司纪亮大气卫生1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Air Sanitation,大 气 卫 生,环 境 卫 生 教 研 室,司 纪 亮,1,第三章 大气卫生,大气的特征及其卫生学意义,大气污染及大气污染的转归,大气污染对人体健康的影响,大气中主要污染物对人体健康的影响,大气质量标准,大气污染对健康影响的调查和检测,大气卫生防护措施,大气卫生监督和管理,2,大 气 圈,定义：指包围着地球表面，并随地球旋转的空气层,.,大气圈厚度大约,2000km,3000km.,特点,:,大气圈的物理和化学性质随着高度的不同而变化,。,3,大气是生活在地球上生命体的必需物质，并保护它们免遭来自外层空间的有害影响。,植物,: CO,2,动物、人：,O,2,固氮菌：,N,2,4,大气保护地球及其生命体免遭来自外层空间的有害影响,阻挡紫外线、太空射线,使坠向地球的天体碎片燃烧,5,流星、陨石,人们在观察中发现，在太阳的卫星,火星和木星的轨道之间有一条小行星带，它就是陨石的故乡，这些小行星在自己轨道运行，并不断地发生着碰撞，有时就会被撞出轨道奔向地球，在进入大气层时，与之摩擦发出光热便是流星。,流星进入大气层时，产生的高温，高压与内部不平衡，便发生爆炸，就形成陨石雨。未燃尽者落到地球上，就成了陨石。,6,7,目前世界上保存最大的铁陨石是非洲纳米比亚的戈巴（,Hoba,）铁陨石，重约,60,吨；,其次是格林兰的约角,1,号铁陨石，重约,33,吨；,我国新疆铁陨石，重约,28,吨，是世界第三大铁陨石；,世界上最大的石陨石是吉林陨石，收集的样品总重为,2550,公斤，吉林,1,号陨石，重,1770,公斤，是人类已收集的最大的石陨石块体。,8,吉林“,1,号陨石”落到永吉县桦皮厂附近，遁入地下,6,米多，升起一片蘑菇云，它产生的震动相当于,6.7,级,地震,，附近房中的家具都倾倒了，杯碗都摔碎了。力量非常强大。,更有甚者，在西伯利亚的通古斯地区上空爆炸的陨石，不但把一百里以外居民住宅楼的玻璃震碎，而且使方圆三十里的森林化为灰烬，在爆炸的中心区树林还没有得及燃烧就已炭化，并且呈辐射状向外倒去；在其正下方的几棵“炭树”竟然直立着，原因是当时产生的高压使其变得坚固，那颗陨石爆炸时，连傍晚的莫斯科也如同白昼，可见，当时的情景是多么可怕。,其实，比较起来，这也算不得什么。人们先后在美国亚利桑那州发现了一个深,170,米，直径,1240,米的陨坑；在南极还有直径达,300,公里的大陨坑。在大西洋中部竟发现了直径达,1000,多公里的巨形陨坑，可以想象出，在它们陨落的一刹那间是怎样宏大而可怕啊！,9,加拿大曼尼古根陨石坑是地球上已知最古老的撞击坑之一，也是世界上第五大陨石坑。,大约形成于两亿年前，是由一颗直径为,5,公里的天体撞击而形成。当年这个小天体在地球表面撞出了一个直径为,100,公里的大洞，但是经过两亿年的风吹日晒，这个陨石坑已经风化，现在坑内有一个直径,70,公里左右的环形湖。,10,第一节、大气的特征及其卫生学意义,大气的结构,大气的组成,大气的物理性状,11,1.,最靠近地球,2.,占大气总质量的,75%,3.,平均厚度,12km,4.,天气变化最复杂,5.,气温随高度的增加而降低,6.,空气具有强烈的对流运动,对流层,平流层,同温层,30 35km, -50,-60,臭氧层,15,35km, 20km,地球保护伞,中间层,热成层,大气的结构,12,大气的组成,自然状态下的大气是由混合气体、水汽和气溶胶组成的。除去水汽和气溶胶的空气称为干洁空气。,13,氮气,: 78.10%,氧气：,20.93%,惰性气体：,0.93%,二氧化碳：,0.03%,(1),城市高于农村,(2) CO,2,浓度在不断升高,:,每年升高大约,1.5/,百万,2100 (,气温大约会升高,6),干洁空气的组成,14,气溶胶,气溶胶是指悬浮在气体中 的固体或液体颗粒。,根据形成过程的差异可分为粉尘、烟气、烟 和轻雾。,根据对能见度的影响及其颜色的差异，气象学上将其分为轻雾、浓雾、霾和烟雾。,15,太阳辐射,气象因素,空气离子,大气的物理性状,16,紫外线,A,段（,320400 nm),B,段（,290320 nm),C,段,（,200290 nm),红外线,（,76030000 nm),可见光,（40,0760 nm),促进黑色素原 转化为黑色素，从而形成色素沉着，保护皮肤,红斑作用,抗佝偻病作用,具有杀菌作用、诱导机体基因突变、蛋白酶变性,热效应；使机体局部温度升高，血管扩张，促进新陈代谢及细胞增生,太阳辐射,17,气象因素：,雨、雪、雷、电等,18,季风（,monsoon,）,由于大陆及邻近海洋之间存在的温度差异而形成大范围盛行的、风向随季节有显著变化的风系，具有这种大气环流特征的风称为季风。,是由海陆分布、大气环流、大陆地形等因素造成的，以一年为周期的大范围对流现象。,19,季风的形成及其影响因素,季风是由太阳对海洋和陆地加热差异形成的，进而导致了大气中气压的差异。,由于地球的自转效应，气流会受到一个惯性力作用，这个力就是地转偏向力,(,科里奥利力,),。由于地转偏向力的作用，季风气流的方向可能改变。,此外，季风还受大陆地形作用（如青藏高原）及其他因子的影响。,20,海陆温差形成季风,21,海陆温差形成季风,22,海陆温差形成季风,23,海陆温差形成季风,24,海陆温差形成季风,25,3.,空气离子,轻离子：,空气中的气体分子受到外界某些理化因子的强烈作用，其外层电子跃出轨道，形成阳离子，跃出的电子即吸附另一分子形成阴离子。每个阳,/,阴离子均能将周围,1015,个中性分子吸附在一起形成轻离子。,重离子,:,轻离子与空气中的悬浮颗粒或水滴结合,重离子,/,轻离子,50,26,空气阴离子对机体具有镇静、催眠、镇咳、降压等作用。,海滨、森林、瀑布附近的环境中，大气中阴离子含量较高，有利于健康。,27,第,2,节,大气污染及大气污染物的转归,大气污染的来源,大气污染物的种类,影响大气中污染物浓度的因素,大气污染物的转归,28,一 、大气污染的来源,大气污染包括天然污染和人为污染两大类。,天然污染源：沙尘暴、火山爆发、森林大火等。,人为污染源,固定污染源,流动污染源,29,火山喷发,30,31,超级火山,超级火山是指能够引发极大规模爆发的火山。虽然对于爆发规模没有严谨的界定，但极大规模爆发都以瞬间改变地形，瞬间改变全球天气及全球性的生命灾难。,英国有科学家用计算机做过模拟试验，如果黄石公园超级火山爆发，,34,天后，大量的火山灰就会跨过大洋到达欧洲大陆。模拟预示了美国,3/4,国土将受到影响。最大的危险在方圆,1000,公里的地区内，这里,90%,的人口无法幸免于难。大部分人会因为吸进的火山灰在肺里固化而死亡。美国的东海岸也会覆盖,1,厘米厚的火山灰。,在欧洲，更大的危害是无法预测的，因为这是火山灰形成的粉尘到处飘荡。更大的影响是紧接而至的气温变冷。根据计算机的预测，地球年平均气温会下降,10,左右，北极地区会下降,12,左右。专家预测这样的寒冷气候会持续,6,到,10,年，然后才逐渐恢复正常。,几乎所有的火山专家都同意，如果今天的地球上发生一次这样的喷发，人类将难以承受这样的打击，从天而降的,酸雨,就会让农业崩溃。,32,人 为 污 染 源,1.,工农业生产,(1),燃料燃烧,:,煤炭,石油,(2),工业生产过程的排放,2.,生活炉灶和采暖锅炉：是采暖季节大气污染的重要原因。,3.,交通运输 汽车、火车、飞机、轮船和摩托车等交通运输工具排放的污染物,4.,其他,:,扬尘、意外事故、垃圾燃烧等,33,我国主要燃料中灰分和硫含量,燃烧种类,灰分（,%,）,含硫量（,%,）,煤,5-35,0.2-4,石油,0.1-0.51,0.1-0.8,页岩,40-66,1.2-5.5,34,燃烧一吨煤排出的各种有害物质的重量（,kg,）,有害物质 电厂锅炉工业锅炉 取暖锅炉,SO,2,60 60 60,CO 0.23 1.4 22.7,NO,2,9.1 9.1 3.6,VOCs 0.1 0.5 5,Dust,一般燃烧,11 11 11,燃烧良好时,3 6 9,35,吨钢能耗,36,我国钢铁吨钢能耗,37,汽 车 排 气,一氧化碳,100%,碳氢化合物,60%,氮氧化物,100%,从曲轴箱漏出的气体,碳氢化合物,20%,从油箱和汽化器中挥发的汽油,碳氢化合物,20%,38,机动车尾气污染物占大城市空气污染物,的比例（,%,）,Pb,CO,CO,2,CH,美国,69,70,33,35,上海,85,80,36,56,北京,63,73,22,39,大气污染物,定义,:,1.,能引起大气污染的有害物质,2.,由于人类活动或自然过程，排放到大气中的物质，对人或环境产生不利影响，统称为,（,GB6916-86,）,40,二、大气污染的种类,1.,按其形成过程分为,:,一次污染物,:,由污染源直接排入大气环境中，其物理和化学性质均未发生变化的污染物,二次污染物：排入大气中 的污染物在物理、化学等因素的作用下发生反应形成的理化性质不同于一次污染物的新的污染物，称为二次污染物,2.,按其属性分为：,生物性污染物,:,如经空气传播的病原微生物和植物花粉等,物理性污染物：如噪声、电离辐射、电磁辐射等,化学性污染物,3.,根据污染物在大气中的存在状态可分为：,气态污染物,大气颗粒物,41,气态污染物,含硫化合物,含氮化合物,碳氧化合物,碳氢化合物,卤素化合物,.,42,大气颗粒物,粒径是大气颗粒物最重要的性质。大气颗粒物的许多性质如体积、质量和沉降速度等都与其有关。,空气动力学等效直径,Dp,：在气流中，如果所研究的大气颗粒物与一个有单位密度的球形颗粒物的空气动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就定义为所研究大气颗粒物的,Dp,直接表达出颗粒物在空气中的停留时间、沉降速度、进入呼吸道的可能性以及在呼吸道的沉积部位,43,按粒径大小，大气颗粒物一般分,总悬浮颗粒,(TSP):,指粒径,100,m,的颗粒物，包括液体、固体或液体与固体结合存在的，并悬浮在空气介质中的颗粒。,可吸入颗粒物,(IP),：,Dp 10,m,，因其能吸入人体呼吸道而得名，又因其能长期飘浮在空气中，也叫飘尘。,细颗粒物：,Dp 2.5,m,，在空气中悬浮的时间更长，易于滞留在终末细支气管和肺泡中，某些较细的还可以穿透肺泡进入血液。,超细颗粒物：,Dp 0.1,m,，主要来自于汽车尾气，多为大气中形成的二次污染物。,44,空气污染指数,(API),是一种反映和评价空气质量的方法,将常规监测的几种空气污染物的浓度简化成为单一的概念性数值形式,分级表征空气质量状况与空气污染的程度,结果简明直观，使用方便，适用于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势,45,空气污染指数的污染物项目暂定为：,二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物,。随着环境保护工作的深入和监测技术水平的提高，再调整增加其它污染项目，以便更为客观地反应污染状况。,空气污染指数的计算与报告： 污染指数与各项污染物浓度的关系是分段线性函数。,API,max(I,1,I,2,I,i,I,n,),该指数所对应的污染物即为该区域或城市的首要污染物。当污染指数,API,值小于,50,时，不报告首要污染物。,46,我国目前使用的空气污染指数,(Air Pollution Index,API),是按照美国污染物标准指数,(PSI),原理建立的每天向社会报告的空气污染指数。,该指数选用的参数为：,PM,10,SO,2,NO,2,CO,O,3,必测参数：日均值，各小时浓度的平均值。,非必测参数：小时均值，小时浓度的最大值。,47,污染指数,污染浓度,(mg/m,3,),API,SO,2,(,日均值,),NO,2,(,日均值,),PM,10,(,日均值,),CO,(,小时均值,),O,3,(,小时均值,),50,0.050,0.080,0.050,5,0.120,100,0.150,0.120,0.150,10,0.200,200,0.800,0.280,0.350,60,0.400,300,1.600,0.565,0.420,90,0.800,400,2.100,0.750,0.500,120,1.000,500,2.620,0.940,0.600,150,1.200,空气污染指数对应的污染物浓度限值,48,API,指数的计算,49,举例,：如,SO,2,的空气监测浓度,C,i,=0.9mg/m,3,，查表得到,SO,2,的浓度限值,C,i,j,=0.800,，与其对应的,API,折点,I,i,j,=200,，该折点的上一个折点的分指数值,I,i,j+1,=300,，其对应的浓度限值为,C,i,j+1,=1.60,，代入公式计算得到,SO,2,的,API,指数为,212.5,。,50,空气污染指数范围及相应的空气质量类别,51,52,三、影响大气中污染物浓度的因素,污染源的排放情况,气象条件,地形条件,53,一）、污染源的排放情况：,排出量：,是决定大气污染程度,最基本的因素,。,在其它条件相同的情况下，单位时间排出量越大，污染越严重。,54,排出高度：,有效排出高度,=,烟囱本身高度,+,烟气抬升高度,用,烟波中心轴,到地面的距离来表示。,污染源下风侧污染物的最高浓度大致与烟囱有效排出高度的平方成反比。,55,56,与污染源的距离 ：,烟波着陆点,:,有组织排放时，烟气自烟囱排出后，向下风侧逐步扩散稀释，然后接触地面，接触地面的点被称为烟波着陆点。,污染物排出后经过的距离越远则烟波的断面越大，稀释程度越高，因而浓度越低，这也是排出污染物的企业与住宅区之间，设置防护带距离的依据之一。,一般认为有害气体的烟波着陆点是烟囱有效排出高度的,10,倍。,57,排出方式：,按排放时间,间歇排放,连续排放,按集中排放,无组织排放,有组织排放,58,二 ）、 气象条件,风和湍流；,温层结构；,气压；,气湿；,降水、雨雪；,59,风是一种空气的水平运动，就像大气中的动力机器起着输送和扩散有害气体及微粒的作用。,1.,风和湍流,风速,风向,60,61,风向：,风吹来的方向,污染下风侧空气中污染物浓度要比上风侧高,得多，所以居民区应布置在,常年主导风向的上风,侧,，公矿企业，尤其是能造成严重大气污染的工,厂应设置在,常年主导风向的下风侧,。,全年污染以全年内主导风向的下风侧地区受,影响最大,。,62,湍流：,风速时大时小，并在主导风向的下风向上下、左右出现无规则的摆动，风的这种不规则运动称为湍流，其产生于垂直气温的变化和大气中气团间的摩擦作用而引起的短暂性紊乱有关，是一 种不规则的空气流动。,湍流强，有利于污染物的稀释和扩散。,63,2.,温度层结,温度层结即气温的垂直梯度，他决定大气的稳定程度，影响大气湍流的强弱。稳定的垂直梯度易造成湍流抑制，使大气扩散不畅。垂直梯度不稳时，由于热力学作用湍流加强，大气扩散增强。因此，气温的垂直梯度与污染物的稀释和扩散密切相关。,64,气温的垂直分布,在标准大气条件下，对流层内气温是随高度的增加而逐渐降低的。大气温度的这种垂直变化常用,大气温度垂直递减率（,）来表示，即高度每增加气温下降的度数，通常为, =0.65 ,65,受各种气象条件的影响，气温的垂直分布可出现,气温随高度递减：此种情况出现在晴朗的白天，风速小时。地面受太阳的辐射后，近地空气增温较快，热量缓慢向高层传递，形成气温下高上低，此时,，空气的垂直对流良好；,气温随高度递增：如在无风、少云的夜晚，夜间地面无热量吸收，但同时不断通过辐射失去热量后冷却，近地空气也随之冷却，这样气层不断由下向上冷却，形成气温下低上高。这种大气温度随着距地面高度的增加而增加的现象称为逆温，此时,d,不稳定状态；,d,稳定状态；,=,d,中性状态；,d,不稳定状态,；,锥型,=,d,稳定状态；,扇型,0,逆温 极稳定状态；,上扬型,(,屋脊型）；,烟波下方出现逆温层,而上方的大气仍为不稳定状态,多发于日落后,.,熏烟型；,烟波上空尚存在逆温层,而下方大气已处于不稳定状态,烟波不能上升,只能向地面扩散,多发于日出前后,.,烟波扩散与大气稳定度的关系及其类型：,70,3.,气压,：,当地面受,低气压,控制时，四周高压气团流向中心，中心的空气便上升，形成上升气流，形成气旋，通常风速较大，大气呈中性或不稳定状态，有利于污染物向上扩散。,当地面受,高压,控制时，中心空气下降，形成反气旋。此时天气晴朗，风速小，出现逆温层，不利于污染物向上扩散。,71,4.,气湿：,气湿大时，水蒸气凝结于灰尘颗粒表面，使之沉降大气底层，使接近地面的空气层灰尘浓度升高。,气湿很大而低温则形成雾，更使大气污染增加。,5.,降水、雨雪：,可以冲洗空气中的灰尘、煤烟和各种气体污染物，所以雨雪之后大气变得清洁和新鲜。,72,三）、,地形,:,1.,山地和谷地,:,在山区，由于地形起伏，造成辐射强度和辐射冷却不均，引起热力环流，形成地形风。因此山谷中不同位置、不同高度的大气运动状况是不同的，对污染物的传送能力也各不相同。,73,2.,沿海和海滨：,由于海陆风的交换，有时低层排放的污染物被海陆风输送到一定距离后，又会被高空反气流带回到原地，造成原地污染物浓度增加。由于水陆气温的差异，水面逆温层的空气流经陆面，逆温层上部积聚的污染物被热流对流带到地面，在短时间可出现污染物浓度增高的“熏烟过程”。,74,75,3.,城市热岛：,城市温度高于郊区的现象，在气象学上通常称为城市的,“热岛效应”。,76,城市建筑物、柏油混凝土路面颜色深，吸收热量多；,砖瓦、水泥、石块等建筑材料，储存和传送热量的本领比土壤强。即能有效储存较多的热量又能很快向大气中传送大量热能；,储水少,水分蒸发会消耗掉的热量少；,交通发达废气排出多；,人口密集；,城市热岛是怎样形成的？,77,热岛的热空气上升，四郊冷空气流向城市，可将郊区的大气污染物吹入市区，造成市区的大气污染。,城市热岛的影响：,78,四、大气污染物的转归,自净,:,扩散和沉降,发生氧化和中和反应,被植物吸附和吸收,转移：,向下风侧更远的方向转移,向平流层转移,形成二次污染和二次污染物,79,飞 机,80,大型客机为何不装降落伞,81,污染物,污染物是放错位置的资源？,污染物的回收成本,82,钢铁行业的利润,污染税,资源税,环境污染的外部性,企业污染与行政执法罚款的博弈,83,以邻为壑的污染企业,筹划中的鲁南钢铁,农民烧秸秆到底伤害了谁,84,辐射逆温 因地面强烈辐射而形成的逆温称为辐射逆温。在晴朗无风或微风的夜晚，地面因辐射冷却而降温，与地面接近的气层冷却降温最强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，因此使低层大气产生逆温现象。辐射逆温一般日出后，逆温就逐渐消失了。 平流逆温 由于暖空气流到冷的地面上而形成的逆温称为平流逆温。当暖空气流到冷的地面上时，暖空气与冷地面之间不断进行热量交换。暖空气下层受冷地面影响最大，气温降低最强烈，上层降温缓慢，从而形成逆温。平流逆温的强度，主要决定于暖空气与冷地面之间的温差。温差愈大，逆温愈强。 湍流逆温 因低层空气的湍流混合作用而形成的逆温称为湍流逆温。当气层的气温直减率小于干绝热直减率时，经湍流混合后，气层的温度分布逐渐接近干绝热直减率。因湍流上升的空气按干绝热直减率降低温度。空气上升到混合层顶部时，它的温度比周围的气温低，混合的结果，使上层气温降低；空气下沉时，情况相反，致使下层气温升高。这样就在湍流减弱层，出现逆温。,85,下沉逆温 因整层空气下沉而形成的逆温称为下沉逆温。当某气层产生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及由于气层向水平方向扩散，使气层厚度减小。若气层下沉过程是绝热过程，且气层内各部分空气的相对位置不变。这时空气层顶部下沉的距离比底部下沉的距离大，致使其顶部绝热增温的幅度大于底部（图中,H,H,）。因此，当气层下沉到某一高度时，气层顶部的气温高于底部，而形成逆温。下沉逆温多出现在高压控制的地区，其范围广，逆温层厚度大，逆温持续时间长。,下沉逆温范围广，厚度也很大，下沉气流一般达到某一高度就停止了,(,称为下沉运动的终止高度,),，所以下沉逆温多发生在高空大气中。这种逆温常出现在反气旋区。由于强大的冷高压的水平范围很广，直径约,23km,，所以下沉逆温也出现在较大范围内，且强度也较大。因上层空气的下沉增温，常使云层蒸发、消散，因此天气十分晴朗，冬季寒潮下来以后的日子多属此种情况。高空有下沉逆温层存在时，因为少云，夜间近地面层也有利于辐射逆温的形成。,86,锋面逆温 锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带，暖气团位于锋面之上，冷气团在下。在冷暖气团之间的过渡带上，便形成逆温。,87,在自然,界，逆温的形成常常是几种原因共同作用的结果。无论逆温是怎样形成的，只要逆温出现，对天气均有一定影响。逆温层能阻碍空气的垂直运动；大量烟尘、水汽等聚集在逆温层下面，使能见度变坏，也易造成大气污染。,88,