当前世界环境

介绍

悬浮在空气中的固体或液体颗粒称为气溶胶。这些颗粒的直径一般在1nm到10 μm之间¹．大气气溶胶有多种自然和人为来源，如地壳、火山喷发、海洋和海洋喷雾、工业、生物质燃烧和车辆交通等。在过去的一段时间里，来自人为来源的气溶胶产量显著增加。研究报告指出，大气气溶胶对空气质量、能见度、云的形成和大气化学、辐射收支等有很大的影响。此外，它们对人类健康也有重大影响。气溶胶的沉积影响地表反照率和水体等²．特别是，灰尘和碳质气溶胶在冰上的沉积显著影响地表反照率^3、4．然而，尽管关于大气气溶胶的各个方面的巨大研究结果，但全球气溶胶年度预算仍然具有大的不确定性^5、6、7这可以通过尝试间隙区域来估计。本文综述了大气气溶胶及其来源、在包括空气质量在内的各种大气过程中的作用和作用。

空气质量和气溶胶

城市化和工业化的持续快速增长导致大众城市的空气质量极差。根据各种国际报告，印度城市的空气质量，特别是德里空气的空气质量是最糟糕的。在500μg/ m以上时，平均SPM（悬浮颗粒物质）水平被注意到^3.(表1)20年前，在泰姬陵附近的阿格拉就报告了非常高的SPM水平⁸．PM的水平₁₀代表可吸入颗粒的气溶胶也被记录在200μg/ m以上^3.在德里的大多数地方甚至下午_2.5水平达到400μg/ m^3.在德里的冬季。然而，重要的是要注意，这些调查主要将高颗粒物质水平视为德里空气质量差的主要原因。一般来说，诸如此类的气体₂，氮氧化物含量在允许范围内。

表1:SPM的年平均值(μg/m^3.)。(资料来源:CPCB,德里)。

根据国家空气质量监测计划(NAMP)的空气质量监测数据，德里可呼吸悬浮颗粒物(RSPM)的趋势见表2。正如之前提到的，德里的空气质量基本上超过了国家空气质量标准₁₀(60μg / m^3.）到了一年。颗粒物质的主要来源是其土壤 - 粉尘，道路粉尘，施工活动，发电机组，小规模行业，生物量燃烧和车辆排放等的排放等。德里人口2580万。2010年，2030年预计将增加470万辆的车辆大约470万美元。与2001年相比，该市的能源消费量在2011年增加了57％。这么大量的车辆，能源消耗和越来越多的建设活动将进一步恶化城市的空气质量。

表2:德里市环境空气质量趋势。(资料来源:CPCB,德里)。

标准的限制

中央污染管制委员会（CPCB）已开发出称为国家环境空气质量标准（NAAQ）的标准污染物的允许限制。下午的NAAQS限制₁₀和下午_2.5已列于表3。表格列出了工业和生态敏感地区的NAAQS年和24小时平均值。

表3:环境气溶胶的国家环境空气质量标准(NAAQS)限值(CPCB, 2009)

基于PM的工业、居住、农村和生态敏感区污染等级分类₁₀表4中给出了CPCB所定义的浓度。有四个类别的viz低，中等，高和关键。点₁₀浓度超过90µg/m^3.被认为是严重污染。根据测量数据，PM₁₀浓度记录在90µg/m以上^3.在大多数德里遗址，表明空气质量差。

表4：PM的污染水平分类₁₀水平(CPCB, 2011)。

重要的是在考虑下午时提到这一点_2.5和下午₁₀作为空气质量的基础，我们不应该忘记PM的本底水平_2.5和下午₁₀由于他们对风吹尘埃的贡献，农村和城市遗址的大气气溶胶是自然的。通常，与人为气溶胶相比，这种天然气气溶胶在自然界中无毒。由于这些天然气溶胶，环境所在₂在印度地区是受控的₂被氧化到灰尘颗粒上形成硫酸钙^9、10．因此，为了判断特定位置的空气质量，除了它们的浓度，需要评估大小范围和化学组成¹¹．这将有助于以适当方式确定空气质量、其健康和与气候有关的后果。

气溶胶的形成

通过两种机制 - i）崩解作为原发性气溶胶和II）颗粒转化为二次气溶胶，形成大气气溶胶。海盐，矿物粉尘，黑碳等被排入大气中作为初级颗粒的大小尺寸。硫酸盐，硝酸铵和铵气溶胶通常通过二次气溶胶形成过程贡献，并作为细气溶胶存在。大气气溶胶的主要部分由无机物种，如铵，硝酸盐，硫酸盐，黑碳（BC），海盐，矿物质，生物溶剂和有机物种等。有机气溶胶具有重要的主要和二级来源。

类型的气溶胶

根据大小，大气气溶胶分为两类-

1. 精细模式气溶胶（D <2.5μm）

• 核型:(0.005µm < d < 0.1µm)
• 聚集方式:(0.1µm < d < 2.5µm)

2. 粗模式气溶胶:(d > 2.5µm)

总体上，气溶胶质量尺寸分布呈现细模态和粗模态，形成双峰分布^{12,13,14,15,16,17}．几名工人考虑D <1μm以进行精细模式气溶胶。在天然来源是主要贡献者的地区，质量大小分布显示粗略模式优势，而在具有人为源优势的区域中观察到精细模式优势。精细和粗模式颗粒的起源通常不同，因此它们的转化和来自大气的去除机制也不同。由于它们的起源是不同的，精细和粗模式气溶胶的化学成分也不同，因此它们的辐射性能也不同。

Aitken模式颗粒通过气体到颗粒转化方法形成。这些也在热蒸汽冷凝期间形成。Aitken颗粒是短寿命颗粒，并充当低蒸气压气体的冷凝核，这进一步生长成累积范围。通常，铵，硝酸盐和硫酸盐物质代表累积模式颗粒。术语积累被命名为，因为这些颗粒是由正常颗粒清除机制的影响，因此在大气中积聚，直至其通过沉淀去除。

大气气溶胶的来源

自然和人为来源都是大气气溶胶的来源。气溶胶的自然来源包括地壳、火山喷发、海洋喷雾等，而人为来源包括车辆、工业、生物质燃烧等。表5给出了不同气溶胶种类的主要来源。从表中可以清楚地看出，海雾是大气气溶胶的一个巨大来源，每年产生3-30 Pg的气溶胶¹⁸．破波过程中气泡的破裂是浪花产生的主要原因。海洋排放的二甲基硫化物占全球硫酸盐气溶胶的很大一部分^{19日,20日,21日}．风吹沙尘是由沙漠地区干旱表面的较大颗粒解体而产生的。^22,23．

表五:气溶胶种类的主要来源。(资料来源:IPCC第五次评估报告)。

表6总结了全球气溶胶及其前体排放预算的范围。沙尘气溶胶的浓度取决于其在地球上的位置。矿物粉尘气溶胶在中亚、中东、印度北部和中国部分地区的浓度相对较高。一般来说,所以₄^2－气溶胶占气溶胶质量的10-30％，而没有_3.^-和nh.₄⁺根据地点的不同，气溶胶约占6%。EC通常占气溶胶质量的5%以下。然而，在北美和南美等地区，OC占了相当大的比例，高达20%。据报道，由于生物质燃烧，印度地区的OC贡献也非常高。

表6:来自自然来源的大气气溶胶及其气溶胶前体的排放(Tg yr¹）（IPCC的源：AR5）。

*（TGS YR¹), * * (TgC年¹)．

表7给出了黑碳气溶胶的全球和区域人为燃烧气溶胶的爆炸气溶胶。

表7:全球和区域炭黑和生物质燃烧气溶胶的人为排放。单位为Tg yr¹．(资料来源:IPCC第五次评估报告)。

大气气溶胶的影响

减少可见度

大气气溶胶在能见度方面起着非常关键的作用。细颗粒物主要是直径在0.3 ~ 1.0 μ m的颗粒物，导致能见度降低^{24日,25日,26日,27日}因为它们的直径与干扰可见辐射的光波长的事实相似^1,28．据观察，在印度北部的冬季，由于能见度低的极端大雾天气，道路交通、空中交通和铁路交通都受到了阻碍。

辐射强迫

辐射强制可以被定义为对流罗门的辐照度的变化，由于应用的扰动固定所有其他变量常见^29,30,31．大气气溶胶在两种不同的举止I）中直接影响，II）间接地。气溶胶的直接效果涉及太阳能的散射和吸收以及通过改变行星玻璃玻璃的散射和吸收，这改变了地球大气的辐射平衡。气溶胶的间接效果改变了微妙的和云的辐射性质³²．季风也受到大气气溶胶的影响。表8给出了不同类型气溶胶的辐射强迫。

表8:RF (W m²）由于AR5中使用的不同气溶胶的气溶胶辐射相互作用，在1750-2011期间。（来源：AR₅联合国政府间气候变化专门委员会)。

由于它们与太阳辐射的相互作用，积累模式是辐射强迫的临界尺寸范围。此外，累积模式粒子具有最长的寿命，这也有助于产生额外的辐射强迫。累积的气溶胶散射光，称为米氏散射，因为它们的大小与附带光的波长相同。因此，积累模式的硫酸盐气溶胶使大气冷却。吸收气溶胶(如BC)会使大气变暖。吸收气溶胶已被报道为热对流减速器³³有助于云的再蒸发，影响海洋的蒸发减少，并扰乱海洋上的整个水文循环³⁴．最近，除了碳气溶胶外，聚合物有机化合物还被鉴定为吸收气溶胶^35、36．

气溶胶的间接辐射强迫

云的微物理和辐射特性受大气气溶胶的显著影响。对于给定的液态水含量，气溶胶浓度的增加会增加CCN。这使得光线向后散射，形成云的反照率。此外，由于气溶胶的间接影响，最近报道了云寿命的增加³⁷．云液滴需要14μm的阈值半径，用于形成雨水。但CCN浓度的增加避免了液滴到达阈值半径增加云寿命并抑制降雨量³²．

材料损伤

由于高度酸性或碱性气溶胶，材料的腐蚀是引起的。由于气溶胶的酸度，艺术品和历史纪念碑的恶化^38、39．同样，大气粉尘的碱性会对墙壁、门、家具和汽车等造成损害。已经发现减少气溶胶可以带来经济效益⁴⁰．

酸化和富营养化

发现s和n的氧化物有助于酸雨⁴¹．酸雨的现象对美国，加拿大，欧洲，中国和日本的生态系统造成严重损害。酸雨对土壤肥力和水体具有严重的不利影响。富营养化是由高浓度的营养素，特别是磷酸盐和硝酸盐引起的另一个不良反应，该水体促进过量的藻类生长。由于生物体分解，建立了大量的有机物质。这进一步耗尽了水的氧气，导致其他生物的死亡，例如鱼类。通常，富营养化被视为对沿海环境的严重威胁。如果营养素的沉积率随着目前的速率而增加，它可能很快就会成为全球性问题。富含营养物质的水导致更多的有机质生产，进一步导致缺氧杀伤海洋生物群^42、43、44．

对人类健康的影响

大气气溶胶的最重要影响是人类健康效果，这是由吸入空气引起的。粗颗粒（2.5μm45．小于0.1μm的颗粒通过布朗运动收集在支气管中。但是，0.1-1μm之间的颗粒在肺中沉积，因为它们对于布朗运动太大并且太小而不能被捕获在气管的上部。在肺中沉积这种颗粒会导致气道阻力⁴⁶．细气溶胶在肺部的累积可导致各种疾病，这取决于其化学性质⁴⁷．

植物和动物

不同的空气污染物通过直接和间接途径进入植物系统。通过漫射和从叶子漫射而通过根系发生间接途径，将颗粒物质的直接进入叶片进行。Gupta等人，[48]表明灰尘的沉积所以₄^2－在植物叶片上引起叶片生化过程的变化。大气中的灰尘也会堵塞气孔。气溶胶在土壤、植被和地表水上的沉积可以改变土壤中养分的含量水平⁴⁹．有时气溶胶的沉积会损害栅栏细胞或海绵状细胞，导致坏死⁵⁰．此外，气溶胶显著影响作物产量，进而影响经济。

在植被和水体上沉积金属气溶胶可能对包括鱼类的动物有毒⁴¹．气态和颗粒状氟化物可对各种动物（国内，野生和鱼类）造成伤害和损害。同样，在严重的腹泻，绞痛和肝硬化中，砷的高摄入量⁴¹．发达国家水体中已发现鱼类中的汞，一般以甲基汞的形式存在于水生系统中。

结论

大气气溶胶严重影响空气质量。城市地区的空气质量急剧恶化。点₁₀和下午_2.5在德里的大多数地方，气溶胶的浓度都高于NAAQS规定的上限。总的来说，除了人为排放外，印度地区的颗粒物水平非常高，部分原因是风吹沙尘的自然贡献。因此，空气质量评估需要从总微粒含量中分离出天然组分与有毒金属和有机物，以便评估大气气溶胶的真正健康后果。大气气溶胶的全球情景是相当清楚的，但仍需要根据区域和当地的测量进行修正。印度地区有很大的需要减少大气气溶胶预算的不确定性，为此我们需要加强全国范围内的气溶胶测量网络，特别是适当增加站点的数量，以代表所有类型的地形、土地利用和活动等。

承认

作家莎芭娜·曼佐尔(Shabana Manzoor)感谢教资会授予她奖学金。此外，教资会二级教育资助委员会及助学金计划亦给予资助。

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