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大气污染对大气能见度和气候的影响

发布时间:2014-07-16 00:00 作者:北纳创联
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(一)对大气能见度的影响

大气污染最常见的后果之一是使大气能见度降低。一般来说,对大气能见度或清晰度有影响的污染物是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体。因此,对能见度有潜在影响的污染物有:①总悬浮物颗粒物(TSP);②SO2和其他气态含硫化合物,这些气体在大气中以较大的反应速率形成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子;③NO和No2,在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子,在某些条件下,红棕色的NO会导致烟羽和城市霾出现可见色;④光化学烟雾,这类反应可生成粒径达亚微米级的气溶胶粒子。

能见度是指在指定方向上仅能用肉眼看见和辨认的最大距离:①在白天能看见地平线上直指天空的一个显著的深色物体;②在夜间,能看见一个已知的、最好未经聚焦的中等强度的光源。观测能见度时观测者通过对指定方向上一个目标的反差度的估计而对光衰减进行主观评价。如果观测者视力完好,则这种反差度极限估计为2%。通常认为,普通观测者需要接近5%的反差度才能辨别出以背景为衬托的物体。

反差度的降低及大气能见度的下降,主要是大气中微粒对光的散射和吸收作用造成的。还有一些散射是空气分子引起的,这就是瑞利散射过程。大气中由散射引起的光衰减,主要是由大小与入射光波长相近的粒子造成的。可见光波长约为O.4~O.8 pm,其最大强度为O.52 pm。因此,粒径处于0.1~1.O”m的亚微米范围内的固体和液体粒子对能见度的影响很大。城市大气中硫酸盐的粒径大多小于2 um,粒径分布峰值为O.2~0.9肛m,因而这类气溶胶的存在会引起能见度明显下降。

大气能见度的降低不仅会使人感到不愉快,而且会造成极大的心理影响,还会产生交通安全方面的危害。

假设光衰减只是由于微粒散射造成的,微粒为尺寸相同的球体,且分布均匀,则能见度L。(m)可按如下近似方程估算:


式中:p——视线方向上的颗粒浓度,mg/m。;

pp——颗粒的密度,kg/m。;

dp——颗粒直径,肚m;

K——散射率,即受颗粒作用的波阵面积与颗粒面积之比。根据范德赫尔斯(Van de Hulst)提出的数据,不吸光的球体散射率K值一般为1.7~2.5。

实测数据表明,在空气相对湿度超过70%时,按式(2—2)计算能产生较大误差。因为天然的气溶胶微粒及很多大气污染物都是吸湿的,在相对湿度为70%~80%的范围内开始潮解或发生吸湿反应,从而使颗粒物粒径增大。

【例2—2】 大气中悬浮物的平均粒径为1.O pm,密度为2500 kg/m3,如果散射率K=2,能见度为8000 m时颗粒物的浓度是多少?

解:将各数据代入式(2—2)得出:

这是城市大气中颗粒物浓度的典型值。当大气能见度低于8000 m时,飞机的起降率必须减少。

(二)对气候的影响

大气污染对能见度的影响主要是美学性质的。但是,如果大气污染对气候产生大范围影响,则其结果肯定是极为严重的。已被证实的全球性影响有CO2等温室气体引起的温室效应,以及S02、N0x排放产生的酸雨等。除此之外,在较低大气层中的悬浮颗粒物形成水蒸气的“凝结核”,当大气中水蒸气达到饱和时,就会发生凝结现象。在较低温度下,水蒸气会凝结成液态小水滴;当温度很低时,则会通过凝华或凝结一冻结形成冰晶。这种“凝结核”作用有可能导致降水的增加或减少。一些研究结果证明,在颗粒物浓度高的城区和工业区,降水量明显大于其周围相对清洁区。人工降雨就是通过对云催化造成冰核增加来实现的。另外有一些研究表明,悬浮颗粒物浓度增大能使降水量减少。

一些研究者认为,伴随大规模气团停滞的大范围霾层也具有一定的气候学意义。由于太阳辐射的散射损失和吸收损失,大气气溶胶粒子能导致太阳辐射强度降低。计算表明,在受影响的气团区域,辐射一散射损失会致使气温降低1℃。虽然这是一种区域性影响,但它在很大地域范围内起作用,以致具有全球性影响。

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