對(duì)流層臭氧污染特征及來(lái)源

1、對(duì)流層臭氧污染特征及來(lái)源張圓圓（蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）摘要：近年來(lái)由于人類(lèi)活動(dòng)的影響，地面大氣中的臭氧濃度不斷升高，對(duì)流層臭氧污染已成為困擾人類(lèi)的另一大環(huán)境問(wèn)題。它的生成與氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等大氣污染物相關(guān)性較大，原因復(fù)雜，污染防治難度較高。它對(duì)人類(lèi)健康、農(nóng)作物和植物的生長(zhǎng)都會(huì)造成諸多危害。因此，了解對(duì)流層臭氧的污染特征、來(lái)源及其危害，對(duì)做好臭氧污染的防治工作十分重要。本文綜合敘述了對(duì)流層臭氧的污染特征、來(lái)源及防治方法。關(guān)鍵詞：對(duì)流層臭氧 污染特征 來(lái)源 防治方法一、對(duì)流層臭氧簡(jiǎn)介 臭氧是地球大氣中重要的氣體，90%集中在10-30km的平流層，僅有10%分布在對(duì)

2、流層中，但這10%的對(duì)流層臭氧卻與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)。在對(duì)流層里存在的臭氧是光化學(xué)煙霧的組成部分之一，它濃度在10100ppb范圍內(nèi)，不同于平流層臭氧對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的巨大貢獻(xiàn)，對(duì)流層臭氧對(duì)人類(lèi)及生物圈是有害的。2、 對(duì)流層臭氧的污染特征1空間分布特征對(duì)流層從地球表面延伸至1018千米高度（其厚度與緯度相關(guān)），內(nèi)部又可分為許多層，而臭氧主要集中在混合層（即從對(duì)流層到平流層的過(guò)渡區(qū)）。而在混合層下方，也就是絕大多數(shù)生物生活的高度（距地面010千米），臭氧的濃度相對(duì)很低，但由于它容易對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生不良影響，因此是一個(gè)亟待解決的環(huán)保問(wèn)題。 一些城市的監(jiān)測(cè)情況顯示，郊區(qū)的臭氧濃度高于市區(qū)。對(duì)于這一現(xiàn)象，專(zhuān)

3、家說(shuō)，這是因?yàn)樯沙粞醯摹霸稀保ǖ趸锖蛽]發(fā)性有機(jī)化合物）主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣等，而氮氧化物等尾氣發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)有一個(gè)過(guò)程，當(dāng)“原料”隨風(fēng)飄到郊區(qū)時(shí)，反應(yīng)更充分，臭氧濃度就更高。另一方面，在機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生的“新鮮”的氮氧化物中，二氧化氮是產(chǎn)生臭氧的“原料”，一氧化氮?jiǎng)t有消除臭氧的效果，而等擴(kuò)散到了郊區(qū)，氮氧化物中消耗臭氧的一氧化氮都被氧化成了二氧化氮，如此一來(lái)，郊區(qū)的臭氧含量高于城區(qū)也就不足為奇。2. 時(shí)間變化特征一年之中，臭氧濃度的最高峰集中在夏季。這期間，對(duì)臭氧的形成，可謂是天時(shí)地利人和日照強(qiáng)、云量少、風(fēng)力弱。對(duì)流層臭氧濃度隨季節(jié)變化趨勢(shì)明顯，春、夏季濃度較高,秋季濃度次之。一日之中，臭氧濃

4、度在清晨是非常低的，8點(diǎn)之后，隨著形成臭氧的廢氣越來(lái)越多，日照時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，臭氧濃度也逐漸升高，于14點(diǎn)到16點(diǎn)之間達(dá)到峰值，之后再緩慢降低，到晚上8點(diǎn)后，臭氧濃度又恢復(fù)了最低狀態(tài)。 臭氧濃度日變化隨季節(jié)變化明顯。與冬季相比，春、夏和秋季臭氧濃度的日變化幅度比較大，臭氧濃度分布比較分散，周末臭氧濃度的日變化幅度大于平日。3. 對(duì)流層臭氧對(duì)生物的影響3.1 對(duì)人體的影響大氣中臭氧濃度為0.10.5ppm時(shí)引起鼻和喉頭粘膜的刺激和對(duì)眼睛的刺激，在0.20.8ppm濃度下接觸兩小時(shí)后會(huì)出現(xiàn)氣管刺激癥狀，1ppm以上引起頭疼、肺深部氣道變窄，出現(xiàn)肺氣腫，長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)出現(xiàn)一系列中樞神經(jīng)損害或引起肺水腫。

5、大氣中的臭氧可刺激呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致咳嗽、喉嚨痛、胸悶等不適；損害肺功能，導(dǎo)致氣喘、呼吸乏力，患者可能會(huì)因呼吸障礙而無(wú)法參加一些劇烈運(yùn)動(dòng)；加重哮喘病情：當(dāng)臭氧濃度高時(shí)，哮喘病人的急性發(fā)作和就診率會(huì)隨之上升，其原因之一就是在臭氧刺激下，人呼吸道對(duì)病原體的防御力會(huì)進(jìn)一步下降，容易引發(fā)哮喘急性發(fā)作；增加上呼吸道感染患病機(jī)率；引起肺泡膜發(fā)炎、受損。在幾天之內(nèi)，被損壞的細(xì)胞會(huì)像曬黑后的皮膚一樣脫落，直到新細(xì)胞長(zhǎng)成。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果這種情況長(zhǎng)期得不到改變，可能會(huì)在肺組織中留下疤痕，導(dǎo)致肺功能受到永久損害，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。此外，臭氧還能阻礙血液輸氧的功能，造成組織缺氧現(xiàn)象，并有使視力遲鈍、甲狀腺功

6、能受損、骨骼早期鈣化等作用。根據(jù)近年研究，它還有引起染色體畸變的作用。有關(guān)組織對(duì)美國(guó)全國(guó)95個(gè)城市居民區(qū)中的住戶(hù)進(jìn)行了一次抽樣調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)居住環(huán)境中的臭氧濃度與居民過(guò)早死亡率有密切關(guān)系。研究還指出，若城市中的臭氧濃度能下降三分之一，那么全美每年將可減少約4000例死亡。 3.2 對(duì)植物的影響臭氧影響農(nóng)作物和森林的生長(zhǎng)，降低植物生產(chǎn)力。它為云雨水的酸化提供了氧化劑，導(dǎo)致了酸雨的形成。4、 對(duì)流層臭氧對(duì)環(huán)境的影響對(duì)流層臭氧對(duì)環(huán)境的影響是多方面的，首先臭氧是一種重要的溫室氣體，它吸收（9.6m）紅外輻射，影響輻射平衡，在對(duì)流層的能量平衡系統(tǒng)中扮演很重要的角色，其濃度變化是引起氣候變化需要考慮的因子

7、。其次，臭氧本身是一種化學(xué)活性污染氣體，參與大氣中的光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，它在維持大氣的氧化能力方面起著非常重要的作用。三、對(duì)流層臭氧的來(lái)源對(duì)流層臭氧主要來(lái)自光化學(xué)反應(yīng)當(dāng)混合著各種氮的氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC，如二甲苯）的空氣在受到日光照射時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生臭氧。氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物因此被稱(chēng)為“臭氧前體”。工業(yè)廢氣、汽車(chē)尾氣和化學(xué)有機(jī)溶劑是“臭氧前體”的主要人為排放源。盡管這些排放源大都集中在城市，但一些物質(zhì)（如氮氧化物）可借助風(fēng)力擴(kuò)散到數(shù)百千米之外的人口稀疏區(qū)，在那里形成臭氧源。甲烷是對(duì)流層臭氧產(chǎn)生的另一元兇。這種揮發(fā)性有機(jī)物在大氣層中的濃度在20世紀(jì)經(jīng)歷了大幅度增

8、加，這大大加劇了對(duì)流層臭氧的形成，并且這種作用是全球性的，而氮氧化物和其他VOC的影響只是局部性的。由于上述區(qū)別，人們有時(shí)會(huì)特別使用“非甲烷VOC”（NMVOC）這一術(shù)語(yǔ)來(lái)特指除甲烷外的其他揮發(fā)性有機(jī)物。對(duì)流層臭氧的形成需經(jīng)歷一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，分別把一氧化碳和VOC氧化成二氧化碳和水蒸氣。下面我們僅列出涉及一氧化碳的反應(yīng)，涉及VOC的反應(yīng)與此類(lèi)似。氧化反應(yīng)首先發(fā)生在一氧化碳和有機(jī)物的羥基之間。此過(guò)程中形成的游離氫原子迅速被氧化成過(guò)氧基HO2。 OH + CO H + CO2 H + O2 HO2緊接著，過(guò)氧基將NO氧化成NO2，NO2在陽(yáng)光照射下會(huì)發(fā)生光解反應(yīng)，釋放出游離氧原子。最后，極不

9、穩(wěn)定的氧原子O和空氣中的氧氣分子O2化合，就生成了終產(chǎn)物臭氧。上述反應(yīng)可表示為：HO2 + NO OH + NO2NO2 + hv NO + OO + O2 O3上面一系列反應(yīng)的實(shí)際效果是：CO + 2O2 CO2 + O3此一化學(xué)方程式似乎表明HOX和NOX總量在反應(yīng)前后未發(fā)生變化，而事實(shí)上上述過(guò)程還伴隨著OH和NO2反應(yīng)生成硝酸（HNO3），以及過(guò)氧基之間相互反應(yīng)生成過(guò)氧化氫（即雙氧水），這些反應(yīng)都會(huì)逐步減少生成臭氧過(guò)程中催化劑的數(shù)量。有揮發(fā)性有機(jī)物參與的反應(yīng)比上面的過(guò)程復(fù)雜得多，但對(duì)生成臭氧而言最關(guān)鍵的一步過(guò)氧基將NO氧化成NO2與上面的過(guò)程是相同的。另外，平流層臭氧的向下擴(kuò)散流動(dòng)也是對(duì)

10、流層臭氧的重要來(lái)源之一，但這一來(lái)源相對(duì)前述人為貢獻(xiàn)而言對(duì)人類(lèi)的危害要小得多。4、 對(duì)流層臭氧污染防治方法 春末、夏季和初秋季節(jié)的下午和傍晚是臭氧污染最嚴(yán)重的時(shí)間，為減少臭氧污染，我們要在這些時(shí)間里減少外出并保持室內(nèi)通風(fēng)，減少汽車(chē)的使用，避免生火或進(jìn)行戶(hù)外燒烤，不要使用以汽油為動(dòng)力的草坪設(shè)備，不要給汽車(chē)加油，使用環(huán)保油漆、清潔劑和辦公用品，注意節(jié)約能源。對(duì)流層臭氧污染源于人類(lèi)活動(dòng)，汽車(chē)、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。有車(chē)族應(yīng)減少不必要的開(kāi)車(chē)，多用公共交通如地鐵，以減少汽車(chē)廢氣的排放。更為重要的是，人們應(yīng)認(rèn)識(shí)和重視到吸入過(guò)量臭氧的危害性，避免在日常生活中出現(xiàn)臭氧中毒。 參考文獻(xiàn)：1張遠(yuǎn)航，李金鳳

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