紙漿

[拼音]：wuran qixiangxue

[英文]：pollution meteorology

研究大氣運動同大氣中汙染物相互作用的學科。它是現代氣象學的一個分支，也是環境科學的重要組成部分。

發展過程

產業革命以來，工業飛速發展，人口急劇增長，消耗了大量的煤、石油、天然氣等燃料，排出的二氧化硫、二氧化碳等大氣汙染物的數量日益增多。早在1861年就有學者指出，大氣中二氧化碳含量增加，溫室效應會增強，可能影響氣候。1921年，英國為了弄清軍事上施放毒氣的氣象條件，開始進行大氣擴散實驗。40年代，原子能工業興起，一些國家開始進行放射性物質汙染預測和控制的研究，促進了大氣擴散實驗和理論研究的發展。50～60年代，一些工業集中的地區和城市相繼發生嚴重的大氣汙染事件。其原因一是排入大氣中的汙染物數量大和濃度高；二是氣象條件不利於大氣汙染物的擴散和遷移。為了控制和消除大氣汙染，一些國家開展了城市或區域性的大氣汙染物輸送、擴散、遷移和轉化規律的實驗和研究，並在一些汙染嚴重的地區開展了大氣汙染預報的研究。70年代，在全球範圍內出現了頻繁的氣候災害，如非洲出現嚴重乾旱等，人們把這些現象歸因於大氣汙染。這樣就推動了許多氣象學者不僅進行氣象因素對汙染物擴散影響的研究，而且開展了大氣汙染對天氣、氣候影響的研究。同時，高空飛行器對平流層的汙染以及汙染物在平流層和對流層之間的遷移轉化，促使人們研究全球性的大氣汙染與氣象的關係。在此基礎上，氣象學分櫱出一個新的學科──汙染氣象學。

研究內容

汙染氣象學主要研究近地層大氣運動引起的汙染物擴散、輸送、遷移和轉化過程，以及大氣汙染對天氣和氣候變化的影響。

大氣運動對汙染物擴散的影響

汙染物在大氣中的擴散和輸送受風和溫度的空間分佈的制約，而大氣湍流運動則引起汙染物的稀釋和再分配。風和溫度的空間分佈、大氣湍流狀況同地形、下墊面狀況（水面、陸面、植被、城市等）有密切關係。地形和下墊面等狀況不同，也會影響汙染物的輸送和擴散過程。

平原地區：風向和風速在某一水平面上是均勻的。某一汙染源排放的汙染物受當地風向頻率的影響，最高風頻的下風地區受汙染的次數最多。在晴天的夜間，風速較小時，近地面幾百米高度出現輻射逆溫層，大氣穩定，汙染物的擴散能力差。在中午前後，溫度垂直遞減率每100米可大於1℃，熱力和動力湍流發展，大氣很不穩定，汙染物的擴散能力增強。

沿海（或濱湖）地區：由於海陸風的交換，有時低層排放的汙染物被海陸風輸送到一定距離後，又會被高空反氣流帶回到原地，導致原地汙染物濃度的增加。由於水陸氣溫的差異（春、夏季水面氣溫低於陸面，而秋、冬季則相反），在冷水面（或陸面）形成的逆溫層的空氣流經暖陸面（或水面）逆溫層被破壞，逆溫層上部積聚的汙染物被熱對流帶到地面，在短時間內會產生汙染物濃度增高的“薰煙過程”。

此外，由於陸面的粗糙度大於水面，水陸溫度差異，造成大氣穩定度的差異，大氣擴散能力也出現很大差異，一般說來，陸面的大氣擴散引數大於水面。

山區：由於地形起伏，造成日輻射強度和輻射冷卻不均而引起的熱力環流，稱為地形風。在地形的影響下，山谷中不同位置、不同高度的大氣運動狀況不同，對汙染物的輸送能力也各不相同。

城市：熱島效應使城市溫度的垂直分佈在白天和夜晚都是遞減的，形成城市混合層。汙染物的垂直擴散受到限制，混合層內的汙染物濃度趨於均勻。熱島效應形成熱島環流，還會增加輻合區的汙染。輻合上升氣流使高煙囪的煙氣上升，減少了對城市的汙染。由於城市對氣流的擾動和城市大氣的熱對流造成的湍流比平原地區強，所以城市大氣擴散的能力比平原大得多。

在重力作用下，大氣中一些顆粒物會沉降到地面。大氣降水能沖洗大氣中的汙染物。雨雪在降落過程中通過碰撞而捕獲大氣中的顆粒物，捕獲量同雨滴大小、顆粒物大小和密度有關。雪花比雨滴體積大，降落慢，同樣的降水量，雪的沖刷能力比雨大。氣態汙染物是通過分子擴散被雨雪溶解的，氣體的分子擴散係數越大，溶解度也越大，清洗作用也就越大。因此降水的沖刷作用能使大氣中的汙染物濃度顯著減低。

氣象因素對汙染物分解和化合的作用

汙染物在大氣環境諸因素的影響下發生極為複雜的化學反應。這些反應可使汙染物毒性增強或減弱，或者喪失，或者形成新的汙染物。二氧化硫在日光照射下可氧化成三氧化硫。三氧化硫溶於大氣中的水，形成硫酸霧。二氧化硫也可溶於水，形成亞硫酸，再氧化成硫酸。氮氧化物與臭氧化合溶於大氣中的水，可形成硝酸。硫酸和硝酸可使雨水酸化，也可能與其他物質化合形成鹽類。氮氧化合物和碳氫化合物共存於大氣中，經紫外線照射，會發生光化學反應而產生危害甚大的光化學煙霧。

大氣汙染對區域性氣候的影響

大氣汙染對區域性地區氣候和區域氣候也會發生影響。由於大氣汙染，英國倫敦和曼徹斯特曾出現過這樣的情況：一年中有兩百多天中午的能見度不到10.5公里。由於能見度降低，受汙染地區的太陽輻射量比周圍地區少15～20％，而紫外線則少得更多。

城市汙染源向大氣中排放大量顆粒物。這些顆粒物作為凝結核把水氣凝聚成水滴，在熱島輻合上升氣流的作用下造成降水。據英國和北美幾個城市統計，這些城市的降水量比郊區多5～10％。

大氣汙染的全球效應

大氣汙染對全球氣候的影響，也是汙染氣象學的一個重要的研究內容。從19世紀開始，大氣中的二氧化碳在不斷增長，1860年為290ppm，1958年為313ppm，1971年又增至323ppm。二氧化碳吸收太陽和地面的紅外輻射形成溫室效應，會使地面溫度增加。不過50年代以來全球二氧化碳排放量雖然增多，但氣溫反而下降。關於這個問題還需要探討。

大氣中的飄塵有三分之一是人為排放的。過去認為飄塵具有“陽傘效應”，它能反射和吸收太陽輻射能，特別是減少紫外光的透過，使地面獲得的太陽輻射能減少，引起氣溫降低。以後的模式試驗表明，飄塵增加不多時，地面有增溫現象。個別科學家甚至認為，飄塵越多，增熱效果越大。因此，飄塵的全球效應仍是值得繼續研究的問題。

人類消費能源所釋放的熱量也有增溫的效應。據估計，當前全球人為釋放的熱量約相當於全球接受的太陽輻射能量的萬分之一。即使今後人口增加到200億，人為釋放的熱量也只有全球接受的太陽輻射能量的 0.5％左右，只能使地面氣溫增加1℃。美國和澳大利亞等國學者根據地球上不同地區的用能分佈進行數學模式計算，認為在近期人類使用能量的水平上，對氣候尚不至於有顯著的影響。

以上表明，大氣汙染對某些區域性地區氣候有顯著的影響，但它的全球效應尚未得到確切的結論。