光化學(xué)煙霧

【光化學(xué)煙霧】（photochemical smog)也稱光化煙霧。碳?xì)浠衔锛暗趸衔镂廴镜拇髿?，在太陽紫外線照射下以及其他適宜的氣象條件下，發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)而形成的煙霧。光化學(xué)煙霧具有光化學(xué)氧化型大氣污染的各種典型特征，即大氣中氧化劑濃度增高，使人產(chǎn)生眼、鼻、喉的刺激癥狀，引起紅眼病，造成農(nóng)作物和其他植物的損害以及降低大氣的能見度。今后隨著工業(yè)發(fā)展，汽車數(shù)目的增多，以及其他燃燒過程中使用石油的不斷增長，光化學(xué)氧化型大氣污染將成為城市空氣污染的一個嚴(yán)重問題。

由于光化學(xué)煙霧的出現(xiàn)，一股將大氣污染區(qū)分為兩種類型，即“還原型”大氣污染及“氧化型”大氣污染。“還原型”大氣污染又稱為“倫敦型”大氣污染或“煤炭型”大氣污染。“氧化型”大氣污染又稱為“洛杉磯型”大氣污染或“石油型”大氣污染。這是以美國洛杉磯光化學(xué)煙霧污染為典型代表的一種大氣污染。

光化學(xué)煙霧于1944年首次在美國洛杉礬市發(fā)生，其后在倫敦等大城市觀測到。它是在大氣層結(jié)穩(wěn)定（不利于污染物擴(kuò)散稀釋）、氣溫較高（ 24－32℃）和陽光充分的特定天氣條件下才能形成，多出現(xiàn)在夏季。光化學(xué)煙霧對人類健康危害極大。 

光化學(xué)煙霧形成的最根本的先決條件是空氣中高濃度碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏拇嬖凇?/P>

根據(jù)這些前體物排放源的不同，大致可分為城市型光化學(xué)煙霧、工業(yè)區(qū)型光化學(xué)煙霧和區(qū)域型光化學(xué)煙霧。城市型光化學(xué)煙霧多見于人口密集的較大城市及其下風(fēng)向，主要由大城市內(nèi)居民以及工業(yè)源排放引起。

工業(yè)區(qū)型光化學(xué)煙霧多見于大型工業(yè)排放源（例如火電廠、煉油廠、化工廠等）下風(fēng)向地區(qū)，光化學(xué)前體物主要來自上風(fēng)向工業(yè)排放源。區(qū)域性光化學(xué)煙霧多見于人口密集和工業(yè)發(fā)達(dá)的城市群和城鄉(xiāng)復(fù)合體構(gòu)成的較大區(qū)域。光化學(xué)煙霧的形成除了必備的化學(xué)條件之外，還需要一定的有利于煙霧形成的氣象條件。

工業(yè)革命以后，人類活動對自然環(huán)境的影響日益加劇，引起一系列大氣污染問題。光化學(xué)煙霧就屬于大氣環(huán)境污染之一，對人體健康和植物生長等有嚴(yán)重危害。由光化學(xué)煙霧造成的污染事件被列入歷史上“八大公害事件”之一，已引起大氣科學(xué)界和醫(yī)療界等的廣泛關(guān)注。

早在20世紀(jì)40年代，美國洛杉磯就出現(xiàn)過光化學(xué)煙霧。隨后1954年、1955年、1970年，洛杉磯市又發(fā)生過一系列光化學(xué)煙霧中毒事件。1955年事件期間，氣溫高達(dá)37~38℃，持續(xù)一周多時間，致使哮喘和氣管炎流行，65歲以上人群死亡率升高，平均每天死亡人數(shù)約70～317人。1970年洛杉磯居民眼刺激受害天數(shù)達(dá)128天，估計(jì)有3/4的人患過紅眼病。除美國以外，其他一些國家和地區(qū)也常常有類似的光化學(xué)煙霧中毒事件發(fā)生，如日本的東京、大阪，英國的倫敦，以及澳大利亞、德國等國的大城市。我國在20世紀(jì)70年代末在蘭州西固石油化工區(qū)發(fā)現(xiàn)光化學(xué)煙協(xié)和污染。

伴隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加速，我國汽車數(shù)量迅速增長。20世紀(jì)70年代以來，我國汽車數(shù)量呈指數(shù)增長趨勢，尤其民用汽車增長迅速。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，截至2007年6月，全國汽車保有量已接近5360萬輛，另有接近1億輛左右的摩托車、拖拉機(jī)等其他機(jī)動車。全國機(jī)動車銷售和保有量仍在以較快的速度增長。大城市機(jī)動車數(shù)量增長尤其迅速，北京市和廣州市機(jī)動車保有量分別位居全國第一和第二。北京1980—1996年增長率為16.4%，1996年達(dá)112萬輛，之后的增長更為迅速，到2007年8月，北京市機(jī)動車保有量已突破300萬輛大關(guān)。廣州市1980—1995年機(jī)動車保有量增加了12.7倍。

與我國機(jī)動車數(shù)量增長相呼應(yīng)的是我國石油消耗的強(qiáng)勁增長和本已嚴(yán)重的大氣污染的進(jìn)一步加重。由于人口分布、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展不平衡，我國汽車保有和使用量及其引發(fā)的交通、大氣污染問題也呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)特征。就大氣污染而言，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人口密集的珠江三角洲、長江三角洲和京津冀地區(qū)已成為重污染區(qū)。

目前，我國中、南部特別是沿海城市均已發(fā)生或面臨光化學(xué)煙霧威脅，北京、廣州、上海、鞍山、武漢、蘭州等城市出現(xiàn)了不同程度的光化學(xué)煙霧污染。2002年3月15日天津市就出現(xiàn)了“辣”得人們睜不開眼睛的光化學(xué)煙霧事件。無論與我國還是與國外的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比，我國光化學(xué)煙霧污染的程度已經(jīng)到了不容忽視的程度。

世界上不少國家和地區(qū)都針對光化學(xué)污染采取了一些安全措施：比如盡量減少汽車尾氣的排放。洛杉磯從2000年開始，已有50%車輛使用甲醇或改裝成電動汽車；許多國家在汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置上投入巨資，并不斷提高尾氣凈化的級別；歐盟委員會2005年就已提出旨在大量減少轎車及輕型商用卡車尾氣排放物的“歐5”標(biāo)準(zhǔn)，最早2008年中期正式實(shí)行。許多國家同時加強(qiáng)了其他交通工具的發(fā)展。日本東京發(fā)展了地面電車和地下鐵路等公共交通；巴西、葡萄牙、荷蘭、德國等國的一些大城市中正在用有軌電車和無軌電車代替燃油汽車。此外，歐洲等國都發(fā)展了無車區(qū)。2001年9月，法國劃定的“無車區(qū)”，連政府部長都要騎自行車去內(nèi)閣開會。

目前對光化學(xué)煙霧總量及主要成分的監(jiān)測方法多種多樣，主要有植物監(jiān)測法、監(jiān)測管法、便攜式儀器分析法、應(yīng)急監(jiān)測車、實(shí)驗(yàn)室儀器法、化學(xué)分析法。本書簡單介紹其中幾種方法。

植物監(jiān)測法：檢測植物表皮損傷是一種簡易的檢測方法，現(xiàn)已逐漸被人們所重視。有些植物對某些大氣污染很敏感。如，光化學(xué)煙霧使葉片背面變成銀白色或古銅色，葉片正面出現(xiàn)一道橫貫全葉的壞死帶。

監(jiān)測管法：包括檢測試管法、直接檢測管法和吸附檢測管法。即將樣品置于毛細(xì)管中，讓它與水、某種化學(xué)物質(zhì)、或某種吸附劑反應(yīng)，并且與標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比較以確定污染物濃度。

儀器監(jiān)測法：運(yùn)用各種可在野外現(xiàn)場進(jìn)行在線觀測的儀器可對光化學(xué)污染物和前體物進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以確定這些物質(zhì)的濃度水平和變化情況。該方法具有靈活、快速、能用于應(yīng)急等優(yōu)勢。

要了解光化學(xué)煙霧反應(yīng)產(chǎn)物和前體物的詳細(xì)成分，尤其是揮發(fā)性有機(jī)物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，有時需要利用一些實(shí)驗(yàn)室的較大型儀器設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)測分析，例如，氣相色譜儀和色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜儀、紅外光譜分析儀等。

 光化學(xué)煙霧對國民經(jīng)濟(jì)的影響可以通過健康損失、生態(tài)破壞和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降、材料破壞等來體現(xiàn)。

人體短時間暴露于嚴(yán)重的光化學(xué)煙霧中，或經(jīng)常暴露于輕、中度光化學(xué)煙霧中，均可給健康帶來危害。大量的流行病統(tǒng)計(jì)表明，光化學(xué)煙霧與呼吸道系統(tǒng)發(fā)病率、死亡率、眼病等有相關(guān)性，同時亦是某些癌病的重要原因。光化學(xué)煙霧引起的經(jīng)濟(jì)損失，通常包括如下幾個方面的費(fèi)用：患者醫(yī)療費(fèi)及支付病假工資、病假產(chǎn)值損失、提早死亡產(chǎn)值損失等。

光化學(xué)煙霧會導(dǎo)致禽畜生病和死亡，影響植物生長，降低了植物對病害的抵抗力，致使植物枯萎，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣，從而使農(nóng)業(yè)、林業(yè)的損失加重。

光化學(xué)煙霧會引起材料損失，主要是加速聚合物材料（尤其是對聚合橡膠制品）等老化。光化學(xué)煙霧會造成橡膠制品提前老化、脆裂，使染料褪色，并損害油漆涂料、紡織纖維和塑料制品等。據(jù)美國環(huán)保局估計(jì)，當(dāng)城市光化學(xué)煙霧的發(fā)生概率增加30%，聚合物材料等老化的經(jīng)濟(jì)損失將高達(dá)47億美元。

許多國家，如德、法、英、美、加拿大、澳大利亞等政府都向公眾發(fā)布光化學(xué)煙霧預(yù)警信息，號召公眾減少汽車使用，減少戶外活動。

煙霧警報(bào)包括兩個或三個階段，較常見的是三個階段。第一個階段發(fā)布健康建議警報(bào)，同時要求采取自愿行動來減少排放。第二階段采取強(qiáng)制性污染控制措施。第三階段要求采取嚴(yán)格措施，例如禁止交通，迫令工廠停工等。世界上最早的煙霧預(yù)警系統(tǒng)是為倫敦設(shè)計(jì)的，聲名狼藉的1952年硫煙霧事件發(fā)生后建立了一個醫(yī)院緊急預(yù)報(bào)計(jì)劃。第一次公眾煙霧警報(bào)是由洛杉磯發(fā)布的，即在1969年，當(dāng)時人們一致同意在氧化劑達(dá)到350ppb（700μg/m3）時就不讓學(xué)生外出活動。當(dāng)今世界上，各個國家的每個煙霧警報(bào)階段的污染濃度值都不一樣，有時一個國家內(nèi)部也不一樣。煙霧警報(bào)是通過報(bào)紙、無線電廣播和電視發(fā)布的。另外主要道路沿線和公共場所的電子顯示牌也可以接通使用。在某些情況下，警察可用擴(kuò)音器發(fā)布警報(bào)，甚至直升飛機(jī)也被用來廣播警報(bào)。

首先要做好控制污染源，減少污染物排放的工作。預(yù)防光化學(xué)煙霧主要是污染物的排放。應(yīng)采取改善能源結(jié)構(gòu)、更合理的電力生產(chǎn)布局、嚴(yán)格的廢氣治理等手段來降低像電廠和化工廠這樣的大型點(diǎn)源的污染物排放量。要改善城市交通結(jié)構(gòu)，改進(jìn)汽車燃料、汽車尾氣凈化技術(shù)，落實(shí)更嚴(yán)格的機(jī)動車廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，使機(jī)動車相關(guān)的污染排放顯著降低。

其次要加強(qiáng)光化學(xué)污染相關(guān)的監(jiān)測工作，及時發(fā)現(xiàn)光化學(xué)煙霧的形成，并能監(jiān)測其發(fā)展過程、影響范圍。必要時及時向公眾發(fā)布防御和預(yù)警信息。

加強(qiáng)相關(guān)科學(xué)研究，更有效地防御光化學(xué)煙霧災(zāi)害。光化學(xué)污染形成過程是復(fù)雜的非線性過程，受到多種因素影響，污染前體物的排放強(qiáng)度和濃度水平的時空變化大，因此，難以簡單確定在何時、何地、以何種方式對何種前體物進(jìn)行控制，需要通過針對性的觀測和模擬研究，找準(zhǔn)某一地區(qū)或區(qū)域優(yōu)先控制物質(zhì)和控制的力度，確定科學(xué)、合理、可行的控制方案，才能達(dá)到以最小的代價換取最好的效果的目標(biāo)。

光化學(xué)煙霧事故發(fā)生的特點(diǎn)是突發(fā)性、嚴(yán)重性、持續(xù)性、累積性。因此，對應(yīng)急監(jiān)測的要求不容忽視。首先要求應(yīng)急監(jiān)測人員快速趕赴現(xiàn)場，根據(jù)事故現(xiàn)場的具體情況布點(diǎn)采樣。然后，利用特殊的儀器對樣品進(jìn)行分析、觀測，以確定污染物種類、嚴(yán)重程度。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)急對策要求，應(yīng)急人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)果立刻回答“是否安全”這樣的問題；能夠迅速判斷污染物的種類、濃度、污染范圍；分析方法對樣品的選擇性及抗干擾能力要好；分析操作的步驟簡要；試劑用量少，穩(wěn)定性好；成本要低，價格便宜，以利于推廣。

世界著名的八大公害事件之一，發(fā)生在20世紀(jì)40年代初期的美國洛杉磯市。

這個城市是美國西部的太平洋海濱城市，臨海、靠山、自然風(fēng)景優(yōu)美，常年陽光明媚，只有幾天下雨，氣候溫和。自從1936年在洛杉磯開發(fā)石油以來，特別是二次世界大戰(zhàn)后，洛杉磯飛機(jī)制造和軍事工業(yè)迅速發(fā)展，洛杉磯變成美國西部地區(qū)的重要海港。其工商業(yè)發(fā)達(dá)程度僅次于紐約和芝加哥，是美國第三大城市。隨著工業(yè)發(fā)展和人口劇增，洛杉磯在20世紀(jì)40年代初就有汽車250萬輛，每天消耗汽油1600萬升。市內(nèi)高速公路縱橫交錯，占全市面積的30%，每條公路通行的汽車每天達(dá)168萬次。由于汽車漏油、汽油揮發(fā)、不完全燃燒和汽車尾氣，每天向城市上空排放大量碳?xì)浠衔锏任廴疚?。洛杉磯地處太平洋沿岸的一個口袋形地帶之中，三面環(huán)山，一面臨海。雖然在海上有相當(dāng)強(qiáng)勁的地面風(fēng)，但此風(fēng)并不穿過海岸線。在海岸附近和沿著近乎是東西走向的海岸線上吹的是西風(fēng)或西南風(fēng)，而且風(fēng)力弱小。這些風(fēng)將城市上空的空氣推向山岳封鎖線。再加上該地區(qū)常出現(xiàn)的反氣旋、下沉氣流、逆溫等因素造成污染物滯留在市區(qū)上空久久不散。因此，特殊的地形和氣象條件為光化學(xué)煙霧形成提供了天然的反應(yīng)器。從20世紀(jì)40年代初開始，每年夏季至早秋的晴朗日子，洛杉磯城市上空就會出現(xiàn)一種彌漫天空的淺藍(lán)色光化學(xué)煙霧，這種煙霧中含高濃度臭氧、過氧乙酰硝酸酯、乙醛和其他氧化劑。使整座城市上空變得渾濁不清。這種煙霧使人眼睛發(fā)紅，咽喉疼痛，呼吸憋悶、頭昏、頭痛。1943年以后，洛杉磯光化學(xué)煙霧更加肆虐，以致遠(yuǎn)離城市100 km以外的海拔2000 m高山上的大片松林也因此枯死，柑橘減產(chǎn)。1952年的一次光化學(xué)煙霧中，洛杉磯市的65歲以上的老人死亡達(dá)400多人。

中國甘肅蘭州市西固地區(qū)20世紀(jì)70年代起常出現(xiàn)光化學(xué)煙霧事件，引起當(dāng)?shù)鼐用竦难劬t腫、流淚以及呼吸道刺激。經(jīng)研究，這一地區(qū)的光化學(xué)煙霧形成的原因主要和當(dāng)?shù)氐臒捰蛷S和發(fā)電廠的大量碳?xì)浠衔锖偷趸衔锱欧乓约疤厥獾纳焦鹊匦斡嘘P(guān)。從那以后，我國的一些大城市和主要人口與經(jīng)濟(jì)區(qū)域也出現(xiàn)光化學(xué)煙霧。雖然這方面的相關(guān)健康和經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)極為缺乏，但我國的光化學(xué)煙霧污染的程度卻不容忽視。據(jù)北京市環(huán)保局統(tǒng)計(jì)，北京市近年臭氧污染越來越嚴(yán)重，2004年臭氧超標(biāo)日達(dá)到67天。2005年6月30日下午北京市北郊地區(qū)觀測到的臭氧小時平均值高達(dá)286ppb。