中国气溶胶污染：当前和未来对环境的影响外文翻译资料

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毕业论文

英文翻译

原文标题 Aerosol pollution in china: Present and future impact on environment

译文标题 中国气溶胶污染：当前和未来对环境的影响

中国气溶胶污染：当前和未来对环境的影响

Xuexi Tie ^a , Junji Cao ^b,

^a National Center for Atmospheric Research, Boulder, CO, USA

^b SKLLQG, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, No. 10 Fenghui South Road, High-Tech Zone, Xirsquo;an 710075, China

摘要：随着城市化进程加快，中国经济增长带来的极端空气污染问题尤为突出。特别是京津地区，长三角地区（YRD）和珠三角地区。空间观测表明，这些地区大气污染物的浓度比欧洲和北美洲的城市化地区高出许多。气溶胶的浓度高于其他环境问题，如对人体健康，可见度和气候变化的影响。在本文中，讨论了这些人口密集区域（CEC，YRD和PRD）气溶胶污染的几个关键问题，包括当这些地区气溶胶负荷开始迅速增加时，高气溶胶浓度如何影响环境的和这些地区在低气溶胶负荷下可能发生的潜在后果是什么。对于这些关键问题的讨论可以为中国油墨污染物经济发展的特征提供理论依据。

21世纪，城市化进程将迅速加快，将成为影响全球各个地区，各个层面空气质量的主要因素。根据联合国近期估计，1950年的大城市数量已经从1950年的1个增加到2000年的19个，到2015年将达到23个。在中国东部的海岸线，许多大城市包括四个大城市（见图1）。密集的城市化对大气环境有重要的影响，这种高气溶胶污染主要是由人为活动造成的。根据国际能源局的统计，中国的能源消费量从1973年到2002年增长了300％以上.2003年中国煤炭使用量为1502 TG（10^12g），美国为976GT。 相比之下，中国的原油使用量为234 TG，美国则为864 TG。已知煤的使用产生比油燃料更多的SO 2和气溶胶颗粒。 （Cao et al。，2003a，b; Deng et al。，2008; Sunetal。，2004; Wu，Tie，Deng，2006; Wuetal。，2005） ; Zhang et al。，2006）。

图1中国大城市的分布情况。 小红点代表人口超过100万的城市，较大的橙点显示人口超过1000万的大城市的位置。 蓝色圆圈表示CEC，YRD和PRD区域。 （为了解释这个图例中的颜色参考，读者参考文章的网页版本。）

高气溶胶污染对人类健康，耕种和自然生态系统，可见度，天气，辐射强迫和对流层氧化（自清洁）能力产生广泛的后果（Tie et al。，2005）。对于气候影响，气溶胶导致直接辐射强迫，因为它散射（Charlson，Lovelock，Andreae，＆Warren，1987; Charlson et al。，1992; Tegen，Koch，Lacis，＆Sato，2000）并吸收（Jacobson，2001; Ramanathan，Crutzen＆Kiehl，2001; Ramanathan＆Vogelmann，1997）大气中的太阳辐射。气溶胶也改变了液态水，冰和混合相云的形成和降水效应（Charlson等，1987），从而导致与云特性相关的这些变化受到间接辐射强迫。除气候和天气外，气溶胶对人体健康也有重要影响。中国环境规划署在2003年指责中国的空气污染造成411,000人过早死亡，主要是肺和心脏病。 Tie，Wu和Brasseur（2009）分析了珠三角地区雾霾数据表面测量52年的历史，显示1954年至2006年间气溶胶污染事件发生率急剧增加，随后带来的是肺癌发病率显著增加。高气溶胶浓度通常会导致低能见度。据邓等人（2008年）的研究资料可知，由于珠三角地区高气溶胶浓度，1975年以后，低能见度天数的出现大幅增加。在本文中，我们将重点讨论中国东部沿海地区，包括三个快速发展区域（CEC，YRD和PRD）的气溶胶污染特征，气溶胶污染对环境的影响的几个关键问题将在以下几个方面进行讨论，以便了解污染控制策略，并对污染地区进行研究。

2、中国目前的气溶胶污染

2.1、气溶胶污染的特征

中国气溶胶污染主要有两种：（1）人为气溶胶污染和（2）矿物粉尘气溶胶污染。根据Guinot等人（2006）资料可知，人造原始气溶胶颗粒在北京地区受到有机物质（52％）和硫酸盐颗粒（28％）的影响，其次是硝酸盐9％），铵（8％）和烟灰（3％）颗粒。这些颗粒通常是小的（半径小于0.5mu;m）。如以下部分所述，这些小颗粒在引起低能见度和影响人体健康方面起主要作用。由于这些小颗粒主要是通过人为排放（交通工业，生物质燃烧等）产生的，因此它们的高浓度通常与主要城市相关（见图2（a）），如CEC，YRD和PRD区域如图1所示。矿物粉尘颗粒的大小与人造颗粒相比较大（半径大于0.5mu;m）（Zhang，Han，Cheng，＆Tao，2009）。小人造颗粒和大矿物粉尘颗粒之间有几个不同的特征。 （a）与人为颗粒相比，矿物粉尘颗粒的季节变化非常旺盛。据张等人（2006）资料可知，矿物粉尘事件主要发生在春季，而各季气溶胶污染均存在。 （b）矿物粉尘和人为气溶胶之间的空间分布差异很大。如图所示。如图2（b）所示，最高的灰尘浓度位于戈壁沙漠，灰尘被运送到中国北方，西部盛行风吹雨季。这些污染物在中部地区有重要的环境影响，但是在三江源地区和珠江三角洲地区只有轻微的影响。 （c）由正电（碱）离子Mg2 ，Ca2 ，K 等组成的矿物质的化学成分。然而，人为的颗粒主要由负离子（酸性物质）SO42-，NO3和不溶性化学成分（碳黑色和有机碳）（Guinot et al。，2006; Sun et al。，2004）。在下雨期间，灰尘和人为气溶胶颗粒的共生产生中和降水的酸度，导致CEC地区酸雨少。 （d）尘埃事件的起因主要是由于风速，土壤和对流条件等自然强迫造成的。相比之下，人为气溶胶污染主要是通过人类活动，如郊区化和工业化生产。在中国，人类活动是造成气溶胶污染的重要原因。

图2 中国气溶胶光学深度（AOD）的卫星测量（MODIS）。 上层和下层在2000年9月分别显示了细小（半径lt;0.5米）和粗糙模式的AOD（Tie等，2006）。

2.2、气溶胶污染的长期趋势

为了了解原因并制定人为气溶胶污染的有效控制策略，我们首先需要知道高人造气溶胶污染物何时开始迅速增加。 在PRD区域（如图3所示）的长期（1954-2005）系列气溶胶光学延伸系数（以Mm-1为单位的AEC; 1 Mm-1 = 10-6 m-1） 用于研究中国东海岸气溶胶的历史趋势（Deng et al。，2008; Tie et al。，2009）。 图。 3表明，20世纪70年代以前人为气溶胶污染非常低。 20世纪70年代中期，经济发展迅速增加，气溶胶含量开始上升。 20世纪80年代中期气溶胶污染达到最大值，至今仍保持高位。通过利用与经济发展和清洁能源的使用相关的气溶胶趋势，分析了长期趋势，

DAt =dAt dt〜Ei-Ec

其中At代表气溶胶载荷; DAt，气溶胶负荷的衍生（趋势）; Ei，由经济发展引起的气溶胶排放量的增加;和Ec，使用清洁能源减少气溶胶排放。在第1期（20世纪70年代之前），Ei和Ec都很小，气溶胶的趋势接近于零。在第二阶段（20世纪70年代中期到80年代中期），中国经济发展初期，气溶胶趋势迅速增加，清洁能源的使用受到限制（Ei Ec）。在第三期（从20世纪80年代中期到现在），气溶胶趋势（DAt）下降到一个小的值（接近零），表明尽管经济发展仍然很快，但清洁能源的使用显着增加到Ec），保持气溶胶负载在高但恒定的水平。目前，发达国家（如美国和欧洲国家）气溶胶水平正在下降，表明其Ec大于Ei。随着中国使用清洁能源的努力越来越多，气溶胶水平最终会下降，这可以视为第四期（未来一段时间）。应该指出的是，随着气溶胶污染的减少，如美国和欧洲国家已经发生的O3浓度增加，将会有一些负面影响。

图3 从1950年代到2000年，中国广州的气溶胶消光系数（AEC）长期趋势记录（Tie et al。，2009）

2.3 气溶胶污染的影响

2.3.1、对可见度的影响

气溶胶对可见度有明显的影响，可见性差可以阻止公路运输，造成日常生活和经济发展的困难。图4显示了由于天津和北京（CEC地区两个大城市）的能见度差，高速公路关闭，这种情况通常发生在春天。影响可见度的气溶胶粒子的评估需要详细的气溶胶信息，例如其大小和组成。需要考虑的重要因素包括气溶胶颗粒的吸湿生长和气溶胶与雾形成之间的相互作用。首先，气溶胶颗粒散射并吸收太阳辐射以减少可见光。在高气溶胶浓度下，可见光的减少会产生较低的可见度。据邓等人（2008）在珠三角地区，当气溶胶质量浓度（PM10，半径小于10mm的总气溶胶质量）超过100g / m3时，发生低能见度（小于10km）。目前，PM10在环境保护方面得到广泛的应用。然而，PM10的价值是不确定的可见度范围。例如，对于两个不同的条件，即质量浓度（M1 = M2），但不同的平均半径（R1 / = R2），可视化范围（VR）可以通过以下表达式显示不同（谢，陶，周，1999）：

VR=3.912/^~1/A (1)

VR1/VR2=A2/A1=R2^2/R1^2 N2/N1=R1/R2 (2)

其中VR1和VR2分别表示两种条件下的可视范围;气雾灭灭系数; A1和A2气溶胶区域（R1^2N1和R2^ 2N2）; N1和N2为气溶胶。由于N = M /（4 R3 / 3），M1 = M2，N2 / N1的比值可由N2 / N1 =（R1^3 / R2^3）。

图4 由于天津与北京，CEC地区两个大城市的能见度极低，公路封闭

图5显示了对于相同的气溶胶质量浓度（例如PM10 = 100g / m 3）的溶胶聚合物的可见性。例如，当气溶胶颗粒的半径小于1mu;m时，能见度小于10km（可见度差）。增加气溶胶的大小（e.g.PM10=100g/m^3），可见度显着提高了溶质浓度的变化。这是评估气溶胶对可见度的影响的重要参数之一。第二，大气中水蒸气的气溶胶吸湿增长可以显着影响可见度范围。根据Martin，Jacob，Yantosca，Chin和Ginoux（2003）的观点，气溶胶颗粒的吸湿强度取决于气溶胶的组成，如图1所示。气溶胶粒子的大小在高相对湿度（RH）下快速生长，生长速度很大程度上取决于气溶胶组成。例如，相对湿度（RH）为50％时，颗粒大小分别增加了60％，35％，20％，0和0，并且分别增加了盐，硫酸盐，有机碳，碳黑和碳粉。相对湿度（RH）为80％ ，分别增加了100％，55％，50％，20％，而对于盐，硫酸盐，有机碳，炭黑和粉末分别增加了100％，55％，50％，20％和70％，造成气溶胶颗粒沉积反射，导致了可见度的降低。

图.5作为气溶胶粒子浓度（例如PM10 = 100g / m 3）的气溶胶粒度（mu;m）的函数的可见度范围（km）。 例如，气溶胶颗粒大于1. m，可见度小于10公里（可见性差） 随着气溶胶颗粒尺寸的增加（大于1mu;m），可见度显着提高，不能改变气溶胶的浓度

当气溶胶粒子的大小由于因子增加而增加时，由于因素4引起的渗透性增加，从而导致了因素的影响。例如，如果可见度范围为20km（非常好的可见度）的干燥气溶胶，则可见度范围可以降低到5km （非常差的可见性）由于气溶胶颗粒的吸湿生长。根据理论，作为CCN的云母凝胶粒子（云凝结核）需要阈值过饱和条件S *（RH〜100.6％）达到R *（R〜0.1m）的阈值粒径（参见图6.2 Wallace＆Hobbs，1977）。即使大气湿度饱和（RH = 100％），即使溶解后的颗粒尺寸（R）小于R *，也不能形成云雾。然而，对于半径为Rgt; R *的大型气溶胶颗粒，随着气溶胶浓度的变化而变化。随着大气溶胶颗粒（大小gt;0.1mu;m）的变化，雾形成的发生比没有气溶胶颗粒更为频繁，导致公路低能见度和闭合。

图.6.气溶胶颗粒的吸湿生长作为相对湿度的函数（RH），用于不同的气溶胶，包括海盐（黄色），硫酸盐（黑色），有机碳（深绿色），炭黑（绿色）和矿物灰尘（红色）。 （为了解释参考图中的颜色图例，读者参考网页版文章。）

2.3.2、气溶胶污染对人体健康的影响

气溶胶污染会影响人体健康，特别是肺和心脏疾病。医学研究表明，暴露于车辆，

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