环科气象学包第十二章环境

第一节人类生物与气象第二节环境气象指数第三节污染气象第四节

大气环境质量评价1第十二章

环境气象环境气象：研究与人类生存、生活和生产密切相关的大气环境及人类活动大气环境影响等方面的科学2第一节

人类生物与气象3人类生物气象学：是研究气象环境变化对人体影响规律的科学，主要研究气象环境与人体生理、气象环境与人类疾病的相关性及机理，并建立医疗气象预报方法。一、气象要素对人体的影响（一）温度气象要素中气温对人体的影响最大。对于大多数人来说，环境气温为17

～22℃时，人体感觉最舒适；4气温15～18℃最宜从事轻体力劳动；气温7～17℃最宜从事重体力劳动；气温10～18℃时最宜从事脑力劳动；居室温度20～25℃时有利于休息；午睡的室温不宜低于

28℃；穿衣最舒适的皮肤温度为33℃左右；人体最佳温度是37℃；夏季游泳水温25

～

30℃为宜；晨练最佳气温为15

～20℃；饭菜的适宜温度为45

～

60℃；饮水的温度为50～60℃；阳光浴的气温为15～30℃；沙疗时10厘米沙层的温度宜为41

～

45℃。5（二）湿度6实验表明：气温适中时，湿度对人体的影响并不显著。由于湿度主要影响人体的热代谢和水盐代谢。当气温较高或较低时，其波动对人体的热平衡和温热感就变的非常重要。气温在15.5°C时，即使相对湿度波动达50%，对人体的影响也仅为气温变化1°C的作用。当温度在21—27°C时，若相对湿度改变为50%时，人体的散热量就有明显差异，相对湿在30%时，人体的散热量比相对湿度在80%时为多。当相对湿度超过80%时，由于高温高湿影响人体汗液的蒸发，机体的热平衡受到破坏，因而人体会感到闷热不适。随着温度的升高，这种情况将更趋明显7当冬季的天气阴冷潮湿时，由于空气中相对湿度较高，身体的热辐射被空气中的水汽所吸收。加上衣服在潮湿的空气中吸收水份，导热性增大，加速了机体的散热，使人感到寒冷不适。8（三）风速9当气温低于皮肤温度时，风能使机体散热加快。风速每增加1米/秒，会使人感到气温下降了2—3°C，风越大散热越快，风过大人会感到寒冷不适。（四）气压10人体对气压的变化有较强的适应能力。

一般来说，既可忍受15个大气压的高压，也可忍受0.303个大气压的低压。但短

时间内气压变化太大，人体便很难适应在低压环境中，由于空气稀薄，空气中的氧分压也降低，致使血色素不能被氧饱和而出现血氧不足。当机体内氧的储备降至正常储备的45%时，生命将受到影响。一般认为在240mm汞高(相当于8500m高度)时，体内只有正常气压下45%的血色素和氧结合成血氧，因此称这个气压（或高度）为生命的生理界限。在低压缺氧状况下，轻者（3000m高度下）感到口鼻眼干燥、头晕、气喘，但经过７天～３个月后，高山反应就逐渐消失；重者（3000~5000m高度）会出现胸闷、呼吸急促、恶心呕吐，以至神经系统发生显著障碍。11在高压环境中，机体各组织逐渐被氮饱和。一般在高压下工作５～６小时后，人体就

被氮饱和。当重新回到标准大气压环境时，体内过剩的氮便从各组织血液由肺泡随呼

气排出，但这个过程进行慢、时间长。如果从高压环境很快回到标准气压环境，则脂肪中蓄积的氮有部分就会停留在机体内，并膨胀形成小的气泡，阻滞血液、液体和组织，形成气栓而引起病症，甚至危及人的生命。12从低地登上高山，因为气压下降，机体为补偿缺氧就加快呼吸及血循环，出现呼吸急促、心率加快的现象，由于人体（特别是脑）缺氧，还会出现头晕、头痛、恶心、呕吐和乏力等症状，严重者甚至会发生肺水肿和昏迷。13近来的医疗气象学研究也指出，低气压会引起心脏病发作，同时脑卒中风也与气压变化有关，气压升高可激发脑卒中风发病率上升。

此外，月气压最低值与人的死亡高峰出现有密切关系。有学者研究了72个月的当月气压最低值，发现出现气压最低值后的48小时内，共出现死亡高峰64次，出现机率高达88.9%。14气压还会影响人的心理变化，主要使人产生压抑感。例如，低气压下的阴雨和强降温天气以及夏季雷雨前的高温、高湿的闷热天气，常会使人抑郁不适。而当人压抑时，自律神经（即植物神经）趋于紧张，释放肾上腺素，导致血压上升、心跳加快、呼吸急促等。同时，皮质醇被

分解出来，引起胃酸分泌增多、血管易发

生梗塞、血糖值急升等。15（五）辐射16太阳辐射主要作用于人体皮肤和视觉感受器。UV-A（320-400nm)色素沉着作用UV-B（290-320nm）红斑作用的抗佝偻病作用UV-C（100-290nm）杀菌作用太阳辐射对人体的作用，取决于辐射的

强度、被机体吸收的程度和它的生物学

作用。适量的阳光辐射会使人身体健壮、容颜俊美，然而，过度或不足的阳光辐

射，则会对人体健美造成程度不等的损

害。17阳光辐射不仅对机体有热效应，而且在组织内会引起一连串的物理化学变化，促进某些物质的合成和分解；增进肌肉的发育，增强体质，还可改善人的精神感觉，使人心情舒畅，延年益寿和提高工作效率。阳光辐射作用于皮肤，可使被照射部位充血、温度升高，并反射引起体温升高，促进皮肤的物质代谢，改善营养状况，加速再生修复过程；刺激结缔组织，使吞噬细胞增加，提高机体的生

物学免疫能力，从而加快伤口的愈合和炎症的消

散；阳光辐射还可提高水盐代谢，改善排汗机能，对生长发育和皮肤光洁有良好的促进作用。18过强的太阳辐射持久地作用于人体，可引起皮肤烧伤和体温调节障碍，从而发生日射病。紫外线强烈作用于人体裸露的皮肤，会使皮肤粗糙、干裂、皮下细胞变性受损，进而，会引起日光性皮炎，出现红斑、瘙痒、水泡和水肿等，甚至造成皮肤癌；过强的红外线辐射人体，可使皮肤温度升高到

40℃或更高，使皮肤发生变性，导致轻度烧伤，并引起机体的全身反应。强烈的红外线持续照射未防护的头部，可使颅骨和脑髓之间温度升高到

40℃～42℃，脑膜和脑组织充血形成日射病。19当阳光照射强度不足时，对人体同样有不良影响，可导致体质下降、贫血、免疫功能减弱，从而易患病。长期阳光照射不足，头发会逐渐变白，面色也会变得苍白无华。20（六）氧气和二氧化碳21（七）空气离子22负离子调节大脑皮层，有镇静、催眠和降血压作用；进入呼吸道，使支气管平滑肌松弛；进入血液，使红细胞和血钙含量增加；使肾、肝、脑、肾上腺等组织氧化作用加强，还能促进体内合成和储存维生素等。空气负离子被喻为空气维生素或生长素，对人体健康有利，空气负离子所产生的

离子效应会直接作用于人体的各生理指

标，从而对其产生积极的影响。近年来大气污染对人群健康的影响日益被人们所重视，而空气负离子的多少直接影响着大气的清洁程度。23空气负离子的产生当外界某种因素作用于气体分子，则其外层电子摆脱原子核的束缚从轨道中跃出空气负离子是O2-(H2O)n，或OH-(H2O)n，或CO4-(H2O)2。空气中负离子的主要来源是地面的放射性岩石，太阳的紫外线，瀑布、溪水、喷泉等激起的水花、雨水的分解，森林、植物光合作用所制造的新鲜空气等。24空气负离子的评价方法主要评价指数有：单极系数、重离子与轻离子比、空气离子舒适带(英国)、空气离子相对密度(德国)、空气离子评议系数(日本)。单极系数q=n+/n-，其中n+为空气正离子、n-为空气负离子。有的学者认为q应等于或小于1，才能给人以舒适感。空气离子评议系数CI=n-/1000q，CI值要大于或等于0.7，空气才属清洁。25八空气污染26空气污染物入侵的途径：呼吸道吸入、消化道摄入和表面接触。空气污染物主要有：二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、臭氧、烃类物质。大气污染对人体的危害主要表现为呼吸道疾病；对植物可使其生理机制受压抑，成长不良，抗病虫能力减弱，甚至死亡；大气污染还能对气候产生不良，如降低能见度，减少太阳辐射（据资料表明，城市太阳辐射强度和紫外线强度要分别比农村减少10-30%和10-25%）而导致城市佝偻发病率增加。27大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量；近十几年来，不少国家发现酸雨，雨雪中酸度增高，使河湖、土壤酸化、鱼类减少甚至灭绝，森林发育受影响。酸雨是怎样形成的呢？当烟囱排放出的二氧化硫酸性气体，或汽车排放出来的氮氧化物烟气上升到空中与水蒸气相遇时，就会形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，这时落到地面的雨水就成了酸雨。煤和石油的燃烧是造成酸雨的主要祸首。酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失，如:腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹；损坏植物叶面，导致森林死亡；使湖泊中鱼虾死亡；破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；饮用酸化物造成的地下水，对人体有害。28二气象环境与疾病29气象环境因素会引起多种疾病。风湿性关节痛与天气有关，而且还发现高血压、冠心病每到秋冬时节的发病率骤增；哮喘病多发生在阴冷干燥的寒冬季节；偏头痛大多出现在湿度偏高，气压陡降，风力较大之时。造成这些病症发生的主要原因，有人认为：一是

大气压的落差引起了机体组织变化；二是大风中

的超低频振荡，对人体中枢神经产生了不良影响。使之出现头痛、心悸、忧郁、焦急的症状；三是

在大气中上层电位差增大，从而造成周围环境容

易产生电场和磁场，使人体植物神经系统失去平

衡，造成内分泌紊乱而引起精神紧张、情绪沮丧

及心理疲劳等气象条件与疾病的关系可以是直接的，也可以间接的。气象要素作为发病的直接原因如冻伤和中暑，冬天雪地将大量紫外线反射，照射人的视网膜致人雪盲；间接原因，则是作为一个非特异刺激促进疾病复表明，气象因素可影响人体的抵抗力，因而许多疾病具有明显和季节性，与天气的周期或非周期变化有密切的关系，乙脑多发于夏、秋；麻疹、流脑、猩红热流行于冬春30收集整理了南昌市4家大型医院1996～1999年住院病例资料：7、8月份是感

冒高发期，呼吸道疾病多发于3、4月份，支气管哮喘则在夏秋季容易发生，而秋

末冬初脑血管疾病容易发作，冠心病则

在春季多发。31冬季易发溃疡病，天气剧烈变化时关节炎、陈旧性骨折和软组织损伤的疼痛加剧，寒流侵袭时冠心病、气管炎、青光眼病症加重，天气骤变导致年老体弱的老人死亡。32气象官能症中署焚风病冻僵、冻伤、冻疮高原适应不全症雪盲33第二节

环境气象指数34环境气象指数：用来评价与人类生存和各种活动有关的气象环境状况的指数。从人类舒适健康、生活和其它活动的角度，对气象环境进行量化分级和评价。一、空气污染指数和紫外线指数35空气污染指数：是衡量一个地区空气污染程度及其对人体健康影响的指数。二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物污染指数API分级限值污染指数污染物浓度36紫外线指数是指，当太阳在天空中的位置最高时（一般是在中午前后，即从上午十时至下午三时的时间段里），到达地球表面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度。37紫外线指数变化范围用０－１５的数字来表示，通常，夜间的紫外线指数为０，热带、高原地区、晴天时的紫外线指数为１５。当紫外线指数愈高时，表示紫外线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度愈加剧，同样地，紫外线指数愈高，在愈短的时间里对皮肤的伤害也愈大。38当皮肤受到紫外线的照射时，人体表皮层中的黑色素细胞开始产生黑色素来吸收紫外线，以防止皮肤受到伤害。长时间的紫外线照射

会引起大量黑色素沉积在表皮层中，成为永久性的“晒黑”痕迹。

人们现在都已经普遍地认识到，过多地遭受紫外线辐射后容易引起皮肤癌和白内障。39此外，紫外线辐射还会促使各种有机和

无机材料的加速化学分解和老化；海洋中的浮游生物也会因紫外线的照射而生

长受到影响甚至死亡；紫外线辐射对包括人在内的各种动、植物的生理和生长、发育带来严重危害和影响。40紫外线辐射按照其波长的不同，可以划分成ＵＶ－Ａ（３１５－４００ｎｍ）、ＵＶ－Ｂ（２８０－３１５ｎｍ）和ＵＶ－Ｃ（２８０ｎｍ以下）三个波段。由于大气臭氧层对ＵＶ－Ａ的吸收很少，所以ＵＶ－Ａ辐射量的变化基本上同臭氧层的变化没有关系；而ＵＶ－Ｃ则同ＵＶ－Ａ完全相反，它几乎完全被臭氧层所吸收，所以它基本上不到达地面；而ＵＶ－Ｂ的辐射量同臭氧层的变化有着密切的关系。所以，可以通过对ＵＶ－Ｂ的直接测量和分析来研究大气臭氧层的变化和紫外线辐射对环境和人体的影响。41空气舒适度42空气舒适度，是在不特意采取任何防寒保暖或防暑降温措施的前提下，人们在自然环境中感觉舒适的具体描述。K=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-26)

×(1-RH)-3.2×u1/2+32K空气舒适度指数；Ta空气温度；RH相对湿度；u风速共分11级，1-4级从极冷到较冷，5-7级较舒适，8-11级从较热到极热一般而言，气温、气压、相对湿度、风速四个气象要素对人体感觉影响最大，人体舒适度指数就是根据这四项要素而建成的非线性方程。43穿衣指数44穿衣指数：是衡量服装对人体保暖程度的一种指标感冒指数45感冒指数：反映温度、湿度、气压等气象要素及其变化与感冒发病率相关性的一种指标。中暑指数：在高温高湿或强烈辐射的气象条件下，体温调节功能出现障碍不适应的程度。46霉变指数47霉变指数：是在一定的气象条件下物品发生霉变程度的指标。第三节污染气象48大气污染：指大气中污染物浓度达到有害程度，超过了环境质量标准的现象。凡是能使空气质量变坏的物质都是大气污染物空气污染气象学：是研究大气环境中由

自然因子和人为因素支配的大气污染物

自污染源进入大气后的扩散稀释、转化、迁移和清除的规律，模拟并预测空气污

染物的浓度分布及其对环境空气质量的

影响。49目前我国所用的空气指数的分级标准是：(1)空气污染指数(API)50点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值一级标准；(2)API100点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值二级标准；(3)API200点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值三级标准；(4)API更高值段的分级对应于各种污染物对人体健康产生不同影响时的浓度限值，API500点对应于对人体产生严重危害时各项污染物的浓度50一、大气污染物的种类及来源51大气污染物目前已知约有１００多种。按其存在状态可分为两大类。一种是气溶胶状态污染物，另一种是气体

状态污染物。气溶胶状态污染物主要有粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等。气体状态污染物主要有以二氧化硫为主的

硫氧化合物，以二氧化氮为主的氮氧化合

物，以二氧化碳为主的碳氧化合物以及碳、氢结合的碳氢化合物。大气污染物来源：有自然因素（如森林火灾、火山爆发等）和人为因素（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气、核爆炸等）两种，且以后者为主，尤其是工业生产和交通运输所造成的。主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这三个环节所构成。52二、空气污染物散布的影响因素53影响大气污染范围和强度的因素有污染物的性质（物理的和化学的），污染源的性质（源强、源高、源内温度、排气速率等），气象条件（风向、风速、温度层结等），地表性质（地形起伏、粗糙度、地面覆盖物等）。二、空气污