对雾霾的研究和防治工作，只有做好对雾霾天气的治理工作，才能维护人类的身体健康。参考文献 1 周霞芳. 北京真正的蓝天是极其短暂的. 环境与生活.2010. 11/12：15-17.2 赵喜斌. 北京空气是“危险水平”还是“三级轻微污染”？市环境保护局副局长杜少中接受本报采访. 北京晚报，2011年11月3日（14）.3 冯洁，吕宗恕. PM2.5未入国家空气质量体系，民众自发测空气. 资料来源：，2011年 10月28日14:21，南方周末.4 美国驻华大使馆自测 PM2.5 指数.资料来源：，2011年10月28日14:21，南方周末.5 黄建华. 北京否认“空气质量倒退”. 北京青年报，2011年 11月7日（1）.6 刘世昕. 减排剑指灰霾天，环保部与油企签责任状. 资料来源：，2011年10月28日09:37，中国青年报.7 权义：按 PM2.5标准 8成城市不达标. 东方早报记者采访工程院院士魏复盛. 资料来源：，2011年11月22日02:14，东方早报.8World Health Organization ( WHO) Air Quality Guidelines for Particulate Matter，Ozone，Nitrogen Dioxid