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1、大气气溶胶的环境效应付培健(兰州大学大气科学学院兰州730000)摘要：大气气溶胶在气候研究、污染气象与人体健康等领域是热点问题。针对这一问题已开展过许多观测研究和模式研究。但是由于气溶胶问题的复杂性以及对气溶胶的观测历史短,至今尚缺少全球范围的气溶胶系统观测资料,所以在这些领域尚缺少定量化的研究结果。根据国内外开展的研究工作和一些初步的结果，概述近期国内外对气溶胶的观测研究状况及结果,介绍了今后将要在这一领域开展的研究工作。关键词：气溶胶；气候变化；灰霾；大气环境1大气气溶胶特征气溶胶是指悬浮在空气中的，由固
2、体和液体微粒与气体载体共同组成的多相体系。产生气溶胶的源很多,沙漠地区、干旱或半干旱地区裸露地面、火山喷发口、海洋洋面等都是自然气溶胶源，此外，人类活动也向大气排放大量的气溶胶。小粒径的气溶胶粒子（0.1-10μm）能在对流层中悬浮超过数十天,在平流层中可悬浮一年以上；大于这一范围的气溶胶能对太阳短波辐射和长波辐射有较强的吸收作用,但是在空中停留时间很短；小于这一范围的气溶胶其辐射效应也小。通常认为粒径在这一范围的气溶胶为稳定气溶胶,产生主要的辐射效应。气溶胶粒子间的碰并和粒子与云滴、雨滴的并合是对流层中气溶胶
3、清除的主要过程。另外气溶胶作为凝结核,在过饱和的大气中凝结水汽形成云滴、雨滴,也是对流层中气溶胶清除的重要过程。普遍认为对流层内的尘埃气溶胶(dustaerosol)对地球的冷却作用不是十分重要的,因为它们在降水和核化过程中很快被清除。由火山喷发的硫化物在大气中产生硫酸盐气溶胶能达到对流层以上的平流层,因而对全球气候的冷却效应有较大的影响。激光雷达和卫星探测表明这类气溶胶层可由对流层顶(tropopause)向上伸至30km高度。这层气溶胶的消光系数与大气分子消光系数之比为2:6。这层气溶胶开始时，出现在热带上
4、空对流层顶部和平流层中,它们有比较固定的输送路线和清除过程。首先由上升气流带往中高纬度上空,由核化过程、凝结过程或与其它气溶胶混合,最后在中高纬度上空落入对流层中,在对流层中很快被清除。这里还包含许多清除过程,如极地下沉涡旋流清除(polarvortex)、沉降清除(sedimentation)、对流层云伸入平流层清除(cloudintrusionsintostratosphere)和由罗斯贝波驱动的对流层平流层交换过程的清除(isentropictransport)。2气溶胶的气候效应气溶胶的气候效应，我们在
5、文献[1]中已经有过一些讨论。近十几年来,对中国近海和西北太平洋地区沙尘气溶胶元素入海通量的国际观测项目,揭示了沙尘暴过程和气溶胶沉降与海洋藻类暴发事件之间的关系[2]，这也成为气溶胶在全球变化过程中作用的新内容。研究发现：气溶胶对海洋中的浮游生物的繁衍活动有重要的影响。沙尘粒子富含海洋生物必需的N,P,Si等常量元素及Fe等微量元素,能够增加海洋营养盐的输入,刺激海洋生物的活动,加强藻类光合作用,促进海洋生物的生长繁殖。由源自中亚干旱区的沙尘暴将沙尘输送到数十公里的高空,大气环流又将尘埃输送到东亚沿海与西太平
6、洋，为海洋中的浮游生物提供生存的必要营养盐；而海洋生物活动又影响全球的碳循环，从而对全球气候产生影响。这一研究成果使得对气溶胶间接影响气候的认识进一步深化。3大气气溶胶与人体健康随着城市化的进程加快，城市机动车的剧增与煤炭消耗量加大，导致城市灰霾（PM2.5)问题日益严重。灰霾是指粒径小于2.5μm的气溶胶粒子，即PM2.5，是大气气溶胶的细小粒径部分。灰霾易于随大气而飘动，在大气中停留的时间长。今年1月北京等大城市出现持续大范围的灰霾天气，PM2.5浓度频频超过300μm/m3，引发的社会广泛的关注。根据20
7、12年9月中国科学院启动的战略性先导科技项目研究结果，北京地区PM2.5的主要来源为三个方面：机动车（25%）、燃煤（19%）以及外部输入（19%）。这个研究结果对其他的人口稠密城市也同样有意义。灰霾的组成成分及其复杂，大部分有害元素和化合物都富集在细颗粒物上。检测到的主要成分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、含碳颗粒（包括元素碳和有机碳。元素碳主要产生于高温燃烧过程，有机碳主要来自相对低温的燃烧过程）、重金属、地壳物质，微生物、毒素等多种有害物质。对于大气中小于2.5μm的颗粒物是可以深入人体肺泡并产生沉积，进入血液循
8、环，导致与心肺功能障碍有关的疾病。PM2.5与人体呼吸系统疾病关系比较密切，直径越小进入呼吸系统位置越深。短期暴露即可诱发肺部疾病，如哮喘、急性气管炎、呼吸道感染。长期暴露会导致肺功能下降，慢性支气管炎等。医学观察表明：PM2.5浓度增加与呼吸道疾病患者人数增加显著相关，PM2.5的增加可引起儿童哮喘急诊室就诊率的增加。发表于国际权威医学杂志《柳叶刀》的“2010年全球疾病负担评估”报
