光化学烟雾

光化学烟雾
摘要
光化学烟雾也称光化烟雾。

碳氢化合物及氮氧化合物污染的大气，人类活动对自然环境的影响日益加剧，引起一系列大气污染问题。

光化学烟雾就属于之一，对人体健康和植物生长等有严重危害。

概述
【光化学烟雾】()也称光化烟雾。

碳氢化合物及氮氧化合物污染的大气，在太阳紫外线照射下以及其他适宜的气象条件下，发生一系列光化学反应而形成的烟雾。

光化学烟雾具有光化学氧化型大气污染的各种典型特征，即大气中氧化剂浓度增高，使人产生眼、鼻、喉的刺激症状，引起红眼病，造成农作物和其他植物的损害以及降低大气的能见度。

今后随着工业发展，汽车数目的增多，以及其他燃烧过程中使用石油的不断增长，光化学氧化型大气污染将成为城市空气污染的一个严重问题。

城市中的光化学烟幕由于光化学烟雾的出现，一股将大气污染区分为两种类型，即“还原型”大气污染及“氧化型”大气污染。

“还原型”大气污染又称为“伦敦型”大气污染或“煤炭型”大气污染。

“氧化型”大气污染又称为“洛杉矶型”大气污染或“石油型”大气污染。

这是以美国洛杉矶光化学烟雾污染为典型代表的一种大气污染。

光化学烟雾于1944年首次在美国洛杉矾市发生，其后在伦敦等大城市观测到。

它是在大气层结稳定(不利于污染物扩散稀释)、气温较高( 24-32℃)和阳光充分的特定天气条件下才能形成，多出现在夏季。

光化学烟雾对人类健康危害极大。

形成的条件
光化学烟雾形成的最根本的先决条件是空气中高浓度碳氢化合物和氮氧化合物的存在。

光化学烟幕的形成根据这些前体物排放源的不同，大致可分为城市型光化学烟雾、工业区型光化学烟雾和区域型光化学烟雾。

城市型光化学烟雾多见于人口密集的较大城市及其下风向，主要由大城市内居民以及工业源排放引起。

工业区型光化学烟雾多见于大型工业排放源(例如火电厂、炼油厂、化工厂等)下风向地区，光化学前体物主要来自上风向工业排放源。

区域性光化学烟雾多见于人口密集和工业发达的城市群和城乡复合体构成的较大区域。

光化学烟雾的形成除了必备的化学条件之外，还需要一定的有利于烟雾形成的气象条件。

国内外研究概况
工业革命以后，人类活动对自然环境的影响日益加剧，引起一系列大气污染问题。

光化学烟雾就属于大气环境污染之一，对人体健康和植物生长等有严重危害。

由光化学烟雾造成的污染事件被列入历史上“八大公害事件”之一，已引起大气科学界和医疗界等的广泛关注。

早在20世纪40年代，美国洛杉矶就出现过光化学烟雾。

随后1954年、1955年、1970年，洛杉矶市又发生过一系列光化学烟雾中毒事件。

1955年事件期间，气温高达37~38℃，持续一周多时间，致使哮喘和气管炎流行，65岁以上人群死亡率升高，平均每天死亡人数约70～317人。

1970年洛杉矶居民眼刺激受
害天数达128天，估计有3/4的人患过红眼病。

除美国以外，其他一些国家和地区也常常有类似的光化学烟雾中毒事件发生，如日本的东京、大阪，英国的伦敦，以及澳大利亚、德国等国的大城市。

我国在20世纪70年代末在兰州西固石油化工区发现光化学烟协和污染。

伴随着经济持续快速发展、城市化进程加速，我国汽车数量迅速增长。

20世纪70年代以来，我国汽车数量呈指数增长趋势，尤其民用汽车增长迅速。

据公安部统计，截至2007年6月，全国汽车保有量已接近5360万辆，另有接近1亿辆左右的摩托车、拖拉机等其他机动车。

全国机动车销售和保有量仍在以较快的速度增长。

大城市机动车数量增长尤其迅速，北京市和广州市机动车保有量分别位居全国第一和第二。

北京1980—1996年增长率为16.4%，1996年达112万辆，之后的增长更为迅速，到2007年8月，北京市机动车保有量已突破300万辆大关。

广州市1980—1995年机动车保有量增加了12.7倍。

与我国机动车数量增长相呼应的是我国石油消耗的强劲增长和本已严重的大气污染的进一步加重。

由于人口分布、区域经济和社会发展不平衡，我国汽车保有和使用量及其引发的交通、大气污染问题也呈现出明显的地区特征。

就大气污染而言，经济发达和人口密集的珠江三角洲、长江三角洲和京津冀地区已成为重污染区。

目前，我国中、南部特别是沿海城市均已发生或面临光化学烟雾威胁，北京、广州、上海、鞍山、武汉、兰州等城市出现了不同程度的光化学烟雾污染。

2002年3月15日天津市就出现了“辣”得人们睁不开眼睛的光化学烟雾事件。

无论与我国还是与国外的空气质量标准相比，我国光化学烟雾污染的程度已经到了不容忽视的程度。

世界上不少国家和地区都针对光化学污染采取了一些安全措施：比如尽量减少汽车尾气的排放。

洛杉矶从2000年开始，已有50%车辆使用甲醇或改装成电动汽车;许多国家在汽车尾气催化转化装置上投入巨资，并不断提高尾气净化的级别;欧盟委员会2005年就已提出旨在大量减少轿车及轻型商用卡车尾气排放物的“欧5”标准，最早2008年中期正式实行。

许多国家同时加强了其他交通工具的发展。

日本东京发展了地面电车和地下铁路等公共交通;巴西、葡萄牙、荷兰、德国等国的一些大城市中正在用有轨电车和无轨电车代替燃油汽车。

此外，欧洲等国都发展了无车区。

2001年9月，法国划定的“无车区”，连政府部长都要骑自行车去内阁开会。

监测方法和手段
目前对光化学烟雾总量及主要成分的监测方法多种多样，主要有植物监测法、监测管法、便携式仪器分析法、应急监测车、实验室仪器法、化学分析法。

本书简单介绍其中几种方法。

植物监测法：检测植物表皮损伤是一种简易的检测方法，现已逐渐被人们所重视。

有些植物对某些大气污染很敏感。

如，光化学烟雾使叶片背面变成银白色或古铜色，叶片正面出现一道横贯全叶的坏死带。

监测管法：包括检测试管法、直接检测管法和吸附检测管法。

即将样品置于毛细管中，让它与水、某种化学物质、或某种吸附剂反应，并且与标准样品进行比较以确定污染物浓度。

仪器监测法：运用各种可在野外现场进行在线观测的仪器可对光化学污染物和前体物进行实时监测，以确定这些物质的浓度水平和变化情况。

该方法具有灵活、快速、能用于应急等优势。

要了解光化学烟雾反应产物和前体物的详细成分，尤其是挥发性有机物及其转化产物，有时需要利用一些实验室的较大型仪器设备进行全面的监测分析，例如，气相色谱仪和色谱—质谱联用仪、液相色谱仪、红外光谱分析仪等。

光化烟雾对国民经济的影响
光化学烟雾对国民经济的影响可以通过健康损失、生态破坏和农业产量下降、材料破坏等来体现。

城市中的光化学烟幕人体短时间暴露于严重的光化学烟雾中，或经常暴露于轻、中度光化学烟雾中，均可给健康带来危害。

大量的流行病统计表明，光化学烟雾与呼吸道系统发病率、死亡率、眼病等有相关性，同时亦是某些癌病的重要原因。

光化学烟雾引起的经济损失，通常包括如下几个方面的费用：患者医疗费及支付病假工资、病假产值损失、提早死亡产值损失等。

光化学烟雾会导致禽畜生病和死亡，影响植物生长，降低了植物对病害的抵抗力，致使植物枯萎，农产品产量降低、品质变劣，从而使农业、林业的损失加重。

光化学烟雾会引起材料损失，主要是加速聚合物材料(尤其是对聚合橡胶制品)等老化。

光化学烟雾会造成橡胶制品提前老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。

据美国环保局估计，当城市光化学烟雾的发生概率增加30%，聚合物材料等老化的经济损失将高达47亿美元。

光化烟雾灾害预警与应对
灾害预警许多国家，如德、法、英、美、加拿大、澳大利亚等政府都向公众发布光化学烟雾预警信息，号召公众减少汽车使用，减少户外活动。

烟雾警报包括两个或三个阶段，较常见的是三个阶段。

第一个阶段发布健康建议警报，同时要求采取自愿行动来减少排放。

第二阶段采取强制性污染控制措施。

第三阶段要求采取严格措施，例如禁止交通，迫令工厂停工等。

世界上最早的烟雾预警系统是为伦敦设计的，声名狼藉的1952年硫烟雾事件发生后建立了一个医院紧急预报计划。

第一次公众烟雾警报是由洛杉矶发布的，即在1969年，当时人们一致同意在氧化剂达到350ppb(700μg/m 3)时就不让学生外出活动。

当今世界上，各个国家的每个烟雾警报阶段的污染浓度值都不一样，有时一个国家内部也不一样。

烟雾警报是通过报纸、无线电广播和电视发布的。

另外主要道路沿线和公共场所的电子显示牌也可以接通使用。

在某些情况下，警察可用扩音器发布警报，甚至直升飞机也被用来广播警报。

灾害防御 首先要做好控制污染源，减少污染物排放的工作。

预防光化学烟雾主要是污染物的排放。

应采取改善能源结构、更合理的电力生产布局、严格的废气治理等手段来降低像电厂和化工厂这样的大型
点源的污染物排放量。

要改善城市交通结构，改进汽车燃料、汽车尾气净化技术，落实更严格的机动车废气排放标准，使机动车相关的污染排放显著降低。

其次要加强光化学污染相关的监测工作，及时发现光化学烟雾的形成，并能监测其发展过程、影响范围。

必要时及时向公众发布防御和预警信息。

加强相关科学研究，更有效地防御光化学烟雾灾害。

光化学污染形成过程是复杂的非线性过程，受到多种因素影响，污染前体物的排放强度和浓度水平的时空变化大，因此，难以简单确定在何时、何地、以何种方式对何种前体物进行控制，需要通过针对性的观测和模拟研究，找准某一地区或区域优先控制物质和控制的力度，确定科学、合理、可行的控制方案，才能达到以最小的代价换取最好的效果的目标。

应急对策及国内外经验介绍光化学烟雾事故发生的特点是突发性、严重性、持续性、累积性。

因此，对应急监测的要求不容忽视。

首先要求应急监测人员快速赶赴现场，根据事故现场的具体情况布点采样。

然后，利用特殊的仪器对样品进行分析、观测，以确定污染物种类、严重程度。

根据国内外经验，应急对策要求，应急人员能够对现场监测的结果立刻回答“是否安全”这样的问题;能够迅速判断污染物的种类、浓度、污染范围;分析方法对样品的选择性及抗干扰能力要好;分析操作的步骤简要;试剂用量少，稳定性好;成本要低，价格便宜，以利于推广。

世界著名的光化学烟雾事件
美国洛杉矶光化学烟雾事件世界著名的八大公害事件之一，发生在20世纪40年代初期的美国洛杉矶市。

洛杉矶光化学烟幕事件这个城市是美国西部的太平洋海滨城市，临海、靠山、自然风景优美，常年阳光明媚，只有几天下雨，气候温和。

自从1936年在洛杉矶开发石油以来，特别是二次世界大战后，洛杉矶飞机制造和军事工业迅速发展，洛杉矶变成美国西部地区的重要海港。

其工商业发达程度仅次于纽约和芝加哥，是美国第三大城市。

随着工业发展和人口剧增，洛杉矶在20世纪40年代初就有汽车250万辆，每天消耗汽油1600万升。

市内高速公路纵横交错，占全市面积的30%，每条公路通行的汽车每天达16 8万次。

由于汽车漏油、汽油挥发、不完全燃烧和汽车尾气，每天向城市上空排放大量碳氢化合物等污染物。

洛杉矶地处太平洋沿岸的一个口袋形地带之中，三面环山，一面临海。

虽然在海上有相当强劲的地面风，但此风并不穿过海岸线。

在海岸附近和沿着近乎是东西走向的海岸线上吹的是西风或西南风，而且风力弱小。

这些风将城市上空的空气推向山岳封锁线。

再加上该地区常出现的反气旋、下沉气流、逆温等因素造
成污染物滞留在市区上空久久不散。

因此，特殊的地形和气象条件为光化学烟雾形成提供了天然的反应器。

从20世纪40年代初开始，每年夏季至早秋的晴朗日子，洛杉矶城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色光化学烟雾，这种烟雾中含高浓度臭氧、过氧乙酰硝酸酯、乙醛和其他氧化剂。

使整座城市上空变得浑浊不清。

这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。

1943年以后，洛杉矶光化学烟雾更加肆虐，以致远离城市100 km以外的海拔2000 m高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。

1952年的一次光化学烟雾中，洛杉矶市的65岁以上的老人死亡达400多人。

甘肃兰州光化学烟雾事件中国甘肃兰州市西固地区20世纪70年代起常出现光化学烟雾事件，引起当地居民的眼睛红肿、流泪以及呼吸道刺激。

经研究，这一地区的光化学烟雾形成的原因主要和当地的炼油厂和发电厂的大量碳氢化合物和氮氧化合物排放以及特殊的山谷地形有关。

从那以后，我国的一些大城市和主要人口与经济区域也出现光化学烟雾。

虽然这方面的相关健康和经济损失统计极为缺乏，但我国的光化学烟雾污染的程度却不容忽视。

据北京市环保局统计，北京市近年臭氧污染越来越严重，2004年臭氧超标日达到67天。

2005年6月30日下午北京市北郊地区观测到的臭氧小时平均。