第1章　緒論

1.1　基本概念

1.1.1　空氣污染

空氣是由一定比例的氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣和固體雜質微粒組成的混合物。標準狀態下干燥空氣的成分（按體積計算）：氮氣占78.08％，氧氣占20.94％，稀有氣體占0.93％，二氧化碳占0.03％，其他氣體及雜質約占0.02％。

引起大氣成分變化的因素有自然因素和人為因素。火山爆發時有大量的粉塵和二氧化碳等氣體噴射到大氣中，造成該地區煙霧彌漫，毒氣熏人；雷電等自然原因引起的森林大面積火災也會增加二氧化碳和煙粒的含量等。一般來說，這些自然因素是局部的，短時間的。人為因素（工業廢氣、生活燃煤、汽車尾氣、核爆炸等）被認為是導致大氣成分變化的主要因素，尤其是工業生產和交通運輸。

空氣污染過程由污染源排放、大氣傳播、人與物受害這三個環節所構成。影響空氣污染范圍和強度的因素有污染物的性質（物理的和化學的），污染源的性質（源強、源高、源內溫度、排氣速率等），氣象條件（風向、風速、溫度層結等）和地表性質（地形起伏、粗糙度、地面覆蓋物等）。隨著現代工業和交通運輸的發展，向大氣中持續排放的物質數量越來越多，種類越來越復雜，引起大氣成分發生急劇的變化。當大氣正常成分之外的物質達到對人類健康、動植物生長以及氣象氣候產生危害的時候，就說明大氣受到了污染。

按照國際標準化組織（ISO）的定義，空氣污染（又稱為大氣污染）通常是指由于人類活動或自然過程引起某些物質進入大氣中，呈現出足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此危害了人類的舒適、健康和福利或環境的現象。換言之，只要是某一種物質其存在的量、性質及時間足夠對人類或其他生物、財物產生影響，我們就可以稱其為空氣污染物；而其存在造成之現象，就是空氣污染。

1.1.2　空氣污染源

如前文所述，導致空氣污染的源有自然源和人為源。火山爆發、雷電等自然源往往局部的、短時間的，而且是難以人為控制的。人為源被認為是導致空氣污染的主要因素，也是空氣污染治理的重點。

人為空氣污染源主要有以下幾個方面。

（1）工業

工業生產是空氣污染的一個重要來源。工業生產排放到大氣中的污染物種類繁多，有煙塵、硫氧化物、氮氧化物、有機化合物、鹵化物、碳化合物等。

（2）生活爐灶與采暖鍋爐

大量民用生活爐灶和采暖鍋爐需要消耗大量煤炭，煤炭在燃燒過程中會釋放大量的灰塵、二氧化硫、一氧化碳等有害物質污染大氣。特別是在冬季采暖季，生活爐灶與采暖鍋爐是最主要的空氣污染源。

（3）交通運輸

汽車、火車、飛機、輪船是當代的主要運輸工具，它們以煤或石油為燃料，產生的廢氣也是重要的污染物。特別是城市中的機動車，量大而集中，是大城市空氣的主要污染源之一。機動車排放的尾氣主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氫化合物等。

1.1.3　空氣污染評價指標

到目前為止，已知的空氣污染物約有100多種。基于對人體健康的關注，世界衛生組織（WHO）1987年首次提出了針對歐洲的《空氣質量準則》，隨后經過修訂，于2005年發布了全球適用的《世界衛生組織空氣質量準則》。根據目前可以獲得的有關這些污染物影響健康的新證據以及他們在WHO各個區域目前和今后空氣污染對健康的影響方面的相對重要性，《世界衛生組織空氣質量準則》對空氣污染評價的主要污染物包括顆粒物（PM）、臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）和二氧化硫（SO2）四項主要指標。本書中對世界城市空氣質量現狀及發展演變的調研也圍繞這四項指標展開。

顆粒物（PM）：顆粒物是懸浮在空氣中，以凝聚相（液體或固體）形式存在的離散粒子。顆粒物的粒徑分布跨越5個數量級，其范圍從0.001μm（微米）到100μm，即從1nm到0.1mm。世界衛生組織的研究結果表明：顆粒物健康危害效應主要是由于可吸入顆粒物（PM10）引起。因此，許多流行病學研究采用PM10作為人群暴露的指示性顆粒物。PM10代表了可進入人體呼吸道的顆粒物，包括兩種粒徑，即粗顆粒物（粒徑在2.5～10μm）和細顆粒物（粒徑小于2.5μm，PM2.5）。前者主要產生于機械過程，如建筑活動，道路揚塵和風；后者主要來源于燃料燃燒。

世界衛生組織的研究結果表明：顆粒物對健康的影響是多方面的，但主要影響呼吸系統和心血管系統。

臭氧（O3）：臭氧是氧的同素異形體，在常溫下，是一種有特殊臭味的藍色氣體，微溶于水，易溶于四氯化碳或碳氟化合物。與高層大氣臭氧層不同的是，地面的臭氧是光化學煙霧的一個主要組成部分，是由諸如車輛和工業釋放出的氮氧化物（NOx）等污染物以及由機動車、溶劑和工業釋放的揮發性有機化合物（VOCs）與陽光反應而形成。

世界衛生組織的研究報告表明：高濃度的臭氧暴露可導致呼吸系統問題引發哮喘、降低肺功能引起肺部疾病。

二氧化氮（NO2）：二氧化氮是一種棕紅色、高度活性的氣態物質，密度1.491kg/m3，溶點-9.3℃，能溶于水，是一種強氧化劑。二氧化氮在臭氧的形成過程中起著重要作用。人為釋放二氧化氮的主要來源是燃燒過程（供熱、發電以及機動車和船舶的發動機），大氣核試驗也是二氧化氮的一個來源。

二氧化氮的危害主要是損害呼吸系統。世界衛生組織的研究報告表明：動物和人體短期暴露在NO2濃度超過200ug/m3時，會產生急性健康效應（哮喘患者支氣管反應性增加）；長期暴露高于室外濃度的NO2時也會引起健康危害（支氣管相關癥狀及影響肺功能）。

二氧化硫（SO2）：二氧化硫是一種無色氣體，帶有刺鼻的氣味。它源自礦物燃料（煤和石油）的燃燒以及對含硫黃礦物的冶煉。人為釋放二氧化硫的主要來源為家庭取暖、發電和機動車燃燒含有硫黃的礦物燃料。

二氧化硫易溶于人體的體液和其他黏液中，長期作用會導致多種疾病，如上呼吸道感染、慢性支氣管炎、肺氣腫等，危害人體健康。世界衛生組織的研究報告表明：SO2短期暴露會誘發一定程度的肺功能和呼吸道癥狀的改變。長期暴露（大于24小時）會導致死亡率、發病率升高以及肺功能改變。

1.1.4　空氣污染的危害

空氣污染的危害主要有以下幾個方面。

（1）危害人體健康

人需要呼吸空氣以維持生命。一個成年人每天呼吸大約2萬次，吸入空氣達15～20m3。因此，被污染了的空氣對人體健康有直接的影響。空氣污染物對人體的危害是多方面的，主要表現是造成呼吸道疾病與生理機能障礙，以及使眼鼻等黏膜組織受到刺激而患病。

空氣中污染物的濃度很高時，會造成急性污染中毒，或使病狀惡化，甚至在幾天內奪去幾千人的生命。即使大氣中污染物濃度不高，但人體成年累月呼吸污染了的空氣，也會引起慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫及肺癌等疾病。

（2）危害植物生長

空氣中的污染物，尤其是二氧化硫、氟化物等污染物濃度很高時，會對植物產生急性危害，使植物葉表面產生傷斑，或者直接使葉枯萎脫落；當污染物濃度不高時，會對植物產生慢性危害，使植物葉片褪綠，或者表面上看不見什么危害癥狀，但植物的生理機能已受到了影響，造成植物產量下降，品質變壞。

（3）影響天氣和氣候

空氣污染物對天氣和氣候的影響也是十分顯著。

①減少到達地面的太陽輻射量：工廠、發電站、汽車、家庭取暖設備向大氣中排放的大量煙塵微粒，使空氣變得非常渾濁，從而遮擋了陽光，使得到達地面的太陽輻射量減少。據觀測統計，在大工業城市煙霧不散的日子里，太陽光直接照射到地面的量比沒有煙霧的日子減少近40％。

②增加大氣降水量：從大工業城市排出來的微粒，其中有很多具有水氣凝結核的作用。因此，當大氣中有其他一些降水條件與之配合的時候，就會出現降水天氣。在大工業城市的下風地區，降水量更多。

③形成酸雨：大氣中的污染物二氧化硫經過氧化形成三氧化硫，隨自然界的降水下落形成硫酸雨。硫酸雨能使大片森林和農作物毀壞，能使紙品、紡織品、皮革制品等腐蝕破碎，能使金屬的防銹涂料變質而降低保護作用，還會腐蝕、污染建筑物。

④增高大氣溫度：在大工業城市，由于有大量廢熱排放到空中，因此，近地面空氣的溫度比四周郊區要高一些，這種現象在氣象學中稱作“熱島效應”。

⑤對全球氣候的影響：研究表明，在有可能引起氣候變化的各種大氣污染物質中，二氧化碳具有重大的作用。從地球上無數煙囪和其他種種廢氣管道排放到大氣中的大量二氧化碳，約有50％留在大氣里。二氧化碳能吸收來自地面的長波輻射，使近地面層空氣溫度增高，這種現象被稱為“溫室效應”。經粗略估算，如果大氣中二氧化碳含量增加25％，近地面氣溫可以增加0.5～2℃；如果增加100％，近地面溫度可以增高1.5～6℃。有專家研究表明，如果大氣中的二氧化碳含量照現在的速度增加下去，會使南北極的冰融化，導致全球的氣候異常。