1.3　大气颗粒物的危害及影响

1.3.1　对人体健康的影响

大气颗粒物由于其粒径大小不同，被人体吸入后沉积在呼吸系统的部位也不同，因而对机体产生的危害也有明显差异。有研究结果表明，粒径大于10μm的颗粒物，基本上可以被人的鼻腔滞留；粒径位于2～10μm的颗粒物，则可通过呼吸进入咽喉，其中90%可进一步进入呼吸系统并沉积在呼吸道的各个部位，更有10%可以到达肺部深处，并沉积于肺中；而小于2μm的颗粒，则100%会被吸入肺泡中，其中0.3～2μm的粒子几乎全部沉积于肺部而不能排出，进而进入人体血液循环，严重影响血液系统，引起身体机能败坏。另外，滞留在鼻咽部、气管和肺部的颗粒物，也可与进入人体的二氧化硫等有害气体产生刺激和腐蚀黏膜的联合作用，损伤黏膜、纤毛，引起炎症和增加气道阻力，持续不断的刺激作用会导致慢性鼻咽炎、慢性气管炎；沉积在细支气管和肺泡中的颗粒物也会与二氧化氮等产生联合作用，损伤肺泡和黏膜，引起支气管和肺部产生炎症，而长期的持续作用还会诱发慢性阻塞性肺部疾患并出现继发感染，最终导致肺心病死亡率增高。1994年我国国家环保总局与美国国家环保局合作开展了一项名为“大气污染对人体呼吸健康影响研究”的课题，课题以兰州、重庆、广州、武汉4个城市为研究对象，对大气颗粒物浓度与人体呼吸器官疾病的相关性进行了研究。通过几年的实际跟踪调查，结果证实大气颗粒物尤其是细颗粒物浓度与儿童肺功能异常率有明显的相关性。除此之外，大气颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎或造成角膜损伤。

大气颗粒物危害的重点还在于它可以作为很多有毒物质的载体进入人体引起病变反应。原因是颗粒物粒径小、比表面积大、吸附性强，特别是PM2.5等细颗粒，很容易成为空气中各种有毒有害物质的载体，如吸附对人体危害较大的多环芳烃、多环苯类、重金属及微量元素等，而其中很多都是致癌、致畸、致突变（三致）物质，近几年发病率明显升高。研究显示，目前已经发现致癌性多环芳烃及其衍生物已超过400种，其中苯并芘是公认的“三致”有机化合物，而含氧多环芳烃和含氮多环芳烃也是潜在的诱变物。这些有毒物质在不同粒径颗粒物上的富集程度也有所不同，如95%～98%的多环芳烃富集在粒径小于7.0μm的细颗粒物上，而其中又有50%～70%富集在粒径为1.1μm以下的细颗粒上。另外，生物性颗粒物也成为大气颗粒物研究中的一个迅速发展的领域。生物气溶胶是指含有微生物和生物性物质的气溶胶，它们包括病毒、立克次体、衣原体、细菌和放线菌、真菌和苔藓等，这些粒子几乎都和某些人体疾病有关。研究生物气溶胶影响人类健康重点在于确定生物气溶胶的来源、在空气中的传播过程和人体的吸入及其在呼吸道中的沉降。

2002年美国纽约大学药学院对大气颗粒物污染与肺、心脏病所导致的死亡率之间的关系做了一份调查，调查结果表明：烟尘等细颗粒物污染与肺和心脏病死亡率关系密切，其细颗粒物所指的即为PM2.5，城市中PM2.5主要来源于化石燃料的燃烧，特别是将煤作为主要燃料的火力发电厂、燃油用的交通运输工具以及各种工业机械制造厂。对于长期生活和工作在颗粒物污染的空气下容易引发肺癌之说，该研究已经获得确凿的证据。该研究通过对1982～1998年期间所采集到的50万例分析数据表明：空气中的细颗粒每增加10μg/m3，肺癌致死的危险就增加8%，心脏病死亡率则增加6%，总死亡率增加4%，而研究并没有发现疾病死亡率和总悬浮颗粒物以及粗颗粒相关。可见大气颗粒物对人体的危害是不可忽视的，尤其是2.5μm以下细颗粒的危害更严重，而这些颗粒却是最难清除的。

1.3.2　对环境气候的影响

1.3.2.1　对能见度的影响

大气颗粒物除对人体健康产生不良影响以外，还会对能见度、酸沉降、云、降水、大气辐射平衡以及平流层和对流层的化学反应等造成重要影响。其中对能见度的影响是人们较关心的问题，一些研究表明，大气颗粒物对可见光的散射、吸收以及大气中NOx等气态污染物是降低能见度的主要原因，而颗粒物的散射作用对能见度的影响尤为突出，在颗粒物浓度较高时可降低能见度60%～90%。不同粒径颗粒物对能见度的影响也不尽相同，对于TSP中较大颗粒物对可见光的散射作用不是很大，而细颗粒的散射作用则明显增强，尤其是其粒径大小与可见光波长相近的颗粒引起的散射作用最大。所以，很多学者认为通常PM2.5是降低能见度的主要颗粒物。另外，颗粒物对光的散射效应不仅仅与颗粒物的大小有关，也与颗粒物的组成成分有关，颗粒物中硫酸盐、元素碳和硝酸盐都是可以散射可见光的物质，其中硫酸盐、元素碳对散射的贡献率较大，对细颗粒是20%～30%，对粗颗粒是10%～20%，而硝酸盐的贡献率相对较低。也有一些文献认为，元素碳的吸光系数为5%～20m2/g，远远大于其他物资的吸光系数，所以颗粒物对光的吸收主要是元素碳引起的，特别对于细颗粒。另外，城市中的汽车排放的尾气和空气中悬浮的颗粒物，在特定的光辐射条件下，可形成光化学烟雾污染，产生大量的二次气溶胶粒子，主要是爱根核态粒子（0.01～0.1μm）和积聚模态粒子（0.1～2μm），尤其是积聚模态粒子，其消光系数最大，是光化学烟雾污染期大气能见度明显降低的主要原因。

1.3.2.2　对温度的影响

除此之外，大气颗粒物的危害还表现在减弱了阳光对地面的辐射，影响了地面和大气系统的能量收支平衡，从而影响了气候及各种环境因子，包括降低地表温度，影响风速、风向、湿度等。研究证明，颗粒物能反射和吸收太阳辐射能，减少紫外光抵达地球表面，使得可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，导致地面温度降低，高空的温度增高。有文献报道，当PM10浓度达100μg/m3时，到达地面的紫外线减少7.5%；当PM10浓度达600μg/m3时，到达地面的紫外线减少42.7%；当PM10浓度达1000μg/m3时，到达地面的紫外线减少60%。美国科学家公布的一项研究表明，煤烟颗粒是造成近一百多年来地球表面温度升高的重要原因之一，其危害程度是温室气体二氧化碳的2倍。美国宇航局戈达德空间研究所的科学家利用气象模型，研究沉积在雪和冰上的煤烟颗粒对大气的影响。他们发现，纯净的雪和冰通常可反射90%的太阳光，而因煤烟污染而变暗的雪和冰却能吸收更多的太阳光。地球上各个地域煤烟沉积的比例各不相同，根据模型判断，煤烟颗粒使北极地区的光反射率降低了1.5%，使北半球陆地的光反射率降低了3%。据报道，被吸收的阳光能导致冰雪融化，从而进一步提高冰雪对太阳能的吸收率。当雪融化为水后，就能吸收90%的太阳光，从而导致温度上升。煤烟对大气的影响复杂，且未被科学家完全理解。煤烟颗粒是黑色的碳和有机化合物的结合体，两者对地球表面温度的影响不同：碳导致气温上升，有机化合物导致温度下降。颗粒物对温度的影响作用程度，还有待进一步研究。

1.3.2.3　对降水的影响

城市污染源向大气中排放大量颗粒物，这些颗粒物作为凝结核把水气凝聚成水滴，而后造成降水。另外，大气颗粒物除了作为云凝结核对云的宏微观特征及云中的化学过程有重要影响外，还能影响云下雨水的酸化问题。这主要由于颗粒物中的金属氧化物、硫酸盐及氯化物粉尘颗粒对二氧化硫具有催化氧化效果，可作为硫酸气溶胶的凝结核，它们在一定的湿度环境下吸收空气中的SO2、SO3及H2SO4生成较大的雾滴，形成散布于空气中的气溶胶，从而引起酸雨。

重庆市是我国酸雨较严重的地区之一，其酸沉降状况具有代表意义。在对重庆市酸雨的研究中发现，大气颗粒物对降水的酸度有不同程度的影响。TSP中酸性细颗粒物能长距离迁移形成区域性酸雨污染，对酸雨形成具有重要的影响。酸式盐可有效增加雨水酸度，而碱式盐可明显降低雨水酸度，且固定源的污染比流动污染源更强。我国长沙地区曾经出现的黄雨，经综合化学组分分析得出其本体基质为酸雨，有关黄雨的观察分析对研究酸雨等大气环境污染问题有很好的参考价值。而大气降尘在其沉积过程中有一个重要的去除机制，能使大气中的酸性气溶胶下降，减少酸雨发生的可能性。

大气颗粒物碱性成分及其对酸的缓冲能力已有研究，可以采用可溶碱性钙盐代表颗粒物的可溶碱性组分，既研究大气颗粒物对降水的酸碱中和能力，但国内外与此有关的研究中涉及碱性成分在粗细颗粒物中的分布较少，不同粒径颗粒物的去除机制不同。我国是世界上第三大酸雨区，酸雨机理研究在改善酸雨污染中极其重要，为了给今后我国酸雨的发展趋势的预测提供重要的依据，尽可能多级提取颗粒物，给模式计算提供更有价值的模拟条件。多数重金属浓度受气象条件的影响，降雨对空气颗粒物各元素浓度有明显抑制作用。