空气质量研究范文篇1

关键词：数值模拟；送风方式；相对湿度分布

中图分类号：X913文献标识码：A文章编号：16749944（2016）02010503

1引言

随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对空气品质的要求越来越高。然而人类活动尤其工业生产对大自然的影响不断增大，其自我净化能力遭到直接或者间接的破坏，造成环境质量大幅度下降，环境质量的下降不仅影响到人类的生活质量，也对人类的身体健康产生了诸多影响[1]。作为提供室内人工环境控制的空调系统，不但维持室内的温度场和速度场，并对室内空气的相对湿度进行控制。室内空气相对湿度同温度和空气流速一样，对于人居建筑，不仅关系到人体的热舒适性[2，3]，对室内空气品质也有显著的影响[4，5]。研究显示，当室内相对湿度参数偏低，人们的舒适感将变差，并易引起多种疾病，如皮肤干燥、口唇开裂、感冒等等[6]，还可能会导致静电的产生[7]。同样，室内空气相对湿度偏高，也会引起人体的不舒适，而且空调房间内湿度过高还容易导致结露或发霉。

鉴于此，国内外诸多学者曾对室内空气相对湿度进行研究。西安建筑科技大学陈英杰[8]对现常用的变流量空调系统进行了研究，对不同的变流量空调系统对室内相对湿度的影响给予分析。湖南大学土木工程学院龚光彩[9]老师等人运用CFD方法研究证明，在大空间座椅送风系统中，空间的相对湿度分布与温度相似，同样存在层状梯度分布。McIntyre[10]对不同空气相对湿度（20%、50%、70%）对人体热感觉的影响进行了研究。结果发现，高空气湿度会使人体有闷的感觉。日本学者Tanabe[11]等通过实验研究发现，80%RH下的热舒适水平与70%RH或湿度更低时不同。本文在此基础上，采用计算流体力学软件Fluent，数值模拟空调房间在上送下回、侧送下回、下送上回、上送上回4种送风方式下的湿度分布，探索不同送风方式对室内空气相对湿度分布的影响，并重点模拟分析了上送上回送风方式下空气相对湿度与速度矢量分布及温度分布的关系。

2建模

图1为空调房间示意图，几何尺寸为6m（长）×4m（宽）×3.5m（高）。室内布置有4组热源，包括模拟人、模拟电脑、灯、墙壁。房间内有4个人，考虑到人的一般坐姿，将人体设为1.2m高的方体，单个人体发热量为75W；室内有两组日光灯用于照明，单组发热量为34W；房间内配备4台电脑用于办公，单台电脑的发热量115W。室内所有的热源均设为面热源。墙壁散热量设为4.5m2。送回风口布置见图1。控制室内设计温度26℃[12]，计算送风温度为20.7℃，保持720m3/h的恒定送风量，由于4种不同送风方式的送风口合面积相等，故送风速度均为1m/s，设计室内相对湿度为60%[12]。模拟工况见表1。

1.上送风口；2.侧送风口；3.下送风口

4.上回风口；5.下回风口；6.灯；7.人；8.电脑

3模拟结果分析与讨论

温度/℃1上送下回60120.7262侧送下回60120.7263下送上回60120.7264上送上回60120.726

布图。取x=1.2m截面作为切面研究空调室内相对湿度分布，从图中可以看出，不同送风方式下房间的整个研究平面内大部分区域的相对湿度值符合设计要求。上送下回、侧送下回、上送上回3种送风方式下研究平面内的相对湿度基本均在58%～65%范围内变化。下送上回的送风方式下人体周围的相对湿度相比其它送风方式相对较高，湿度分层也较为明显，梯度较大。其它3种送风方式下湿度分层都较为紊乱，梯度大小也较为一致，而上送上回的送风方式下室内大部分区域的湿度大小要略高于另两种。

取x=1.2m截面作为研究平面，对比图5和图6发现室内相对湿度分布规律与空气流动规律比较相似，其会受到空气流动方向的强烈影响。由图5和图7可见，温度较高的区域空气相对湿度均较低，因为当空气含湿量相等时，随着温度的升高空气相对湿度将有所下降，而湿空气的运动过程可近似为一个等含湿量过程[9]。从保证工作区舒适性的角度来看，室内空气相对湿度、温度及送风速度的这种分布特性，导致在系统设计时，只要保证工作区满足人的舒适性的要求即可，这将有助于能源的合理化利用。

4结语

当前，人们对自己的生活环境提出了更高的质量要求，舒适性空调较高的湿度控制要求便被提上日程。本文鉴于此，采用计算流体力学软件Fluent，数值模拟空调房间在上送下回、侧送下回、下送上回、上送上回四种送风方式下的湿度分布，并重点模拟分析了上送上回送风方式下空气相对湿度与速度矢量分布及温度分布的关系，结论如下。

（1）4种不同送风方式下房间的整个研究平面内大部分区域的相对湿度值符合设计要求。而上送下回、侧送下回、上送上回三种送风方式下人体活动区域的相对湿度均低于下送上回的送风方式下的相对湿度。下送上回的送风方式下，湿度分层也较为明显，梯度较大，其它三种送风方式下湿度分层都较为紊乱。

（2）研究平面内相对湿度分布规律与空气流动规律比较相似，其会受到空气流动方向的强烈影响。而温度较高的区域空气相对湿度均较低，除数值大小的变化规律外，湿度分布与温度分布具有相似的分布特性。

参考文献：

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[7]GHGreen.Positiveandnegativeeffectsofbuildinghumidification[J].ASHRAETransaction，1982，88（1）：1049～1061.

[8]陈英杰.不同条件下空调系统对相对湿度控制的研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.

空气质量研究范文篇2

[关键词]城市空气污染预报方法

1引言

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，政府和民众越来越关注城市的空气质量问题。大气污染物会对人体的健康产生严重的影响，如粒径小于10μm的气溶胶粒子能直接进入并粘附在人体上下呼吸道和肺叶中，导致呼吸道疾病等。开展城市空气质量预报，是环保部门拓宽服务领域的一项重要内容，不仅可以让民众更清楚、更全面地了解各种气象条件下污染物的变化，为民众提供安排各种活动的参考依据，为管理部门实施空气污染控制决策提供科学的依据。永安是一个地处闽西北内陆地区的工业城市，城市空气污染比较严重。永安市环境监测站自1999年开展污染物浓度监测，积累了一定时限的监测资料。2005年1月1日起，环保局开始在每日电视天气预报节目中播出“每日环境质量公报”，向社会当日的空气质量实况，取得了很好的社会效益。

根据国家环保局规定，空气质量主要以SO2、NO2、PM10三种污染物浓度来衡量。污染物浓度除了受排放量的变化影响之外，另一主要影响因素就是气象要素的变化。一般来说，除突发事件外，一个城市的污染物排放在以月为时间尺度考虑是接近定常的，而每日污染物浓度的变化主要取决于当地的气象条件变化。

2资料及处理

本文采用永安市环境监测站提供的2005-2006年监测项目（SO2、NO2、PM10）浓度值，缺测资料用序列前后值进行插值替换。

2.1污染物浓度的年分布

图1永安市2005-2006年SO2、NO2、PM10浓度月平均值曲线（单位：mg/m3）

图1为永安市2005-2006年SO2、NO2、PM10浓度（单位：mg/m3）月平均值分布曲线，三条曲线都可以近似认为是双峰双谷曲线。

图中三种污染物浓度的曲线走向比较一致，冬季浓度比夏季高，SO2浓度最高值出现在12月，为0.062，次峰值出现在3月；最低值出现在6月，为0.022，次谷值出现在2月；PM10浓度最高值出现在1月，为0.095，次峰值也出现在3月；最低值出现在8月，为0.038，次谷值出现在2月；NO2浓度最高值出现在2月，为0.054，次峰值出现在9月；最低值出现在8月，分别为0.026。

2.2污染物浓度与气象因子的分析

2.2.1天气类型对污染物浓度的影响

根据两年来对永安市高污染的日数（API指数大于100）的天气过程进行分析，发现：①首要污染物都为PM10；②高污染日数多出现在由晴转雨的前一到二天，此时高空多为西南气流或偏西气流，天空云系比较多，风力较小。③高污染出现日数是气象条件与污染物排放总量共同作用的结果，但目前没有污染物排放量的统计资料，所以只能对其气象背景条件进行分析。

2.2.2预报因子的筛选

理论上讲，可用以建立预报方程的因子很多，为便于实际操作和预报的，研究中选用相对容易获取的地面常规气象要素作为初选因子进行分析和实验。空气质量监测主要监测影响人们日常活动近地面层大气污染物浓度，因此气象因子的选取依据地面气象观测资料比较合理。近地面层常规气象要素观测有：气温T、地温D0（地表温度）、风向、风速Vf、降水量R、气压P、总云量N、低云量Nl、湿度U、日照S、能见度V等。

3预报方法

目前我国空气质量预报的主要方法有数值模式、数理统计和综合经验三类方法。中小城市大多采用数理统计类。此类方法气象因子的选取对空气质量预报的准确率有着很大的影响，因此其关键点是准确分析气象因子对污染浓度的影响，寻找合适的气象因子（预报因子）。本文通过对永安2005-2006近地面层常规观测气象要素进行因子相关普查，并采用多元逐步回归的方法，建立最优回归方程。

4回归方程的建立

4.1污染物浓度逐步回归方程

①Y1(SO2)=0.00379-0.000399*X1+0.000266*X2-

0.000190*X3+0.68*X4

式中，X1：08时气温；X2：14时气温；

X3：08时能见度；X4：前一天SO2浓度。

②Y2(NO2)=0.0128+0.79*X1

式中，X1：前一天NO2浓度

③Y3(PM10)=0.0452-0.000117*X1-0.000405*X2-

0.000307*X3+0.57*X4

式中，X1：11时能见度；X2：08时风速；

X3：预报第二天雨量；X4：前一天PM10浓度。

4.2API多因子逐步回归方程

经过相关普查，发现API指数与多个因子也具有很高的相关度，于是在业务运行中又通过逐步回归建立了API指数的回归方程，作为对浓度方程的补充。

④Y4(API)=21.97+1.2*X1-2.548*X2+0.521*X3+0.5

式中，X1：预报日的温度日较差（预报值）；X2：预报日的蒸发（预报值）；X3：前一天API指数。

5预报操作步骤

制作预报时，用浓度方程得出预报时效内的浓度，计算出API的预报值1，再用方程④得出API的预报值为2，两者在不同的季节采用不同的加权平均，最后得出最终的API预报值。

整个预报过程已通过VB6.0编程，在电脑上实现了空气质量预报预警系统。预报员在制作预报时，只要输入各相关因子，就可自动得出预报结论。

6预报准确率的检验

根据2007年1-6月业务试运行情况，共预报181次，其中等级正确140次，准确率为77.3%，预报指数精确度评分为86.4，平均逐日质量评分为78.2。

7结论

7.1通过对永安市环境空气质量预报方法的研究，我们认为各种污染物在大气中的排放、扩散以及影响范围等的变化过程十分复杂，要精切描述并模拟出相应的数值模式显然是困难的。因此采用统计预报的方法，引入一些对影响污染物浓度变化有物理意义，但又不苛求它们之间确切的影响机制的预报因子，通过一些数理统计方法，构造数学模型是可行的。

7.2在中小城市(如永安)，利用多年气象观测和污染物浓度资料，通过统计学的方法，确定预报量与预报因子的定量关系，最后根据这些定量关系预报未来的空气污染浓度，具有操作简便，方式灵活、使用方便、维持经费低且精度较高的特点,并且便于推广。

参考文献

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[4]韩志伟，杜世勇，雷孝恩,等.城市空气污染数值预报模式系统及其应用[J].中国环境科学，2002,22:202-206.

空气质量研究范文篇3

2005年07月01日，《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005公布实施，其中明确提出了空调系统排风热回收的设计原则与实施方法。紧随其后，全国各地相继出台了适合本地区的节能设计标准，其中具体细化了空调系统热回收的准则。

工程实践中，空气调节系统如果使用传统的能量回收装置，需要设置较长的空气输送管道，将新风、排风汇聚到同一专用地点进行热交换，带来诸如管道管径激增、机房面积增大，噪音升高及投资加大等一系列问题。热管是热传输性能极佳的元件，其中，分离式热管结构简单、高效节能、性能可靠、布置灵活且汽液同向流动，并可实现远距离传送。因此，分离式热管倍受瞩目。空气调节系统中，热回收装置统多处于常温状态，故空调用热管为常温热管。

实验结果表明，充注不同工质的条件下，分离式热管换热器上升管与下降管的温度分布曲线，其变化趋势一致。基于实验研究的成果之上，本文提出了强化分离式热管传热性能的方法。

关键词：空气调节；节能；热回收；分离式热管；传热性能

中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：

引言

近年来，分离式热管因具有其的独特的性能而备受我国学者的关注，进而对分离式热管进行了广泛的基础理论和工程应用研究；如：中船重工711研究所，探讨了分离式热虹吸管组的传热特性；华东船舶工业学院设计了模型，并用实验研究方法讨论了的分离式热管换热器的传热性能；东北大学开展了大量的理论研究和实验探索，讨论了分离式热管充液量的与其传热性能的关系；哈尔滨工业大学[2,3].则创造性的把分离式热管应用到采暖系统，实验结果表明，与传统的热水采暖系统相比，同样性能良好，这些成果为分离式热管的进一步研究指明了方向，为其产品化打下坚实基础。

当前，各个科研院所与厂矿企业对分离式热管的研究多在工业领域，所用的热管温度通常较高，其适宜的工作温度一般都大于200℃；空气调节系统所用的热管大多数在常温下工作，而现有的研究成果与商业产品大多针对于工业领域，而对空调系统所用的常温热管的研究则较少，大多数既有的研究结论通常不适用于常温热管；适用于空调系统的分离式热管工作环境温度不同，采用的工质与换热器材质也不同。为此，本文对常温下分离式热管换热器的换热特性进行研究。

本文采用理论分析与实验研究相结合的方法，对空调用分离式热管换热器进行优化研究。本文的主要研究内容如下：

1.分离式热管换热器入口送风温度和送风速度对换热效果的影响；

2.确定分离式热管换热器的最优充液率范围；

3.分离式热管换热器的温度分布特性。

分离式热管的工作原理概述

分离式热管是热管的一个改进产品，所谓“分离式”是相对于“整体式”而言。传统的热管蒸发段和冷凝段在一根管子的两端，而分离式热管的蒸发段与冷凝段则是分开布置的，蒸汽上升管与液体下降管把二者连接起来，在重力的作用下自然循环，如图1所示；一定质量的工质被充入分离式热管内，运行时，工质首先沉降

在蒸发段，当热流体流经蒸发段时，工质受热蒸发而变成蒸汽，蒸汽压力不断升高，蒸汽经由蒸汽上升管到达冷凝段，进而分配至各冷凝管，蒸汽在冷凝段被冷流体冷却，冷凝放热而凝结成液体，在重力的作用下，从下降管回到蒸发段。周而复始，实现热量的不间断传递。

图1分离式热管的结构示意图

分离式热管的蒸发段一定要低于冷凝段，液体下降管与蒸汽上升管之间存在密度剪刀差，分离式热管的运转动力即为该密度差形成的压差；此压差与冷凝段和蒸发段的高差关系紧密，可克服蒸汽流动与液体流动阻力损失，并维持系统的正常运转而不需要额外增加动力。

2实验装置及结论与分析

2.1实验装置的设计

实验台如图2，由分离式热管换热器、压缩式制冷系统、电气控制系统及数据采集装置组成。

图2实验台示意图

处理过程如下：离心风机启动后，新风(状态A)经过分离式热管换热器蒸发段后，温度被冷却到状态B，热管蒸发段内的工质被加热到对应温度下的的饱和状态，之后产生沸腾，管内保持恒温蒸发，液体工质变为蒸汽；被热管蒸发段降温后的空气流过压缩制冷循环的蒸发器，空气再次被冷却，同时被除湿，空气温度进一步降为状态C，低温空气作为热管冷凝器的冷源，冷却热管冷凝器内的工质，维持热管的正常运行；低温空气继续向前流动，经过热管冷凝器之后，空气被加热，热管冷凝器内的饱和制冷剂蒸汽被冷却，冷凝成液体，空气变成状态D；随后，空气流经压缩制冷循环的冷凝器，被再次加热后变成状态E，最终送入室内。

2.2实验装置的构成

2.2.1分离式热管换热器

分离式热管换热器的管排中心间距35mm，管间中心间距40mm，蒸发段与冷凝段均为双排，管排与水平面垂直，风向水平；蒸发段和冷凝段长度均为930mm，宽度720mm，每排由12对Ф16×1mm的紫铜管构成，紫铜管外套0.116mm的薄铝片作为翅片，翅片间距2.0mm；冷凝段与蒸发段的高差为20mm，蒸汽上升管和液体下降管长度均为220mm。

2.2.2离心风机

离心风机用来驱使空气流动，使空气掠过分离式热管换热器，完成换热；风机额定风量为5000m3/h，额定功率1.1kW，全压500Pa。

2.2.3压缩制冷循环

压缩制冷循环选用4HP柔性涡旋压缩机，制冷量为11.5kW；制冷循环将空气过冷，为分离式热管换热器提供循环所必须的冷空气，并且将空气冷却除湿。

2.2.4测量与数据收集装置

采用热电偶测定温度，热电偶均经过校准，温度收集装置为安捷伦数据采集仪(AgilentBenchLinkDataLogger)；由于断面存在温度梯度，若仅取少量测点，则很难反映整个断面的截面温度，故分别在每个断面布置若干测点，然后取其平均值；采用温湿度仪(Datalogging9651HumidityMeter)测量温度、相对湿度及风速；各个测量设备都经过标定，误差的影响都在可接受的区域之内。

。

2.3实验结论与分析

2.3.1空气处理过程

空气处理过程如图3，设空调蒸发器入口温度为30℃，经过制冷循环蒸发器冷却除湿后温度降为15℃；当采用分离式热管换热器蒸发段进行预冷后，空气温降为5℃，则制冷循环蒸发器入口(分离式热管换热器出口)为25℃；由于压缩制冷循环系统并未改变，那么制冷循环蒸发器入口温度降为25℃，出口温度10℃，分

离式热管换热器冷凝段出口温度为15℃，制冷循环冷凝器的出口温度为35℃。

空气质量研究范文

关键词：空气质量；主成分分析；高斯烟羽扩散模型

中图分类号：X51文献标识码：A文章编号：1674-9944（2017）2-0045-04

1引言

PM2.5的出现给人类治理环境污染带来了巨大的挑战。四川作为全国著名的“天府之国”，由2014年的全国第八经济大省到2015年成为第六经济大省，体现出四川省近年经济发展迅速。成都作为其省会城市，更要在经济发展的同时，关注环境状况，坚持走可持续发展的道路。PM2.5无论对人体健康还是对生态环境都具有极其恶劣的影响。国务院于2012年同意新的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测标准[1]，全国科学技术名词审定委员会在2013年将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。PM2.5的主要来源是工厂废气、秸秆焚烧、汽车尾气排放等。人们在生活、学习、工作中都离不开这些活动，可以说人类是PM2.5的制造者。成都市的雾霾此消彼长，各种疾病“纷至沓来”。在雾霾污染的高压下，人们对PM2.5的关注程度越来越深入。张怡文（2015）[2]使用神经网络模型对PM2.5的浓度进行预测，该方法精度较高，但是对样本数据采集的要求过高，实际应用价值不高。马小铎（2015）[3]使用近几年采集到的数据，通过对这些数据的研究，找到了PM2.5污染物的各种理化影响因素之间的相关关系和扩散与消退的一般规律。因此，对PM2.5影响因素的研究，有助于更深刻地了解问题，同时能够提出更具建设性的治理建议。

2主成分分析

2.1基本思想

在统计学中，经常使用原始指标的线性组合所构成的综合指标来代替原有的指标，即：

Yi=li1X1+li2X2+…+lipXp，i=1，2，…，p

要求Yi尽可能地反映原有P个变量的信息。这里的“信息”用Yi方差来度量，即要求var（Yi）=lT∑l1达到最大，为此需要对系数向量加以限制即满足约束条件：

lt1l2=l211+l212+…+l11p=1

求l1使var（Y1）取最大值，由此l1所确定的随机变量Y1称为随机变量X1，X2，…，Xp的第一主成分。

如果第一主成分还不足以反映原变量的信息，则进一步求Y2，为了使Y1和Y2所反映原变量的信息不相重叠，要求Y1和Y2不相关，即Cov（Y1，Y2）=lT∑l2=0。于是，在约束条件lT2l2=1，lT∑l2=0下，求l2使得var（Y2）达到最大，由此l2所确定的随机变量Y2称为X1，X2，…，Xp的第二主成分。

一般地，求第i个主成分Yi，则要求其系数及主成分满足以下条件。

（1）系数向量是单位向量，即：

l2i1+l2i2+…+l2ip=1，i=1，2，…，p；

（2）不同的主成分不相关，没有重叠信息，即：

Cov（Yi，Yj）=0，（i≠j，i，j=1，2，…，p）；

（3）各主成分的方差递减，重要性递减，即：

var（Y1）≥var（Y2）≥…≥var（YP）≥0；

Y1，Y2，…，Yp依次Q为第一主成分，第二主成分，…，第p个主成分。

2.2计算步骤

（1）数据的无量纲化，由于所选取的变量具有不同的单位和不同的变异程度。不同的单位常使系数的实践解释发生困难。为了消除量纲影响和变量自身变异大小和数值大小的影响，故将数据标准化。

设有n个样本，p项指标的数据矩阵为：

X=x11x21…xn1

x12x22…xn2

x1px2p…xnp

令yij=xij/Sj，Sj=1n-1∑ni=1（xij-j）2，j=1n∑ni=1xij，i=1，2，…，n；j=1，2，…，p。

则Y=y11y21…y1p

y12y22…y2p

yn1yn2…ynp实现无量纲化。

（2）采用线性相关系数研究[4]，构造矩阵Y的实对称矩阵，相关系数矩阵R。

R（X，Y）=∑ni=1（xi-）（yi-）∑ni=1（xi-）2∑ni=1（yi-）2，

其中R（X，Y）表示二者之间的线性关系系数，R（X，Y）越接近1表明X，Y越相关，

反之它的值越接近0，表示二者之间的相关性不明显。

根据2016年1～8月成都市空气质量历史数据，使用MATLAB软件分别计算出AQI基本监测指标中PM10，SO2、CO、NO2、O3与PM2.5的相关系数，得到的相关系数矩阵见表1。

（3）计算R的特征值与相应的特征向量，得到的结果如表2所示。

（4）根据特征值计算累计贡献率，确定主成分的个数，而特征向量就是主成分的系数向量，计算结果见表3。

一般按照前n个主成分的累计贡献率达到85%以上的原则，选择前3个主成分，它们的主成分公式分别为：

F1=-0.4745x1-0.472x2-0.3813x3-0.4432x4-0.4576x5+0.0302x6

F2=-0.0693x1-0.0195x2+0.3025x3-0.1986x4+0.0932x5+0.9248x6

F3=0.2325x1+0.1931x2-0.8691x3+0.1583x4+0.1521x5+0.3244x6。

2.3结果的分析

在第一主成分的表达式中第一、二、五项指标的系数较大，这三项指标起着主要作用，我们可以把第一主成分看成是由PM2.5、PM10、NO2组成的反映成都市空气质量指数的综合指标。在第二主成分中，第六项指标系数最大，远超过其他指标的影响，可单独看成是O3的影响。在第三主成分中，第一、三、六指标的影响大，且第三、六指标的影响尤其大，可将其看成是反映SO2、O3的综合指标。

3成都市PM2.5的一般性演变规律

3.1大气稳态下的高斯烟羽扩散模型

从应用角度出发，目前国内外在实际操作中使用的大气扩散模型，多属描述中等密度云扩散的高斯模型[5]及其变形模型。国家制定的《制定地方大气污染物排放标准的技术方法）（GB/T13201―91）亦推荐该模型。

由正态分布假设，可以导出下风向任意一点C（x，y，z）处污染气体浓度的函数为：

C（x，y，z）=A（x）e-ay2e-by2

由概率论可以写出方差的表达式：

σ2y=∫+∞0y2cdy∫+∞0cdy，σ2z=∫+∞0z2cdz∫+∞0cdz（2）

由能量守恒得：

Q=∫+∞-∞∫+∞-∞cudydz

将（1）式带入（2）式积分得：

a=12σ2y，b=12σ2z

将（1）式和（4）式带入（3）式，积分可得：

A（x）=Q2πuσyσz

将（4）式（5）式带入（1）式可得：

C（x，y，z）=Q2πuσyσzexp[-12（y2σ2y+z2σ2z）]

其中C为任意点的污染物浓度，单位为g/cm3；Q为源强，即点释放速率，单位为g/s；u为风速，单位为m/s；σy，σz分别为水平扩散参数和垂直扩散参数且与大气稳定度和水平距离x有关，并随x的增大而增大。y，z分别为水平方向距离和垂直方向距离，单位为m；当y=0，z=0时，A（x）=C（x，0，0），即A（x）为x轴上的浓度，也是垂直于x轴截面上污染物的最大浓度点Cmax。当x∞，σy及σz∞，则C0，表明污染物已在大气中得以完全扩散。

按照Pasquill的分类方法[6]，随着气象条件稳定性的增加，大气稳定度可以分为A，B，C，D，E，F六类（表4）。

取成都市实时监测2016年4月14日的数据，温度在11～25℃之间，风向风力为南风微风，换成风速为3.4～5.5m/s，可以认为D类大气稳定度，所以扩散系数的取值为σy=0.08x/（1+0.0001x）0.5，σz=0.06x/（1+0.0015x）0.5，设点源污染强度Q=2000g/cm3。将参数代入方程（6），用MATLAB软件[7]绘出图1。

3.2结果的分析

通过图1，可以看出，距离污染点源下风向一定距离处，污染扩散浓度近似呈现正态分布[8]，在扩散中心处附近达到最大值，当横向距离达到一定值以后，扩散浓度降低到零。成都市的PM2.5检测数据均来自成都城区8个监测点，分别为灵岩山、君平街、大石西路、梁家巷、沙河铺、金泉两河、三瓦窑、十里店8个监测点，其中灵岩山为清洁对照点，位于都江堰。PM2.5扩散的同时也不断在衰减。

4总结与建议

研究表明，PM2.5严重危害身体健康，而成都市大片地区的PM2.5的浓度高于标准限值。随着经济的发展，工业生产排放的废气和机动车辆排放的尾气增加迅速，导致大气中的悬浮物大量增加。空气中颗粒物浓度的增加，使雾霾频频出现。如今很多城市的污染物排放水平已处于临界点，对气象条件非常敏感，空气质量在扩散条件较好时能达标，一旦遭遇不利天气条件，空气质量和能见度就会迅速下滑。虽然我国许多城市都对PM2.5进行过一定的研究，但是数据来源均来自于较少监测点的间断性监测，监测的方法也是有所差异，导致不能对PM2.5的污染机制有着深刻性了解。在此，以中国政治经济发展中非常重要的大型城市成都为例，希望可以为其他相关或者后续的研究提供参考。同时，以上所用模型及研究方法对其他地区的空气污染状况的分析也具有一定的参考作用。

在此，提出以下建议：①外出戴上专门的口罩，由于普通口罩无法有效抵挡微小颗粒物进入鼻腔，因此想要抵挡PM2.5就需要佩戴专门的医用口罩。②出门尽量坐公交，随着私家车的不断增加，汽车的尾气排放量也呈指数型增长，多乘坐公交，可以为减少PM2.5做出贡献。③严禁焚烧秸秆，每逢秋收之后，秸秆焚烧现象比比皆是，然而每次的焚烧给环境带来了巨大的破坏，在秸秆不完全燃烧的情况下会产生很多属于PM2.5范的细颗粒物。为了避免让雾霾雪上加霜，当地政府要加强对焚烧秸秆的监管。

参考文献：

[1]中华人民共和国环境保护部.环境空气质量指数（AQI）技术规定[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[2]张怡文，胡静宜，王冉.基于神经网络的PM2.5预测模型[J].江苏师范大学学报（自然科学版），2015，32（1）：63～65.

[3]马小铎.影响PM2.5的理化因素及相关问题的模型研究[D].北京：北京交通大学，2015：15～28.

[4]郭红霞.相关系数及其应用[J].武警工程学院学报，2010，26（2）：3～5.

[5]董赫，翟哲，李夺.高斯烟雨扩散模型在空气中PM2.5实际问题的应用[J].黑龙江八一农垦大学学报，2014，26（3）：69～73.

[6]李玉平.计算大气扩散系数的一组经验公式[J].北京理工大学学报，2009，29（10）：914～917.

[7]李柏年，吴礼斌.MATLAB数据分析法[M].北京：机械工业出版社，2012.

[8]尹凤.大气污染物扩散的理论和实验研究[D].青岛：中国海洋大学，2006.

ResearchonAirQualityofChengduCityBasedonGaussianDiffusionModel

ZhouTongpu1，ChenGuoqing2

（1.SchoolofBusiniessandManagement，XihuaUniversity，Chengdu，Sichuan610039，China；

2.SchoolofEconomics，XihuaUniversity，Chengdu，Sichuan610039，China）

空气质量研究范文篇5

关键词：室内空气空气质量防治措施

1、引言

随着人们对家居生活品味的不断提升，室内空气污染已经成为热门话题，据统计，室内环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。我国每年由室内空气污染引起的超额死亡数11.1万人，超额急诊数430万人次，经济损失107亿美元。

2、国、内外室内空气质量标准

2.1国内室内空气质量相关标准

1996年7月1日我国颁布实施了GB/16146-1995《住房中氡浓度控制标准》和GB/16127-1995《居室空气中甲醛的卫生标准》国家环境保护总局和卫生部制定的GB/18883-2002《室内空气质量标准》于2002年12月18日，2003年3月1日正式实施，为解决室内空气污染提供了法律依据。

2.2国外室内空气质量相关标准

1960年美国国会通过了《联邦有害物品法》，规定所有家用有害产品都必须带有“警告标签”，美国EPA建立了室内空气污染物的质量标准，规定建筑内总挥发性有机物TVOC应低于200μg/m3，甲醛应低于20μg/m3，苯甲环已烷应低于3μg/m3，总悬浮颗粒物应低于20μg/m3，这些标准都严于美国环境空气质量标准，比任何生产车间空气污染物标准的5%还要低。加拿大、瑞典、西德、英国等国家也制定了相应法律。

3、室内空气质量的研究及进展

装修过程中使用的各种涂料、胶黏剂、防水材料的溶剂和稀释剂、水泥防冻剂、人造板材和石材等材料中含有甲醛、苯各种挥发性有机物、氨、氡等有毒有害物质。人们约有80%时间在室内度过，大气污染经历煤烟型污染、光化学烟雾型污染、室内装修造成室内空气污染危害，已经引起社会各界人士关注及污染环境控制研究工作。

3.1国内外对室内空气质量的研究

中国从上世纪80年代就开展了有关室内空气质量问题的研究，主要问题因家庭装修引起的室内空气污染研究。消费日报2005年5月24日报道，北京儿童医院调查显示，90%白血病儿童的家庭在半年内装修过。我国每年新增白血病人4万至5万人，发病年龄均在35岁以下，50%是儿童。

3.2调查研究结果

通过近几年调查研究和检测，室内空气污染来源于大气污染、燃料燃烧、烟草烟雾和烹调油烟等。主要有物理、化学、放射、生物方面污染。专家学者对室内环境污染、室内空气净化技术开展调查研究工作。目前空气净化有6种技术，分别是等离子、静电吸尘、臭氧、紫外线、纳米以及负离子净化空气，针对吸附、膜分离、光催化氧化等离子净化技术进行研究。

4、室内空气污染的防治

装修前要认真咨询室内空气环保专业机构，了解室内空气污染物的来源，装修时要找正规装修队，要认真签订装修合同书。购买材料时，要买正规厂家的有绿色产品质量证的材料。尽量在污染源头控制，避免不了的，要采取污染防治和治理措施。装修后要做室内环境检测报告。室内环境检测不合格的，一定要找室内治理单位进行治理，直到全面治理合格后方可进住。

4.1合理确定装修方案

同种装修材料中污染物的累加效应很强，特别是房间的地面最好不要大面积的使用同一种材料。要尽量减少房间里大芯板的使用量，尽量采用低甲醛和无甲醛的室内装饰和装修材料，购买复合地板、大芯板时要把甲醛释放量作为主要选择条件之一。

4.2科学选择施工工艺

除了特殊要求外，一般不要再符合地板下面铺装大芯板。用大芯板制作的柜子和暖气罩，里面一定要用甲醛封闭剂进行封闭，最好不要有的地方。油漆最好选用泊膜较厚、封闭性好的，要让表面装饰的油漆涂料充分固化，形成抑制甲醛散发的稳定层。

4.3选择环保家具

装修完毕后，要科学地进行家具的选购，应购买环保板材制作的家具。

4.4选择入住时机

装修完成后，不要急于入住，特别是家中有老人、儿童和过敏体质成员的家庭，一定要根据具体情况选择合适的入住时间。有条件的应该尽量让室内通风一段时间再入住，使室内空气中的污染物尽量释放。

4.5室内养花和种草

空气质量研究范文1篇6

关键词：森林植被；PM2.5；调控

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.23.119

0前言

大气PM2.5由于其对环境、气候等方面造成了严重的影响，因此现阶段备受关注。经过大量的研究表明，森林在吸收大气污染物，改善空气质量方面有着较为显著的优势，因此增加森林覆盖面积，能有效的起到改善和防治大气污染的作用。下面将对PM2.5的特征以及森林植被对其调控研究进展进行详细的讨论。

1PM2.5的概述

随着我国工业化、城镇化的快速发展以及城市建设规模的逐渐扩大，工业废气、建筑扬尘以及汽车尾气排量等都在大幅度的上升，导致当前城市污染十分严重。欧美国家早在洛杉矶光化学烟雾事件以后就开始了对大气颗粒物的研究，我国在这方面则发展比较晚，对大气污染的问题认识也较为缓慢，因此相关的研究起步也就较晚。

PM2.5也就是大气颗粒物，指的是大气当中一些直径小于2.5的颗粒物，也可以称之为可入肺颗粒物。科学表明：PM2.5的含量越高就代表着空气的污染问题越严重。虽然PM2.5只是大气中的一个少量成分，但其对空气所造成的影响是不容忽视的。与一些大颗粒的污染物质相比较而言，PM2.5颗粒较小，其中包含大量的有害有毒物质，这些物质长时间的在空气中停留能够给大气质量和人体的健康带来巨大的危害。

一般来说，PM2.5可以分成两种：有机粒子以及非有机粒子。其中有机粒子指的是主要是有机碳，有机碳的分布最为广泛。而非有机粒子包括无机离子和元素碳等。

PM2.5的分布具有一定的规律性。纵观国内外对PM2.5的相关研究，主要研究方向是PM2.5的空间变化和时间变化。从时间方面看，PM2.5的变化规律和当地民众的生活规律和当地的季节性气候条件密切相关比如气候条件中的沙尘天气、降水天气和风等等，由于风速不同或者时间段不同，就会产生不同含量的PM2.5.同时当地民众在尾气排放和燃煤量等生活习惯方面也会影响PM2.5的含量。尤其是在北方的地区，冬季PM2.5含量会明显上升，到了采暖季节结束以后这种现象就会明显的下降。

从空间上看，PM2.5有着水平区域性特征。一般来说郊区地区PM2.5值与市区相比较要明显低很多。这种现象的出现主要是因为城市绿化与郊区绿化之间的区别。从垂直的距离空间上看，随着地面高度的上升，PM2.5含量会逐渐的出现下降。

随着PM2.5含量的增加，大气环境受到了严重的污染，对人类的出行和身体健康等方面都造成了严重的影响。20世纪40年代后美国、北美、日本等相继出现了化学污染事件。这种事件的发生不仅会给人们的正常出行带来不便，更加会导致经济上出现严重的损失。虽然近年来我国一直在采取措施对此进行控制，但现状仍然不容乐观。

2PM2.5的检测标准分析

国外对空气颗粒物的相关研究，在上世纪的五十年代就开始了，伴随者现代科学技术发展和进步，关于空气颗粒物的研究逐渐深入，研究人员对颗粒物也有了进一步的认识。相关研究者把地球大气中的颗粒物划分成两个类别，第一种是PM2.5，第二种是PM10。我国最先进行了关于PM10的研究，对于PM2.5的研究比较晚。早在1997年，美国就提出了关于PM2.5的相关检测标准，而后澳大利亚和日本等国家也相继提出了关于PM2.5的检测标准。在这些标准中，只有澳大利亚的标准符合WHO的标准，其它国家的相关标准并不符合WHO标准，同时澳大利亚也没有一定的强制执行措施，所以说当前阶段缺乏对PM2.5的有效控制，需要及时的采取必要的措施。

3森林植被对PM2.5调控研究

在治理大气PM2.5污染方面，首先应当正确的认识到污染治理的长期性和准确性，并且要意识到大气的PM2.5主要来源就是人为的排放源。城市当中的树木和植被能有效的减少空气当中所存在的污染物，提升空气质量，这对人们的健康生活将产生巨大的意义。树木能直接通过吸收大气污染物的方式来对空气进行净化，主要是因为树木的叶子能产生吸附效果，将空气中的一些颗粒用吸附的方式进行清除。

从相关的研究中可以看出，一些较为矮小的植被例如乔木对于去除大气污染物来说有着更好的效果，乔木出了比其他的植被有着更高的叶面积之外，同时还能产生较其他植被更多的湍流。吴志萍等人对城市绿化中的空气PM2.5浓度变化值进行了分析，发现春秋和冬季的乔木能产生良好的污染吸附作用，促使空气中的PM2.5浓度有所降低，而在夏季的时候反而是草坪所产生的效果更好，能有效的降低PM2.5浓度。任启文等人也对北京元大都遗址公园当中的不同类型的空气颗粒物以及微生物等浓度进行了详细的分析和研究，并且发现在公园内部的PM2.5值要明显的低于过道路上的PM2.5值，这充分的说明了公园中的植被所产生的良好的治理效果。程曼婷等对中国台湾的台中地区以及仁爱地区都进行了空气中的颗粒物含量对比研究，发现由于台中地区人口众多，城市化现象明显，并且缺少森林覆盖，因此其空气中的PM2.5含量较高。而在仁爱地区由于人口稀少，并且有着较好的森林覆盖面积，因此其PM2.5含量要比台中地区低很多。牛生杰等人曾经对我国的西北沙漠化地区进行了空气检车，结果表明植被覆盖相对较高的地区PM2.5的含量值也会有所下降。此外，郭二果对北京的西山地区进行了三种不同类型的树木对空气中PM2.5含量值的影响进行了分析研究，并找出了在游憩林当中对于空气污染物吸收较好的树木品种。当前阶段对于PM2.5颗粒物种间的差异研究较少，但确实已经研究发现不同的种类对于空气质量改善所产生的效果差异。这充分的说明了，在进行大气治理的过程中应当合理的选择树木种类，从而在最大限度上来提升森林所起到的空气净化的效果。

近年来我国不断的暴露出大气PM2.5问题，尤其冬季这种现象就显现的更加明显，带给了人们极大的困扰，也正是在这样的环境中人们才能逐渐的认识到颗粒物浓度所带来的危害，并提升了相关的防护意识。当前阶段已经有越来越多的相关监测和控制措施出现，对于我国这样的发展中国家来说，环境保护管理方面较为薄弱，城市化的快速发展和工业排放等导致城市环境污染现象明显，因此积极的采取措施找到低成本并且效果好的治理措施在当前显得十分迫切。

在控制策略上首先应当加强组织领导，认识到环境保护的重要性和PM2.5控制的重要作用。积极的制定相关调控政策，加强节能减排的建设，从根本上控制好污染量的排放。同时应当加强相关的科普宣传力度，促使人民能正确的认识到大气细颗粒物所造成的污染，正确的引导和发挥社会舆论作用，发展环保产业，从而提升控制的效果。此外，森林植被对PM2.5所产生的调控效果是有目共睹的，要想控制好大气整体的质量，那么还需要从森林植被的建设上入手，积极的探寻找到污染物吸附力强的植被，并加强建设力度，从而减少PM2.5中的化学成分。不同的地点对于PM2.5的要求也会有所不同。在人为活动频率较高的地区，例如公园和小区等应当保证PM2.5含量越低越好，而在一些封闭的树林中对具体的要求并不高，因此在植被的配置上也应当遵循这样的规律。对于不同的空间内采取不同的树种搭配方式，从而考虑到植物之间的协调性，真正的提升空气治理的效果。

4结语

森林植被对PM2.5的调控有着重要的作用，因此在当前社会形势下，要想做好空气质量治理工作，还需要重视起森林资源的建设和保护，从而促使我国的空气质量真正得到提升，为社会持续发展做出贡献。

参考文献

[1]我国森林植被总碳储量78亿吨[J].节能与环保，2011，（02）：51-55.

[2]李家骏.陕西森林植被变迁与城市的空气质量改善[J].陕西林业科技，2011，（03）：89-95.

[3]张正昆.森林植被的作用[J].植物杂志，2011，（12）：60-63.

空气质量研究范文篇7

一、吉林省基本经济基本特点

吉林省位于中国东北部，占地面积18.74万平方公里。广袤的东北平原上有着丰富的矿产资源与森林资源，地广人稀，物产资源丰富，尤其是矿产资源丰富，其中已探明的有89种。与俄罗斯、朝鲜、日本、蒙古国相邻是重要的贸易交汇处之一，因此形成了东北亚贸易圈。吉林省三大支柱产业由汽车、石化、农产品加工业组成，也拥有各具特色的装备制造、光电子信息、医药、冶金建材、轻工纺织业。

截止2015年，吉林省原煤、钢、成品钢材、天然气产量均有轻微幅度下降，汽车、原油、水泥、发电量产量均有上升。重工业依旧为吉林省的主导产业，以加工原材料水泥、成品钢材、钢、原煤为主.

此外，2015年吉林省规模以上工业增加值为6054.63亿元，比上年增长5.3%。轻工业增加值为1956.59亿元，比上年增长6.7%。重工业增加值为4098.04亿元，比上年仅下降0.2%，重工业依旧占主导地位。有总计中可见，吉林省股份制企业实现工业增加值最多，集体企业最少。其中，国有企业实现工业增加值为1115.48亿元，比上年增长16.8%，集体企业实现增加值19.08，同比增长13.8%。股份制企业实现增加值4088.61，同比增长10%。

二、吉林省空气环境基本情况

1.大气环境质量划分标准

大气环境质量标准规定了大气环境中的各种污染物在一定的时间和空间范围内的容许含量。标准有三个等级。一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。

2.吉林省空气质量现状

根据二类区国家大气环境质量标准（二类区执行二级标准），2015年，吉林省9个市（州）政府所在地城市优良级天数比例在64.0%-86.3%之间，全省均值为73.7%。空气中二氧化硫年均浓度在18-39微克/立方米之间，全省均值为27微克/立方米，达到国家二级标准；二氧化氮年均浓度在19-45微克/立方米之?g，全省均值为31微克/立方米，达到国家一级标准；可吸入颗粒物（PM2.5）年均浓度在55-107微克/立方米之间，全省均值为88微克/立方米远超国家二级年浓度限值标准（PM10?Q70），未达标；细颗粒物（PM10）年均浓度在37-66微克/立方米之间，全省均值为55微克/立方米，未达标（PM2.5?Q35）；一氧化碳浓度在1.1-2.7毫克/立方米之间，全省均值为1.9毫克/立方米，达到国家一级标准；臭氧浓度在117-159微克/立方米之间，全省均值为136微克/立方米，达到国家一级标准。在所有超标天数中污染根据统计得出，在所有超标天数中最严重的污染物为PM2.5，占76.8%，其次是一氧化碳占14.9%，PM10占8.6%。

三、吉林省主要工业污染情况

空气污染的污染物有烟尘、总悬浮颗粒物、可吸入悬浮颗粒物（浮尘）、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、挥发性有机化合物等等。大气污染物的主要来源是工业企业的污染物排放，因此要加强对工业企业的监管。由于吉林省主要以原材料加工业与制造业等重工业为主，因此吉林省工业生产产生的主要大气污染物为SO2、烟尘、金属粉尘、酸雾、一氧化氮、二氧化氮、PM2.5、PM10等。根据图三所示，我们可以看到2011年工业废气总排放量为10636.69亿标立方米，2012年排放量为10316.26亿标立方米，比2011年减少了320.43亿立方米。2011年工业烟（粉）尘排放量为36.13万吨，比2012年排放量减少了16.58万吨，同比下降了45.9%。2012年工业二氧化硫排放量为35.23万吨，比2011年减少了1.11万吨，同比下降3.05%。此数据表明2012年吉林省的大气监管措施有所成效。2014年吉林省工业废气排放总量为10511.74亿标立方米，比2012年增长了195.48亿标立方米。2014年工业烟（粉）尘排放量为36.8万吨，比2012年增长了88.2%。2014年工业二氧化硫排放量为31.96，比2012年减少了9.28%。由此数据可以看出2012年至2014年吉林省废气排放情况有所增长，尤以工业烟（粉）尘排放为主，尤其严重。

四、空气中的主要工业废气物的危害：

1.二氧化硫的危害

二氧化硫主要来源于煤、石油的燃烧和某些含硫的金属矿物的冶炼，是酸雨的主要成分。当空气中的二氧化硫严重超标时，还会对人体健康产生一定的消极影响。空气中SO2浓度过高会对人的眼眼睛和呼吸器官产生刺激作用，长期吸入会对呼吸系统、肝、肾、心脏产生危害。甚至影响呼吸导致窒息，对肝脏有一定损害增加致癌风险。

2.一氧化碳的危害

一氧化氮（NO）可破坏臭氧层，形成酸雨及光化学污染等，是对环境有害的物质。工业产生的一氧化碳可经呼吸道进入人体，损伤神经系统，造成呼吸性疾病，大量吸入一氧化氮可治休克、中毒、甚至死亡。

3.二氧化氮的危害

二氧化氮过多会造成温室效应，气候变暖，导致海平面上升，致使低海拔陆地被淹没。二氧化氮溶于水后会导致酸雨，造成土壤与酸雨的腐蚀。

4.PM2.5和PM10的影响

PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成。而这些气体污染物主要是化石燃料（煤、石油等）和垃圾的燃烧造成的。PM2.5不仅会影响空气质量，使空气的能见度降低，还影响成云和降雨过程，间接影响着气候变化。

PM10又称可吸入颗粒物，指悬浮于空气中空气动学直径≤10的颗粒。不仅能被人直接吸入呼吸道造成危害，又因它能够在大气中长期漂浮，易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大。工业烟（粉）尘中的PM2.5和PM10会通过呼吸系统吸入，沉积到肺泡，甚至被肺吸收，造成肺部及全身性炎症，诱发哮喘、慢性支气管炎、慢性肺炎，心血管系统损伤，可至癌症甚至死亡。

五、吉林省工业经济与空气如何协调发展

1.什么是环境库兹涅茨曲线

环境库兹涅茨曲线（EKC）首次于1996年由Panayotou借用经济学家库兹涅茨的理论提出，他将环境质量与人均收入之间的关系称为（EKC）。其表示在经济发展过程中，环境状况先是恶化而后再得到逐步改善。因此，在工业经济发展到一定阶段，必定会对环境进行保护。

空气质量研究范文

关键词：昆明；空气污染；GDP；疾病

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1003-2851（2010）11-0254-01

空气污染时当今社会的热门话题，良好的环境对人类健康至关重要，许多研究证明，城市空气污染，是造成成千上万未成年人死亡和呼吸道疾病的原因。经济与人类的健康息息相关，同时，与污染相关健康损害的经济成本是高昂的，例如：呼吸道疾病可能使病人几天无法工作，或即使病人能工作，但工作效率降低。本次研究将以昆明为例，由昆明市各个时期空气质量变化，与GDP以及受空气污染诱发疾病死亡病率进行相关性研究。

一、研究方法

（一）进行资料的收集和实地调查，到卫生厅以及昆明市疾病预防控制中心取得数据

1.分析方法

（1）一元线性回归的显著性检验

（2）对比分析法

2.研究结果与分析

（1）昆明市空气质量状况。选取昆明市2004年~2007年的年度空气质量二级以上天数的比例进行比较分析.

2004年,昆明市主城区环境空气质量优级天数33天,占9.01%;良好级天数318天,占86.89%;轻微污染级天数15天,占4.1%,达标率95.9%.

2005年，昆明市主城区环境空气质量优级天数17天，占4.7%；良好级天数346天，占94.8%；轻微污染级天数2天，占0.5%。

2006年，昆明市主城区环境空气质量优级天数18天，占5%；良好级天数345天，占94.5%；轻微污染级天数2天，占0.5%。

2007年，昆明市主城区环境空气质量优级天数56天，占15.3%，良好级天数309天，占84.7%；无轻微污染天数。

（2）昆明市国内生产总值（GDP）

表12004年~2007年，昆明市GDP年总量（单位：亿元）

摘要2004200520062007

昆明市年GDP值942106212031393

（3）回归分析

将2004~2007年昆明优级天数与昆明市年GDP值进行回归分析：

优级天数为预报因子X，GDP值为预报量Y

X：33171856Y：942106212031393

线性回归方程为:

y=945.65+6.6x

运用F检验法检验x与y之间是否具有显著的线性关系:

得出：F0=1.34

说明x,y在显著水平α下不具有明显的线性相关.

由以上数据分析得出,优级天数与GDP值不具有明显的线性相关性,在2004~2007年间.昆明市天气状况对经济发展影响不大。

（4）空气污染与相关疾病研究

1.昆明市相关病例数据。由于在空气与GDP的直接关系上，并不存在明显的相关性，所以接下来，用病例来对空气质量与经济损失之间进行研究。有关资料证明，大气污染主要会引起呼吸道疾病、肺癌、鼻咽癌等。

①以下是昆明市2004年、2006年、2007年肺癌、鼻炎癌、呼吸系统疾病死亡人数统计。

2004年，昆明市肺癌死亡人数为1057人，鼻炎癌死亡人数为40人，呼吸系统疾病死亡人数为6867人。2006年，昆明市肺癌死亡人数为1084人，鼻炎癌死亡人数为36人，呼吸系统疾病死亡人数为5283人。2007年，昆明市肺癌死亡人数为1251人，鼻炎癌死亡人数为44人，呼吸系统疾病死亡人数为5717人

②将病例与空气质量进行相关性分析

由于良好级天气在一年中所占比重最大，居民接触良好级天气较为多，选取肺癌病死亡病例，运用对比方法与昆明市良好级天数进行相关性分析：

由以上死亡人数统计与良好级天气比较可以看出，当良好级天气上升时，肺癌死亡病例随之下降；当良好级天气下降时，肺癌死亡病例要高出一些。当良好级天数为345天时，鼻炎癌死亡病例降低到36人，当良好级天数下降为309天时，鼻炎癌死亡比例上升至44人。良好级天数越高，鼻炎癌死亡病例越低；良好级天数降低，鼻炎癌死亡病例升高。当良好级天气指数为最高345天时，呼吸系统死亡病例降低至5283人，当良好级天气指数下降至309天时，呼吸系统死亡病例上升至5717人。良好级天数越高，鼻炎癌死亡病例越低；良好级天数降低，鼻炎癌死亡病例升高。

综合以上，得出结论：良好天气指数上升时，死亡病例呈下降趋势；良好天气指数下降时，死亡病例明显上升。

（5）结论。昆明市空气质量与GDP值之间无显著关系，不直接影响；但空气质量的好坏与其诱发的肺癌、鼻炎癌、呼吸系统疾病等相关疾病呈现正相关，即空气污染越高，死亡率越高，空气污染降低，死亡率降低。

经济的发展不能忽视健康的因素，如果人们身体不健康，则会造成工作日的散失，对经济发展造成损失。因此，保护好我们的环境，有益于促进我们的身体健康，身体人们健康了，才能更好的发展好经济。

参考文献

[1]梅雪芹.环境史学与环境问题[M].北京:人民出版社,2004-3.

空气质量研究范文篇9

【摘要】本文概述了燃料电池的工作特点和原理，介绍了发电系统的组成、国内外的研究现状，对我国应用燃料电池发电的资源条件进行了评估，展望了这一技术在电力系统的应用前景、将对电力系统产生的重要影响，它将使传统的电力系统产生重大的变革，它会使电力系统更加安全、经济。最后提出了发展燃料电池发电的具体建议。

1．引言

能源是经济发展的基础，没有能源工业的发展就没有现代文明。人类为了更有效地利用能源一直在进行着不懈的努力。历史上利用能源的方式有过多次革命性的变革，从原始的蒸汽机到汽轮机、高压汽轮机、内燃机、燃气轮机，每一次能源利用方式的变革都极大地推进了现代文明的发展。

随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊病。一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料的限制，在机端所获得的效率只有33~35%，一半以上的能量白白地损失掉了；二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。对于发电行业来说，虽然采用的技术在不断地升级，如开发出了超高压、超临界、超超临界机组，开发出了流化床燃烧和整体气化联合循环发电技术，但这种努力的结果是：机组规模巨大、超高压远距离输电、投资上升，到用户的综合能源效率仍然只有35%左右，大规模的污染仍然没有得到根本解决。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。这就是燃料电池发电技术。

1839年英国的Grove发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。1889年Mood和Langer首先采用了燃料电池这一名称，并获得200mA/m2电流密度。由于发电机和电极过程动力学的研究未能跟上，燃料电池的研究直到20世纪50年代才有了实质性的进展，英国剑桥大学的Bacon用高压氢氧制成了具有实用功率水平的燃料电池。60年代，这种电池成功地应用于阿波罗(Appollo)登月飞船。从60年代开始，氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域，同时，兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功。从80年代开始，各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用。

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。

大型电站，火力发电由于机组的规模足够大才能获得令人满意的效率，但装有巨型机组的发电厂又受各种条件的限制不能贴进用户，因此只好集中发电由电网输送给用户。但是机组大了其发电的灵活性又不能适应户户的需要，电网随用户的用电负荷变化有时呈现为高峰，有时则呈现为低谷。为了适应用电负荷的变化只好备用一部分机组或修建抽水蓄能电站来应急，这在总体上都是以牺牲电网的效益为代价的。传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会排放大量的有害物质。而使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%～60%，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活。

燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。

2.燃料电池的特点与原理

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点：

l不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率；

不管装置规模大小均能保持高发电效率；

具有很强的过负载能力；

通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛；

发电出力由电池堆的出力和组数决定，机组的容量的自由度大；

电池本体的负荷响应性好，用于电网调峰优于其他发电方式；

用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优。

如此由燃料电池构成的发电系统对电力工业具有极大的吸引力。

燃料电池按其工作温度是不同，把碱性燃料电池（AFC，工作温度为100℃）、固体高分子型质子膜燃料电池（PEMFC，也称为质子膜燃料电池，工作温度为100℃以内）和磷酸型燃料电池（PAFC，工作温度为200℃）称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC，工作温度为650℃）和固体氧化型燃料电池（SOFC，工作温度为1000℃）称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行的，把PAFC称为第一代燃料电池，把MCFC称为第二代燃料电池，把SOFC称为第三代燃料电池。这些电池均需用可燃气体作为其发电用的燃料。

燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃

料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池的基本工作原理。

氢-氧燃料电池反应原理

这个反映是电觧水的逆过程。电极应为：

负极：H2+2OH-2H2O+2e-

正极：1/2O2+H2O+2e-2OH-

电池反应：H2+1/2O2==H2O

另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。

燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极（阳极）和空气极（阴极）、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气（氧化剂气体）能在流路中通过。

在实用的燃料电池中因工作的电解质不同，经过电解质与反应相关的离子种类也不同。PAFC和PEMFC反应中与氢离子（H+）相关，发生的反应为：

燃料极：H2=2H++2e-（1）

空气极：2H++1/2O2+2e-=H2O（2）

全体：H2+1/2O2=H2O（3）

氢氧燃料电池组成和反应循环图

在燃料极中，供给的燃料气体中的H2分解成H+和e-，H+移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。并且从上式中的反应式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外没有其他的反应，H2所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，由此减少了转换成电能的比例。

引起这些反应的一组电池称为组件，产生的电压通常低于一伏。因此，为了获得大的出力需采用组件多层迭加的办法获得高电压堆。组件间的电气连接以及燃料气体和空气之间的分离，采用了称之为隔板的、上下两面中备有气体流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料组成。堆的出力由总的电压和电流的乘积决定，电流与电池中的反应面积成比。

单电极组装示意图

PAFC的电解质为浓磷酸水溶液，而PEMFC电解质为质子导电性聚合物系的膜。电极均采用碳的多孔体，为了促进反应，以Pt作为触媒，燃料气体中的CO将造成中毒，降低电极性能。为此，在PAFC和PEMFC应用中必须限制燃料气体中含有的CO量，特别是对于低温工作的PEMFC更应严格地加以限制。

磷酸型燃料电池基本组成和反应原理

磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是：燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。

相对PAFC和PEMFC，高温型燃料电池MCFC和SOFC则不要触媒，以CO为主要成份的煤气化气体可以直接作为燃料应用，而且还具有易于利用其高质量排气构成联合循环发电等特点。

MCFC主构成部件。含有电极反应相关的电解质（通常是为Li与K混合的碳酸盐）和上下与其相接的2块电极板（燃料极与空气极），以及两电极各自外侧流通燃料气体和氧化剂气体的气室、电极夹等，电解质在MCFC约600~700℃的工作温度下呈现熔融状态的液体，形成了离子导电体。电极为镍系的多孔质体，气室的形成采用抗蚀金属。

MCFC工作原理。空气极的O2（空气）和CO2与电相结合，生成CO23-（碳酸离子），电解质将CO23-移到燃料极侧，与作为燃料供给的H+相结合，放出e-，同时生成H2O和CO2。化学反应式如下：

燃料极：H2+CO23-=H2O+2e-+CO2（4）

空气极：CO2+1/2O2+2e-=CO23-（5）

全体：H2+1/2O2=H2O（6）

在这一反应中，e-同在PAFC中的情况一样，它从燃料极被放出，通过外部的回路反回到空气极，由e-在外部回路中不间断的流动实现了燃料电池发电。另外，MCFC的最大特点是，必须要有有助于反应的CO23-离子，因此，供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。并且，在电池内部充填触媒，从而将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质，在电池内部直接生成H2的方法也已开发出来了。而在燃料是煤气的情况下，其主成份CO和H2O反应生成H2，因此，可以等价地将CO作为燃料来利用。为了获得更大的出力，隔板通常采用Ni和不锈钢来制作。

SOFC是以陶瓷材料为主构成的，电解质通常采用ZrO2(氧化锆)，它构成了O2-的导电体Y2O3（氧化钇）作为稳定化的YSZ（稳定化氧化锆）而采用。电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极采用LaMnO3(氧化镧锰)。隔板采用LaCrO3(氧化镧铬)。为了避免因电池的形状不同，电解质之间热膨胀差造成裂纹产生等，开发了在较低温度下工作的SOFC。电池形状除了有同其他燃料电池一样的平板型外，还有开发出了为避免应力集中的圆筒型。SOFC的反应式如下：

燃料极：H2+O2-=H2O+2e-（7）

空气极：1/2O2+2e-=O2-（8）

全体：H2+1/2O2=H2O（9）

燃料极，H2经电解质而移动，与O2-反应生成H2O和e-。空气极由O2和e-生成O2-。全体同其他燃料电池一样由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其属于高温工作型，因此，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成H2加以利用，并且煤气的主要成份CO可以直接作为燃料利用。

表1燃料电池的分类

类型

磷酸型燃料电池（PAFC）

熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）

固体氧化物型燃料电池（SOFC）

质子交换膜燃料电池（PEMFC）

燃料

煤气、天然气、甲醇等

煤气、天然气、甲醇等

煤气、天然气、甲醇等

纯H2、天然气

电解质

磷酸水溶液

KliCO3溶盐

ZrO2-Y2O3(YSZ)

离子(Na离子)

电极

阳极

多孔质石墨(Pt催化剂)

多孔质镍(不要Pt催化剂)

Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)

多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)

阴极

含Pt催化剂+多孔质石墨+Tefion

多孔NiO（掺锂）

LaXSr1-XMn(Co)O3

多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)

工作温度

~200℃

~650℃

800~1000℃

~100℃

近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。AFC已在宇航领域广泛应用，PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段，MCFC也已完成工业试验阶段，起步较晚的作为发电最有应用前景的SOFC已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核，相信随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。

美日等国已相继建立了一些磷酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂、质子交换膜燃料电池电厂作为示范。日本已开发了数种燃料电池发电装置供公共电力部门使用，其中磷酸燃料电池（PAFC）已达到"电站"阶段。已建成兆瓦级燃料电池示范电站进行试验，已就其效率、可运行性和寿命进行了评估，期望应用于城市能源中心或热电联供系统。日本同时建造的小型燃料电池发电装置，已广泛应用于医院、饭店、宾馆等。

3．燃料电池发电系统

3.1.利用天然气的发电系统

MCFC需要供给的燃料气体是H2，它可由天然气中的CH4改质生成，其反应在改质器中进行。改质器出口的温度为600℃，符合MCFC的工作温度，可以原样直接输送到燃料极侧。

另一方面，空气极侧需要的O2通过空气压缩机供给。另一个反应因素CO2，空气极侧反应等量地再利用发电时燃料极产生的CO2。除了有CO2外，燃料极排出气体还含有未反应的可燃成份，一起输送到改质器的燃烧器侧，天然气改质所必需的热量就由该燃烧热供给。这种情况下，排出的燃料气体会含有过多的H2O，将影响发热量，为此通常是先将排出燃料气体冷却，将水份滤去后再输送到改质器的燃烧侧。从改质器燃烧侧出来的气体与来自压缩机的空气相混合后供给空气极侧。

实际的电池因内部存在电阻会发热，故通过在空气极侧中流过的大量氧化气体（阴极气体，即含有O2、CO2的气体）来除去其发生的热。通常是按600℃供给的气体在700℃下排出，这一指标可通过在空气极侧进行流量调整来控制，为此采用阴极气体的再循环，即，空气极侧供给的气体为以改质器燃烧排气与部分空气极侧排出气体的混合体，为了保持电池入口和出口的温度为最佳温度，可将再循环流量与外部供给的空气流量一起调整。

来自空气极侧的排气为高温，送入最终的膨胀式透平，进行动力回收，作为空气压缩动力而应用。剩余的动力，由发电机发电回收，从而可以提高整套系统的效率。另外，天然气改质所必需的H2O（水蒸汽）可从排出的燃料气体中回收的H2O来供给。

这种系统的效率可达55~60%。在整套出力中MCFC发电量份额占90%。绝大部分的发电量是由MCFC生产的。如果考虑到排气形成的动力回收和若干的附加发电，广义上也可以称为联合发电。

在使用PAFC的情况下，若以煤炭为燃料发电时就不容易了，采用天然气时，其构成类似于MCFC机组，基本上是由电池本体发电。原因是PAFC排出气体温度较低，与其进行附加发电不如作为热电联产电源。

SOFC能和较高温度的排气体构成附加发电系统，由于SOFC不需要CO2的再循环等，结构简单，其发电效率可以达到50~60%。

3.2利用煤炭的发电系统

以MCFC为例进行介绍。煤炭需经煤气化装置生成作为MCFC可用燃料的CO及H2，并在进入MCFC前除去其中含有的杂质（微量的杂质就会构成对MCFC的恶劣影响），这种供给MCFC精制煤气，其压力通常高于MCFC的工作压力，在进入MCFC供气前先经膨胀式涡轮机回收其动力。涡轮机出口气体，经与部分来自燃料极（阳极）排出的高温气体（约700℃）相混合，调整为对电池的适宜温度（约600℃）。该阳极气体的再循环是，将排出的燃料气体中所含的未反应的燃料成分返回入口加以再利用，借以达到提高燃料的利用率。向空气极侧供给O2和CO2是通过空气压缩机输出的空气和排出燃料气体相混合来完成的。但是，碳酸气是采用触媒燃烧器将未燃的H2及CO变换成H2O和CO2后供给的。

实际的燃料电池，内部电阻会发热，将通过在空气极侧流过的大量的氧化剂气体（阴极气体，即含有O2和CO2的气体）而除去。通常通过调整空气极侧的流量，把以600℃供给的气体在700℃排出。为此采用了阴极气体再循环，使空气极侧的排气形成约700℃的高温。因此，在这个循环回路中设置了热交换器，将气体温度冷却到600℃，形成电池入口适宜的温度，与来自触媒燃烧器的供给气体相混合。空气极侧的出入口温度，取决于再循环和来自压缩机的供给空气流量和再循环回路中的热交换量。

排热回收系统（末级循环），是由利用空气极侧排气的膨胀式涡轮机和利用蒸汽的汽轮机发电来构成。膨胀式涡轮机与压缩机的相组合，其剩余动力用于发电。蒸汽是由来自其下流的热回收和煤气化装置以及阴极气体再循环回路中的蒸汽发生器之间的组合产生，形成汽水循环。

这种机组的发电效率，因煤气化方式和煤气精制方式等的不同而有若干差异。利用煤系统SOFC其构成是复杂的。但若用管道气就简单多了，主要的是采用煤炭气化系统造成的，其效率为45~55%。

4．我国燃料电池的发展状况

我国的燃料电池研究始于1958年，原电子工业部天津电源研究所最早开展了MCFC的研究。70年代在航天事业的推动下，中国燃料电池的研究曾呈现出第一次高潮。其间中国科学院大连化学物理研究所研制成功的两种类型的碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统（千瓦级AFC）均通过了例行的航天环境模拟试验。1990年中国科学院长春应用化学研究所承担了中科院PEMFC的研究任务，1993年开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池（DMFC）的研究。电力工业部哈尔滨电站成套设备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的MCFC原理性电池。"八五"期间，中科院大连化学物理研究所、上海硅酸盐研究所、化工冶金研究所、清华大学等国内十几个单位进行了与SOFC的有关研究。到90年代中期，由于国家科技部与中科院将燃料电池技术列入"九五"科技攻关计划的推动，中国进入了燃料电池研究的第二个高潮。质子交换膜燃料电池被列为重点，以大连化学物理研究所为牵头单位，在中国全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，并组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW和25kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分其重量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。

我国科学工作者在燃料电池基础研究和单项技术方面取得了不少进展，积累了一定经验。但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山科学会议上对我国燃料电池技术的发

展进行了专题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的重要性和必要性。近几年我国加强了在PEMFC方面的研究力度。2000年大连化学物理研究所与中科院电工研究所已完成30kW车用用燃料电池的全部试验工作。北京富原公司也宣布，2001年将提供40kW的中巴燃料电池，并接受订货。科技部副部长徐冠华一年前在EVS16届大会上宣布，中国将在2000年装出首台燃料电池电动车。我国燃料电池的研究工作已表明：1.中国的质子交换膜燃料电池已经达到可以装车的技术水平；2.大连化学物理研究所的质子交换膜燃料电池是具有我国自主知识产权的高技术成果；3.在燃料电池研究方面我国可以与世界发达国家进行竞争，而且在市场份额方面，我国可以并且有能力占有一定比例。

但是我国在PAFC、MCFC、SOFC的研究方面还有较大的差距，目前仍处于研制阶段。

此前参与燃料电池研究的有关概况如下：

4.1.PEMFC的研究状况

我国最早开展PEMFC研制工作的是长春应用化学研究所，该所于1990年在中科院扶持下开始研究PEMFC，工作主要集中在催化剂、电极的制备工艺和甲醇外重整器的研制,已制造出100WPEMFC样机。1994年又率先开展直接甲醇质子交换膜燃料电池的研究工作。该所与美国CaseWesternReserve大学和俄罗斯氢能与等离子体研究所等建立了长期协作关系。

中国科学院大连化学物理所于1993年开展了PEMFC的研究,在电极工艺和电池结构方面做了许多工作，现已研制成工作面积为140cm2的单体电池，其输出功率达0.35W/cm2。

清华大学核能技术设计院1993年开展了PEMFC的研究,研制的单体电池在0.7V时输出电流密度为100mA/cm2，改进石棉集流板的加工工艺，并提出列管式PEMFC的设计，该单位已与德国Karlsrube研究中心建立了一定的协作关系。

天津大学于1994年在国家自然科学基金会资助下开展了PEMFC的研究，主要研究催化剂和电极的制备工艺。

复旦大学在90年代初开始研制直接甲醇PEMFC，主要研究聚苯并咪唑膜的制备和电极制备工艺。

厦门大学近年来与香港大学和美国的CaseWesternReserve大学合作开展了直接甲醇PEMFC的研究。

1994年，上海大学与北京石油大学合作研究PEMFC("八五"攻关项目)，主要研究催化剂、电极、电极膜集合体的制备工艺。

北京理工大学于1995年在兵器工业部资助下开始了PEMFC的研究，目前单体电池的电流密度为150mA/cm2。

中国科学院工程热物理研究所于1994年开始研究PEMFC，主营使用计算传热和计算流体力学方法对各种供气、增湿、排热和排水方案进行比较，提出改进的传热和传质方案。

天津电源研究所1997年开始PEMFC的研究,拟从国外引进1.5kW的电池，在解析吸收国外先进技术的基础上开展研究。

华南理工大学于1997年初在广东省佛山基金资助下开展了PEMFC的研究，与国家科委电动车示范区建设相配合作了一定的研究工作。其天然气催化转化制一氧化碳和氢气的技术现已申请国家发明专利。

中科院电工研究所最近开展了电动车用PEMFC系统工程和运行模式研究，拟与有色金属研究院合作研究PEMFC/光伏电池(制氢)互补发电系统和从国外引进PEMFC装置。

1995年北京富原公司与加拿大新能源公司合作进行PEMFC的研制与开发，5kW的PEMFC样机现已研制成功并开始接受订货。

4.2.MCFC的研究简况

国内开展MCFC研究的单位不太多。哈尔滨电源成套设备研究所在80年代后期曾研究过MCFC，90年代初停止了这方面的研究工作。

1993年中国科学院大连化学物理研究所在中国科学院的资助下开始了MCFC的研究，自制LiAlO2微粉，用冷滚压法和带铸法制备出MCFC用的隔膜，组装了单体电池，其性能已达到国际80年代初的水平。

90年代初，中国科学院长春应用化学研究所也开始了MCFC的研究，在LiAlO2微粉的制备方法研究和利用金属间化合物作MCFC的阳极材料等方面取得了很大进展。

北京科技大学于90年代初在国家自然科学基金会的资助下开展了MCFC的研究，主要研究电极材料与电解质的相互作用，提出了用金属间化合物作电极材料以降低它的溶解。

中国科学院上海冶金研究所近年来也开始了MCFC的研究，主要着重于研究氧化镍阴极与熔融盐的相互作用。

1995年上海交通大学与长庆油田合作开始了MCFC的研究，目标是共同开发5kW～10kW的MCFC。

中国科学院电工研究所在"八五"期间，考察了国外MCFC示范电站的系统工程，调查了电站的运行情况，现已开展了MCFC电站系统工程关键技术的研究与开发。

4.3.SOFC的研究简况

最早开展SOFC研究的是中国科学院上海硅酸盐研究所他们在1971年就开展了SOFC的研究，主要侧重于SOFC电极材料和电解质材料的研究。80年代在国家自然科学基金会的资助下又开始了SOFC的研究，系统研究了流延法制备氧化锆膜材料、阴极和阳极材料、单体SOFC结构等，已初步掌握了湿化学法制备稳定的氧化锆纳米粉和致密陶瓷的技术。

吉林大学于1989年在吉林省青年科学基金资助下开始对SOFC的电解质、阳极和阴极材料等进行研究,组装成单体电池，通过了吉林省科委的鉴定。1995年获吉林省计委和国家计委450万元人民币的资助，先后研究了电极、电解质、密封和联结材料等,单体电池开路电压达1.18V，电流密度400mA/cm2，4个单体电池串联的电池组能使收音机和录音机正常工作。

1991年中国科学院化工冶金研究所在中国科学院资助下开展了SOFC的研究，从研制材料着手,制成了管式和平板式的单体电池，功率密度达0.09W/cm2～0.12W/cm2，电流密度为150mA/cm2～180mA/cm2，工作电压为0.60V～0.65V。1994年该所从俄罗斯科学院乌拉尔分院电化学研究所引进了20W～30W块状叠层式SOFC电池组,电池寿命达1200h。他们在分析俄罗斯叠层式结构、美国Westinghouse的管式结构和德国Siemens板式结构的基础上，设计了六面体式新型结构，该结构吸收了管式不密封的优点，电池间组合采用金属毡柔性联结，并可用常规陶瓷制备工艺制作。

中国科学技术大学于1982年开始从事固体电解质和混合导体的研究，于1992年在国家自然科学基金会和"863"计划的资助下开始了中温SOFC的研究。一种是用纳米氧化锆作电解质的SOFC，工作温度约为450℃。另一种是用新型的质子导体作电解质的SOFC，已获得接近理论电动势的开路电压和200mA/cm2的电流密度。此外,他们正在研究基于多孔陶瓷支撑体的新一代SOFC。

清华大学在90年代初开展了SOFC的研究，他们利用缓冲溶液法及低温合成环境调和性新工艺成功地合成了固体电解质、空气电极、燃料电极和中间联结电极材料的超细粉,并开展了平板型SOFC成型和烧结技术的研究,取得了良好效果。

华南理工大学于1992年在国家自然科学基金会、广东省自然科学基金、汕头大学李嘉诚科研基金、广东佛山基金共一百多万元的资助下开始了SO

FC的研究,组装的管状单体电池，用甲烷直接作燃料,最大输出功率为4mW/cm2，电流密度为17mA/cm2，连续运转140h，电池性能无明显衰减。中国科学院山西煤炭化学研究所在1994年开始SOFC研究，用超细氧化锆粉在1100℃下烧结制成稳定和致密的氧化锆电解质。该所从80年代初开始煤气化热解的研究，以提供燃料电池的气源。煤的灰熔聚气化过程已进入工业性试验阶段，正在镇江市建立工业示范装置。该所还开展了使煤气化热解的煤气在高温下脱硫除尘和甲醇脱氢生产合成气的研究，合成气中CO和H2的比例为1∶2，已有成套装置出售。

空气质量研究范文篇10

降污延寿

美国杨伯翰大学和哈佛大学公共卫生学院的科研人员说，1978年至2001年美国人平均寿命从先前的74岁延长至77岁，这3年中有4.8个月要归功于空气质量的提高。

研究人员通过观察这20多年里美国51座城市的空气悬浮粒子污染程度的变化与人口平均寿命的关系，并排除吸烟习惯、收入、受教育程度和移居等一些有可能影响人均寿命的因素，最后得出结论表明，降低空气污染程度有助延长人的寿命。

研究主要锁定PM2.5的污染程度。PM2.5是指由固体粒子和液态粒子混合组成的、粒径小于2.5微米的细粒子。它们可以深入肺部，加重哮喘和引发心脏疾病。

列为研究对象的城市中，悬浮粒子物质浓度水平从每立方米21微克降至每立方米14微克，与此同时人口平均寿命延长2.72年。

影响明显

科学家早已认识到污染的空气对人体的危害。空气中的微尘和悬浮粒子可以深入人的肺部，增加患肺病、中风和心脏病发作的风险。

数据显示，匹兹堡、布法罗和纽约市治理空气质量的效果最明显，空气污染值降至每立方米14微克，人均增寿约10个月。

研究报告主要作者、杨伯翰大学流行病学家阿登・波普说：“我们发现，空气污染减轻最多的地方，人的平均寿命增幅最大。”

他们发现，每立方米空气中悬浮粒子每减少10微克，当地居民的人均寿命就可延长7个多月。加拿大渥太华大学专攻污染问题的丹尼尔・克鲁斯基说，这一发现可以有力证明空气质量的改善有益健康。

努力改善

美国环境保护署在一份声明中说，这项研究为他们制定空气中悬浮粒子的标准提供了重要信息。环境保护署数据显示，2000年以来，美国空气中悬浮粒子平均含量已降低11％。

政府调查人员2008年报告，美国人平均寿命首次超过78岁。华盛顿大学环境卫生学专家约埃尔・考夫曼博士说：“这证实国家为控制环境污染所付出的努力与花费值得。”

对于美国的研究数据，英国伯明翰大学的乔纳森・艾尔斯认为寿命值的估算偏高，但承认“研究对几年来在减轻污染方面做出的贡献给予了肯定”。

空气质量研究范文1篇11

关键词：城市化；环境质量；地理脆弱性；因子分析；面板数据模型

中图分类号：F290文献标识码：A文章编号：1000-176X（2009）02-0022-07

一、引言

工业化、城市化进程加速是中国经济发展现阶段的主要特点，区域自然地理条件不平衡是中国的现实国情，与之相伴而生的城市环境污染问题给我国经济和社会发展带来巨大的直接间接成本，因而成为经济学、城市发展和环境科学中影响最大、最迫切需要优先解决的课题。

自从2001年日本通产省白皮书首次提出中国已成为“世界的工厂”，学术界对这一说法的合理性、对世界产业分工与我国经济发展路径多有争论和研究。但有一个基本的共识，那就是中国的工业化进程加速，但尚未摆脱粗放增长的模式。国内工业生产在消耗大量资源能源同时带来大量环境污染，而相当多最终产品通过出口为发达国家消费，这种状况并未改变，因而关于环境与贸易的研究也快速发展起来。1978年以来，我国城市化率保持了年均1．2%的增长速率，2006年达到43．9%。据此推算，中国的城市化水平到2022年就能达到60%，2035年以前就可以达到75%。与工业化相伴随的废气排放与城市化的城市建设和消费增长带来了城市环境的严峻压力，进而付出了巨大的经济社会总成本。世界银行报告称，我国空气和水污染带来的总成本达到GDP的5．8%，已成为世界上最大的SO2排放国，仅酸雨一项每年就造成300亿元的农作物损害和70亿元的物质损失。2003年中国城市年度可吸入颗粒物指标PM10平均值达到150μg/m3，为美国的两倍。以上所有损失，尚未计入影响个体健康的隐形成本。

城市环境质量不仅受到人类经济行为的影响，同时也会受到自然地理条件和环境治理政策多方面的影响。我国北方和南方的自然地理、气候条件差异很大，由此带来城市空气质量的地理和季节差异。例如，在20世纪90年代，我国总悬浮颗粒物（TSP）和二氧化硫（SO2）浓度呈现出北高南低，冬季高于其他季节，早晚出现两个高峰的明显规律（赵济，2007）。另一方面，环境治理政策是否有效对城市环境质量的影响也非常明显，例如地方政府对建设项目施工粉尘的治理力度就对区域环境有一定影响。

国内有关城市环境质量的研究，在经济领域侧重单一污染物排放量/存量与经济增长的经验研究，在技术领域重视局部环境与具体地理气象条件方面的研究。前者大多借鉴环境库兹涅兹（EKC）理论的简化模型，分析人均GDP（或人均收入）指标与单一污染物流量/存量的关系。根据该理论所得结论随污染物不同而略有差异，不可避免地降低了该理论的政策指导意义。而且，城市空气质量没有依据多种污染物浓度综合评价，容易失于片面。我国加速工业化和城市化的国情不能在简化模型的单自变量设计中反映出来。技术领域的研究针对某一具体地理气象指标，没有综合考虑各地区的地理气象条件差异。把研究限定在经济或技术研究范畴，一方面会影响假设模型解释城市环境污染存量的能力，另一方面会无意中放大某些变量的影响，从而带来误导。本文试图基于中国现实国情，把自然地理条件内生化，综合考量现阶段工业化、城市化、地理脆弱性与环境质量的关系，解释城市环境变化规律，为工业化和城市化发展的政策制定提供依据。

一、文献评述

环境质量的理论研究，基本上按照经济和技术的两个方向展开。环境与经济增长理论发端于20世纪60年代关于资源废弃物与增长的研究，随后则是90年代基于内生经济增长理论带来的启示。近10年，基于环境污染与国民收入的研究的理论发展仍在进行当中。EKC假设就是该理论分支的一个重要研究成果。

Grossman和Krueger[1]将原用于收入不均等与经济发展阶段的库兹涅茨曲线应用于环境问题，提出了环境库兹涅茨假设（EKC），用来说明如果没有一定的环境政策干预，增长与环境质量或污染水平之间呈倒U型曲线关系，即环境质量在经济发展的初期随着经济的增长先恶化，当经济发展到较高水平时，环境恶化的趋势逐渐转缓，并随着经济的继续增长，环境质量不断得到改善。该理论受到了广泛的关注，并有越来越多的实证研究提供证据。Grossman和Krueger[2]在拟合人均收入与空气污染关系时，采用了以下的简化模型：

Yit=G

该文作者认为，简化模型与同时考虑环境管制、技术水平和产业结构的结构方程模型相比，更直接地反映了二者之间的关系。另外，环境管制和技术水平的数据很难获得，这也是采用简化模型的原因之一。并进一步指出，简化模型研究无法说明二者形成的原因，因而只迈出了重要研究的第一步。

国外大量学者进行了EKC曲线转折点的验证，并认为转折会发生在人均3000―15600美元之间，这个区间范围很大是因为对于不同的污染物到达转折点的时间不同[2-3-4-5]（Shafik，1992；Panayotou，1993；Selden，1994；Grossman，1995；Cole，1997）。其中，Shafik、Grossman污染物采用浓度指标，Selden和Cole采用了排放量指标。

近年来，国外学者也发现了EKC假设解释能力不足的问题。KennethArrow[6]指出，由于EKC假说的实证研究局限于特定污染物，应对这些实证研究的结论保持清醒的认识。并不能说明经济增长，一定会带来环境改善。资源环境是经济增长的基础，如果资源环境的破坏不可逆转，经济活动本身就不可持续。另外，EKC曲线也难以说明能够带来长期影响的污染物如CO2、资源存量、污染产业转移、制度变革（环境立法与市场激励）的影响。生态的恶化往往突然发生，并不可逆转。经济增长与环境政策不能互相替代，为了保持生态弹性，需要更严格的环境政策变革。世界银行在“经济增长中的空气污染”报告[7]中指出，EKC错误假定“不发达国家不可能存在强有力的污染管理”，对环境与经济增长关系产生误导。传统的环境理论也未考虑地理因素（气候和区域特点）对空气质量的影响。仅政府环境管理和地理弱点两个因素就可以解释发展中国家的环境危机。适度的城市增长战略可以在国家达到中等收入之前显著降低空气污染水平。

国内关于污染物排放与经济增长关系的研究，主要集中于我国环境EKC简化模型的验证方面。一些研究发现，我国人均污染物排放量/存量与人均GDP之间具有环境库兹涅兹曲线特征，大致呈倒U型曲线的左半部分，基本上处于转折点[8]。也有研究认为我国尚处于环境恶化的发展阶段，没有存在环境库兹涅兹曲线的现象[9]。针对我国部分地区的环境污染指标与经济增长研究，发现部分符合倒U型曲线的特征[10-11-12-13-14]。

环境质量的技术研究重点是有关环境与自然地理条件的研究，包括温度、湿度、降雨量、沙尘、区域污染与环境质量的关系研究，如鲁然英等[21]研究了沙尘天气与API指数的关系，张国勋[22]分析了杭州城市环境空气中污染物浓度与气象观测数据的相关性，孙雪丽等[23]利用美国EPA区域空气质量模式Models23/CMAQ，对北京市SO2区域污染情况进行模拟，并在此基础上，研究区域污染对北京市采暖期SO2污染的影响。

在文献检索中我们发现，国内城市环境质量的经济和技术研究均仅描述了城市环境质量形成机制的一个侧面。在经济领域，大多对EKC的简化模型进行验证，至于该理论与简化模型存在的局限性很少涉及。笔者认为至少存在以下几点：一是仅考虑环境污染与人均收入的关系，未能考虑区域自然地理条件；二是该假说仅说明了某一污染物与经济增长的关系，不能全面反映多种污染物的实际效果。从国内外现有的相关研究看，国家层面的研究较少，城市个体层面的研究较多。无论国内外对EKC的验证，还是研究自然气象条件，都没有综合反映中国国情的城市化、工业化、地理自然因素，对污染物存量的解释能力有限。

二、数据及变量界定

本文参考借鉴了国内外关于环境质量与经济增长的模型。包括SOLOW经济增长模型、EKC模型、IPAT环境负荷模型等，最终基于数据的可获得性和模型假设对横截面和面板数据设计了不同模型。以往，在环境问题与经济增长的实证研究中，多采用国别或者省级时间序列的数据。本文以30个主要城市数据作为样本，研究城市空气质量、城市化与经济增长的互动关系。对2006年的横截面数据采取多元回归分析方法，2003―2006年则建立了面板数据模型。选用城市数据，一方面我们可以深入研究城市化对城市空气质量存量的影响，另一方面可以有助于解释不同地区的差异，解决不同地区城市化存在的问题。

1．变量选择和指标设计

城市环境质量包括空气质量、水环境、声环境以及生物多样性等维度。基于数据的可获得性，本文的研究对象仅限定为城市空气质量。城市空气质量根据污染存量指标确定，污染存量指标选取列入国家统计局年度城市环境统计的可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）浓度指标（mg/m3）和空气质量达到或超过二级的天数四项指标。采取因子分析的方法，根据污染四项指标提取环境因子。环境因子越小，环境质量越高。这里未直接采用环境监测周报的API指标，API指标选取各种污染物的分指数的最大值作为观测点的污染指数，能够反映出主要矛盾的大小，但不能够反映各种污染因素的综合影响，也不适合横向的比较。

城市化率（URB）定义为非农业人口/总人口。工业化水平没有采用通常的人均工业总产值指标，而是采取了工业二氧化硫、烟尘和粉尘排放量三项提取的工业三废排放因子作为变量，这种方法的优点在于一方面在反映工业化水平的总量的同时也可以反映环境污染治理技术的水平，另一方面可以在某种程度上体现政府对工业环境管制的力度。由于难以定量化，我们在模型中没有单独设定环境管制变量。

有关地理脆弱性（Fac_g），本文检测了平均温度、平均风速、降雨量、沙尘暴、采暖度日数（HDD18）的影响。其中，平均温度、平均风速、降雨量、采暖度日数指标源自文献[15]，平均温度取全年平均温度（℃），平均风速取冬夏季平均风速（m/s），降雨量取全年降雨量（mm），采暖度日数（HDD18）是一年中当某天室外日平均温度低于18℃时，将低于18℃的度数乘以1天，所得出的乘积的累加值，单位为℃•d。由于考虑北方地区燃煤采暖是重要的污染源，这里采取采暖度日数（HDD18）作为变量区分南北方的温度差异。沙尘暴影响为一哑变量，根据历史环境监测数据，参考文献[16]确定。经检测降雨量和HDD18均不显著，笔者分析认为这里降雨量采用全年降雨量而非日均降雨量平均值，无法反映空气质量的监测结果。采暖度日数与平均温度存在较强相关性，可能是其统计不显著的主要原因。为了构建统一的地理脆弱性指标，本文对温度、风速和沙尘暴影响进行了因子分析，构建了地理脆弱性指标。地理脆弱性指标越小，代表该地区越容易受到环境污染。与单一自变量的方法相比，这种方法可以对各地的地理脆弱性进行综合评价，更易于在总体上把握环境质量差异的构成要素。图1显示了本文理论模型的基本思路，图中虚线部分为隐含在该指标中的其他变量。

本文数据取自《中国统计年鉴》和《中国城市统计年鉴》，采取了2006年的横截面数据，面板数据模型时间跨度为2003―2006年。

2．因子分析

先对数据标准化处理，图2为城市环境质量四项指标的曲面分布图。以下PM10、SO2、NO2、DAYS、ISO2、IGAS、IPOW、URB、SAN、TEM、VEL分别代表：可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮浓度、空气质量优于二级天数、工业二氧化硫排放量、工业烟尘排放量、工业粉尘排放量、城市化率、沙尘暴影响、平均气温和平均风速。Fac_e、Fac_i和Fac_g分别代表环境质量因子、工业废气排放因子和地理脆弱性因子。

分别提取环境质量因子、工业废气排放因子和地理脆弱性因子。采取主成份分析法确定因子载荷，选择保留特征根大于1的主成份。由碎石图3可以看出，均保留一个主成份（因子）是合理的，KMO值分别为0．632、0．735、0．422，Bartlette球形检验值分别为64．6、37．2、27．7，P(sig．=0．000)

因而，环境因子Fac_e=0．362PM10+0．269SO2+0．246NO2-0．372DAYS，同理可以计算工业废气排放因子。Fac_i=0．374ISO2+0．380IGAS+0．379IPOW，Fac_g=-0．507SAN+0．445TEM+0．287VEL。从实际意义来看，环境因子的三项污染物浓度系数均为正值，二级以上天数的系数为负值，说明环境质量因子能够正确反映污染物浓度越大、二级以上天数越少环境质量因子越大，环境质量越差的关系，而且二级以上天数和可吸入颗粒物PM10变化对环境因子的弹性均在0．3以上。工业废气排放因子的三项污染物排放量系数均为正值，而且对该因子的贡献相差不大。地理脆弱性因子中，沙尘暴影响的因子得分为负值、温度和风速的系数为正值，反映了沙尘暴、温度风速越低造成地理脆弱程度加大，地理脆弱因子数值减小。一方面可以解释北方低温地区容易发生燃煤污染，低温不容易促进污染物流动的问题，另一方面与风速较小容易造成污染物聚集的现象相符。其中，沙尘暴的影响最高，弹性超过了0．5，风速影响最小。

三、计算结果与分析

1．因子分析的结果

因子分析的结果见表2。

由图4可以看出，根据因子分析法计算得出的工业废气排放与环境质量排名有一定关联度，海口、杭州、济南、长沙四城市两者排名相同，但前者并不能完全解释后者。北京工业废气排放较低，在30个城市中排名第8位，而环境污染因子则排在第28位，地理脆弱性排名可以在一定程度上解释之间的差异。

2．回归分析的结果

采用多元线性回归分析方法，假设模型为：

Fac_e=c+β1Fac_i+β2Fac_g+β3URB+ε，由残差图5可以看出，随机误差项存在明显的异方差性，故选用加权最小二乘法(WLS)。

由回归分析我们可以发现，采用加权回归模型的拟合优度有了较大提高，模型常数项及自变量的显著水平均得到改善。工业废气排放、地理脆弱因子通过了1%置信度下的显著性检验，城市化率通过了5%置信度下的显著性检验。模型的决定系数R2为0．605，在以往文献关于横截面污染增量的回归分析拟合优度均只能达到0．4。相对而言，本模型的解释程度较好。

3．面板数据分析的结果

在采用2003―2006年的面板数据分析中，采用以下模型：

Fac_eit=c+β1Fac_iit-1+β2URBit+β3URB2it+β4URB3it+uit

模型中it里的i代表区域，t代表时间。在模型分析中，加入了因变量的一阶滞后项，因而有关自然地理的影响因素在方程左右可以同时抵消。在设定变量时空气质量因子不包括达到二级的天数，模型中也未考虑地理脆弱性的影响。为了减少由于截面数据造成的异方差影响，计算给出了采用广义最小二乘法（GLS）估计。

计算结果表明，模型R2超过了0．92，拟合优度较高。模型F值达到245．8，模型方程在1%的置信度下显著。因变量的一阶滞后项、城市化率、城市化率的平方和三次方项均通过了5%显著水平检验，常数项p值略高于0．05。DW检验值2．11，证明残差无序列相关。模型说明，城市空气环境质量一阶滞后项显著，表明城市空气质量较多受到自然和地理因素的影响。城市化率的一次和三次项系数为负值，二次方项系数为正值，从动态来看，表明城市化率对城市空气环境质量的影响效果存在倒U型曲线的特征，即城市环境质量随城市化率提高先恶化后上升，这一峰值对不同区域有所不同。由此，根据横截面分析和面板数据分析，我们可以得出以下结论：当前，我国各地区尚处于城市化率上升，空气质量恶化加据的阶段，呈现出区域城市化率与空气质量负相关的关系。

四、结论与政策建议

本文回顾了城市环境质量经济与技术研究的理论成果，基于我国30个大中城市经济、环境和社会数据，采取因子分析、横截面多元回归分析和面板数据模型，分析城市化、工业化、地理脆弱性对环境质量的影响。主要结论包括：

第一，对城市主要空气质量指标的因子分析发现，影响我国城市空气质量的关键污染物是可吸入颗粒物PM10。

第二，根据因子分析法得出的城市空气质量状况排名与传统API排名有一定差异。

第三，从2006年横截面数据的回归分析可以发现，城市空气质量具有较强的地域性，中国正处于快速城市化的发展阶段，在当前阶段，城市化率与地区城市空气质量负相关。

第四，工业化的规模与质量对空气质量的影响十分显著。

第五，空气质量最差城市更多受其人口、自然和地理因素影响。本文基于沙尘暴影响、平均温度和平均风速构建地理脆弱性的指标，能够较好地反映地理气象因素对空气质量的影响作用，对于提高回归模型的解释能力作用明显。

第六，面板数据的分析表明，城市空气质量的演变具有较强的自相关性。针对某一具体城市，城市化率与空气质量呈现三次多项式曲线变化的过程，即随着城市化率的提高，城市空气质量下降，在达到峰值后会逐渐上升。这与发达国家，城市化进程与城市空气质量改善的过程相吻合。由此，我们可以得出以下结论：当前，我国各地区尚处于城市化率上升，空气质量恶化上升的阶段，呈现出区域城市化率与空气质量负相关的现象。

根据以上研究结果，本文提出以下建议：

第一，建议对城市空气质量的评价采取因子分析法。传统API指标选取各种污染物的分指数的最大值作为观测点的污染指数，能够反映出主要矛盾的大小，但不能够反映各种污染因素的综合影响，也不适合横向的比较。

第二，根据环境质量因子，当前的环境治理应把工业粉尘、沙尘的治理放在首要的位置，有效控制一次污染和二次扬尘污染。二次扬尘主要来自工业烟尘与粉尘沉降、建筑施工和各种垃圾清运时撒落于地经碾压后再次扬起。控制二次扬尘的关键仍是控制其来源，同时应选择美观、节水、低排的树种，绿化美化城市环境。

第三，提高工业化发展质量。一方面，要调整工业产业结构，大力发展节能、环保产业；二是走新型工业化的发展道路，用先进环保科技改善传统产业，降低单位产值能耗和污染物排放。

第四，针对不同地区的地理气象特征，有针对性地出台保护和治理城市环境质量的政策。如对受沙尘暴袭扰的地区应多考虑防风固沙措施，根据地理气象条件，合理确定城市发展布局等，这种布局的改变可以通过污染源治理、搬迁或能源结构调整来实现。

第五，保持一定的城市化和工业化发展速度，加大环境保护和环境治理的力度，尽快达到城市环境质量的转折点。一是要制定更为严格和科学的环境标准，建立环境与经济的综合决策体系；二是制定城市发展和工业化发展规划，适当控制地理脆弱区域的人口规模和工业比例；三是按照污染者付费，利用者补偿，开发者保护，破坏者恢复的原则，拓宽环保投资主体，加大环境治理的力度。

参考文献：

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空气质量研究范文篇12

关键词：空气质量；空气污染物排放量；经济增长；环境库兹涅茨曲线

中图分类号：F129.9文献标识码：A文章编号：1003-3890（2014）05-0026-06

一、引言

2014年2月，中国大部分城市（特别是经济发达地区的城市）因高浓度PM2.5引发人群急性死亡率、呼吸系统疾病和心血管疾病死亡率大大升高，越来越多的人开始关注和研究影响空气质量的因素。其中有人提出，环境恶化是中国在经济发展过程中只一味追求GDP增长造成的。那么经济发展真的会影响空气质量吗？Grossman和Krueger（1991）[1]在对贸易、经济与环境的相关关系进行研究时针对二氧化硫的排放基于库兹涅茨曲线首次提出来“环境库兹涅茨曲线”（简称EKC）假说。EKC假说认为，经济增长与一些环境质量指标之间的关系不是单纯的负相关和正相关，而是呈倒“U”形曲线的关系，即环境质量随着经济增长先恶化后改善。

对EKC曲线的探讨，20世纪90年代国外主要是利用面板数据进行国别研究，对某种污染物排放浓度或人均排放量与人均收入（人均GDP）数据来做统计分析，其中以二氧化硫研究最多。Grossman和Krueger（1995）[2]运用模型y=a+bx+cx2对42个国家1977―1988年的历史和截面数据进行研究，Panayotou（1997）[3]采用30个发达国1982―1994的历史数据分析空气中的二氧化硫。这两个研究表明，主要的大污染物指标与收入之间存在倒U形关系。Dinda（2004）[4]将环境指标扩展为空气中污染物、水中污染物、重金属含量，采用模型y=a+bx+cx2+zit（zit为外部影响因素）研究发现，质量和环境的关系符合倒U形曲线关系。

对此进行实证研究的外国学者还有List和Gallet（1999）[5]等。但是他们的结论大多相似，都得出倒U形曲线关系确实存在的结论。但是仍有部分学者的实证分析并不支持EKC假说。Shafik和Bandyopadhyay（1992）[6]对149个国家和地区的10个指标与人均GDP关系进行研究却发现污染物指标和人均GDP并不全都呈现倒U形曲线关系。Martinez-Zarzoso和Bengochea-Morancho（2004）[7]根据22个OECD国家1975―1998年二氧化碳排放量数据，发现lny=a+blnx+c（lnx）2+d（lnx）3，对数三次方程模型的拟合度更好，环境质量与经济增长的关系为N形曲线关系。Galeotti和Lanza（2005）[8]在对100个国家仅25年二氧化硫浓度和人均GDP关系进行研究时，采用了y=a+bx+cx2+dx3和对数三次lny=a+blnx+c（lnx）2+d（lnx）3，虽然结论也并不均为倒U形关系，但是模型却做了一定的改进。

通过分析上述学者的研究，发现大部分符合倒U型曲线关系实证研究的数据来源往往是发达国家或地区，而发展中国家或地区并不符合，它们大多呈递增型或者N型。

因此，目前国内学者研究方向主要是针对我国的实际情况进行研究。根据研究对象不同，主要分为两类：

第一类是以国内单个省或市的经济发展水平和环境质量为研究对象。

吴玉萍等（2002）[9]以北京市1985―1999年经济与环境为研究对象建立计量模型，研究结果表明：各环境指标与人均GDP演替轨迹呈现显著的环境库兹涅茨曲线特征，但比发达国家较早实现了其环境库兹涅茨曲线转折点，且到达转折点的时间跨度小于发达国家。这表明，北京市已经进入经济与环境协调发展的后期阶段。陈华文和刘康兵（2004）[10]以上海市1990―2001年的经济与环境为研究对象，实证研究结果表明：对于多数指标而言，环境库兹涅茨曲线假说成立，并且不同的环境质量指标对应于不同的转折点。因此他们认为，从总体上讲，经济增长最终将会改善环境质量，但是需要政府通过政策来协助实现。张军（2013）[11]以河南省2000―2010年各种时间序列的环境质量、经济数据进行试算，实证结果表明：河南省的经济与环境质量的关系不符合库茨涅兹曲线，曲线呈现N型。

第二类是以多个省份和城市的经济发展水平和环境质量为研究对象。

张成等（2011）[12]对中国31个省份1991―2008年的SO2排放量和人均GDP进行整体和分组检验，结果表明：全国人均SO2排放量和人均GDP之间符合倒“U”型关系，拐点为6639元。当时北京、上海和天津的人均GDP超过了拐点，实现了“双赢”，而剩余的28个省份的人均GDP则尚未达到这一理论拐点。高静和黄繁华（2011）[13]利用中国30个省、市、自治区1995―2009年的人均CO2排放量和人均实际GDP的面板数据检验EKC曲线，研究表明：东部地区存在倒U型的EKC，西部地区存在正U的EKC，中部地区不存在EKC。王西琴等（2013）[14]在东中西部分别选择两个典型城市共6个城市，用这些城市1994―2009年的三种污染物（工业COD排放量、工业SO2排放量、工业固体废弃物）的标准化均值表征综合环境污染水平，人均GDP标准化值表征经济发展水平，对各城市的EKC曲线验证并且分析当前所处的阶段。结果表明：东部地区的两个城市已进入倒“U”型EKC曲线下降阶段；中部地区两个城市处于倒“U”型EKC曲线上升阶段的后期；西部地区两个城市处于倒“U”型EKC曲线的上升阶段。

目前，评价环境与经济协调发展的方法主要有主成分分析法、层次分析法、模糊数学法和系统动力学模型等。由于“环境库兹涅茨曲线”能够更好地反映经济是否对环境造成影响以及造成什么样的影响，本文将基于EKC曲线分析法，采用我国31个省会城市和直辖市2003―2012年的面板数据，对经济发展是否对环境质量（主要是空气质量）产生影响进行验证。

本文贡献在于：第一，试图通过建立基于面板数据分析的EKC模型来量化经济增长与空气质量的关系，研究对象是全国31个省会城市、直辖市2003―2012年的空气质量和经济发展水平。研究对象涉及我国各个省，地域面积广，克服了研究单一城市的局限性。第二，采用最近十年的数据，可以为读者提供最新的经济发展水平和空气质量信息，具有一定的前瞻性，而且十年的数据可以克服单一年限的偶然性。第三，本文在建立EKC模型量化经济增长与空气质量关系时，并非只是单纯的做空气质量与经济增长之间的计量模型，而是首先研究空气质量与工业排放物等直接影响因素之间的关系，然后在此基础上引入了个体固定效应，排除了不随时间变动的一些不可观测的因素对空气质量的影响。在直接因素和不随时间变化的不可测因素都确定的情况下，做空气质量与经济增长之间的计量模型能更好地反映经济发展水平对空气质量的影响。

二、理论模型

（一）基本模型：环境库兹涅茨曲线

环境库兹涅茨曲线（EKC）是由Grossman和Krueger[1]在1991年参照经济学中的库兹涅茨曲线研究北美自由贸易协定的环境影响时首次提出的。List和Gallet[5]于1999年在其研究中提出理论模型，通过数学公式，将经济发展等因素与环境质量联系起来，以期发现经济发展对环境质量的影响力。

其理论公式如式（1）所示：

Pjit=■xi=？茁jkiXjkit+？兹jiT+？着jit

其中，Pjit代表国家i在时间t内污染物j（j=SO2，NO2）的人均排放量；Xjkit代表国家i在时间t内外生参数K的矢量，当K=3时，方程为二次方，当K=4时，方程为三次方（Xjkit=1代表常数项）；T代表时间；？着是误差项。

本文试图通过建立基于面板数据分析的EKC模型来量化经济增长与空气质量的关系。建立引入经济发展变量后的EKC模型为：

dayit=Xit？茁+？酌ln（gdp）it+？着it（2）

式（2）中，表示对数形式；day表示一年中达到二级质量天数；向量X是影响空气质量的直接因素，包含3个变量，即二氧化氮（NO2）排放量、二氧化硫（SO2）排放量以及可吸入颗粒物（PM10）含量；GDP是各城市人均实际GDP；？着为随机扰动项，下标i和t表示第i个城市第t年的数据。

（二）变量选择

本文选择1999―2012年每年“空气质量级别二级和好于二级的天数”作为被解释变量，以反映各城市每年的空气质量状况。二氧化氮（NO2）排放量、二氧化硫（SO2）排放量、可吸入颗粒物（PM10）以及人均实际GDP作为解释变量。由于北京市城区的统计数据不全，严重残缺，因此普遍采用整个北京市的统计数据（包括郊区）。基于上述模型，本文设定因变量为一年中达到二级质量天数（day），自变量的选取与设定如下：

1.人均实际GDP。人均GDP较地区生产总值更能体现该地区经济所处的发展阶段，而不同的经济发展阶段往往体现着不同的能源消费强度和对环境保护的意识程度。空气质量可能会因为人类的经济活动而恶化，也可能会因生产技术的提高、环保投入的加大而改善。另外，由于我国目前大多数城市的发展主要是以第二产业为主的经济增长，因此人均GDP也可以反映各城市第二产业的比重，从而反映对环境的影响程度。而人均实际GDP是在人均GDP的基础上剔除了通货膨胀的因素，使不同年份下的人均GDP具有可比性。本文选择的是以2003年的物价水平作为基期。

2.空气污染指标。在研究影响空气质量因素时，李玉敏等（2011）[15]认为主要的因素可能包括经济整体增长、机动车保有量、第二产业产值占总产值的比重、绿色植被覆盖率、能源结构和人口总量。本文认为，二氧化氮排放量、二氧化硫排放量以及可吸入颗粒物均是机动车保有量、第二产业产值占总产值的比重、绿色植被覆盖率和能源结构的直接结果，因此直接由二氧化氮排放量、二氧化硫排放量以及空气中可吸入颗粒物含量作为影响空气质量的自变量更加直接和便利。虽然我国目前采取的是空气质量指数（AirQualityIndex，简称AQI）AQI来描述空气质量，然而由于PM2.5指标是近两年才开始统计，因此缺乏相关数据。我们采取计入空气污染指数（AirpollutionIndex，简称API）API的三项指标来反映空气的质量。这三项指标分别是二氧化硫排放量、氮氧化物排放量和粒径小于10微米的悬浮颗粒物含量。

三、计量模型和分析

（一）模型

根据上面的理论模型，我们把计量模型设定如下：

dayit=Xit？茁+？酌ln（gdp）it+？着it（3）

其中，day为一年中达到二级质量天数，它是反映空气质量的变量。向量X包含3个变量，即二氧化氮（NO2）排放量、二氧化硫（SO2）排放量以及可吸入颗粒物含量（PM10）。向量X的各变量反映了影响空气质量的工业排污因素，这些因素是影响空气质量的直接原因。除了这些因素外，肯定还有其他因素影响空气质量。我们重点考察影响空气质量的经济因素，这个因素我们用ln（gdp）来反映，它是各城市人均实际GDP的自然对数。人均实际GDP反映了城市的人民生活水平，同时也反映了该城市的经济发展水平。我们把X所含变量作为控制变量。我们要重点考察的是，较高的经济发展水平（用ln（gdp）表示）会导致较低的还是较高的空气质量（用day表示）。

（二）数据

本文所选取的研究对象包括中国31个省会城市、直辖市，研究区间选取2003―2012年。以人均实际GDP（单位：元）表示经济发展水平，采用2003年不变价格，数据来源于历年《中国统计年鉴》、各省统计年鉴、中国区域经济统计年鉴和中国城市统计年鉴。以空气质量达到及好于二级的天数（单位：天）表示空气质量，数据来源于历年《中国统计年鉴》。空气中二氧化氮的含量（单位：ug/m3）、二氧化硫的含量（单位：ug/m3）、可吸入颗粒物的含量（单位：ug/m3）为三个控制变量，数据来源于历年《中国统计年鉴》和国家统计局网站。

另外，关于缺值数据处理的特别说明。本文涉及的数据个别年份数值是缺失的，因此采用了以下两种方式对其进行填补。一是采用插值法对缺失值处于前后年份数值已知中间的情况进行了填补。二是采用平均速率法对缺失值处于已经年份数值前后的情况进行了填补。第二种方式是通过已知中间几年的数值计算出该地区的平均增长率，然后预测出后几年数值和推出前几年的数值。我们在表1和表2中分别列出各变量的描述统计量和各变量间的相关系数矩阵。从表2可以看出，ln（gdp）和day之间存在显著的正向相关关系。

（三）计量分析

我们在表3列出计量模型的回归和检验结果。

在表3的第（1）列和第（2）列中，我们对影响二级天数的控制变量进行回归，考察各种工业排放物对空气质量的影响。列（1）使用OLS方法，而在列（2）中，我们加入了反映各个城市个体固定效应的30个虚拟变量。可以看出，在列（1）和列（2）中，二样化氮、二氧化硫和可吸入颗粒物这三个变量的系数均在1%的水平统计显著，且符号为负。这两列的结果没有实质差别，但列（2）调整后的R2比列（1）高0.13，说明固定效应模型比OLS模型的解释力高大约13%。这说明各种工业排放物对城市的空气质量有显著的负向影响。并且，我们注意到列（1）调整后的R2达到了0.768，说明各种工业排放物的变动对各城市二级良天数的变动有很强的解释力，这个解释力达到了76.8%，而不随时间变动的一些不可观测的因素则可以解释各城市环境质量变动的13%。当然，这并不是我们主要关心的问题，我们关心的是除了这些因素以外的其他因素，包括经济发展对城市空气质量的影响，这种影响体现在误差项中。

在考察主要控制变量对空气质量的影响后，我们重点考察经济发展水平对空气质量的影响。我们在列（3）和列（4）中加入变量人均GDP的对数（ln（gdp）），列（3）为普通OLS，列（4）考虑了个体固定效应。结果显示，无论是OLS模型，还是个体固定效应模型，ln（gdp）的系数均在1%的水平统计显著，并且符号均为正。这说明城市的经济发展水平对环境质量有显著的正向影响。较高经济发展水平一般意味着较好的空气质量。另外，注意到列（3）和列（4）调整的R2分别为0.775和0.904。列（3）调整的R2只比列（1）高0.007，而列（4）调整的R2只比列（2）高0.009。这种提高几乎可以忽略不计，说明经济发展水平并不是空气质量变动的主要原因，它对空气质量变动的解释力还不到1%。

鉴于经济理论认为，经济增长与环境质量的轨迹可以用倒U型的EKC曲线表示，初期的经济增长会带来环境质量的恶化，到达一定程度后经济增长将带来环境质量的改善，即EKC曲线上存在一个拐点，拐点之前人均实际GDP上升导致环境质量恶化，到达拐点时，环境质量最差，之后随着人均实际GDP的上升而有所改善，其实质是经济增长短期内能带来环境的恶化，长期带来的是环境的改善。

我们在列（5）和列（6）中引入人均GDP对数的平方（[ln（gdp）]2）。同样，列（5）使用OLS模型，而列（6）使用个体固定效应模型。结果显示，[ln（gdp）]2的系数同样在1%的水平显著为正。另外，与列（3）和列（4）相比，列（5）和列（6）调整的R2没有任何变动。这表明，要说明经济发展水平对空气质量的影响，使用人均实际GDP对数的线性形式和平方形式没有本质差别。

考虑到ln（gdp）有可能存在的内生性，我们在列（7）和列（8）中分别使用OLS和固定效应模型的工具变量法进行估计，作为列（3）到列（6）估计结果的稳健性检验。结果显示，ln（gdp）仍然显著为正，调整的R2也没有发生显著的变化。这说明我们上面的分析是稳健的。

为了更直观地说明上面分析中ln（gdp）对day的影响，我们用散点图进行说明。我们首先对以下模型进行估计：

dayit=Xit？茁+？着it（4）

我们可以得到上述模型day的拟合值，我们把它定义为“正常二级质量天数”，它反映了受各种工业排放物的影响应该达到的二级质量天数，记为norm_day。那么，实际的二级质量天数（day）与正常二级质量天数（norm_day）的偏离，反映了工业排放物以外的其他因素包括经济发展水平对空气质量的影响。我们把这种偏离定义为异常的二级质量天数，用extra_day来表示，显然它可以用上述模型的残差来表示：

Extra_dayit=dayit-normdayit（5）

显然，extra_day反映了二级质量天数不能由工业排放物解释的部分。在图1中，我们画出了各城市人均实际GDP的对数与异常的二级质量天数（extra_day）之间的散点图，并用二次曲线进行拟合。可以看出，31个省会城市、直辖市中，大多数城市的异常二级质量天数为正，这说明以我国各城市排放的工业污染来看，大多数城市的环境水平并不算差。而且经济发展水平较高的城市往往意味着二级质量天数越多。但城市的经济发展水平对其空气质量水平的影响并不是决定性的，这从较为平缓的拟合线可以看出。

四、结论和政策建议

本文以中国31个省会城市、直辖市2003―2012年的空气质量和经济发展水平为例，研究了经济发展水平对空气质量的影响。研究发现：空气中二氧化氮的含量、二氧化硫的含量以及可吸入颗粒物的含量对空气质量变动的解释力超过了75%，不随时间变动的一些不可观测的因素可以解释各城市空气质量变动的13%，而经济发展水平并不是空气质量变动的主要原因，它对空气质量变动的解释力还不到1%。虽然经济发展水平并不是空气质量变动的主要原因，但它们依旧存在正相关的关系，即经济发展水平较高的城市往往意味着二级质量天数的增多，但城市的经济发展水平对其空气质量水平的影响并不是决定性的。

由人均实际GDP对数和异常二级质量天数的拟合曲线可以看出：我国省会城市、直辖市的空气质量与经济发展的拟合曲线是正U型曲线最低点的右边，但是斜率较小，即2003―2012年，我国省会城市、直辖市随着经济的发展，空气质量得到一定程度的改善，但是改善程度有限。根据前人经验，环境库兹涅茨曲线是一条倒U形的曲线，即初期的经济增长会带来环境质量的恶化，到达一定程度后经济增长将带来环境质量的改善。我国省会城市、直辖市的曲线拟合只存在拐点后面的部分，即经济增长带来环境质量的改善，并没有经济增长带来环境的恶化部分。分析其原因：（1）本文的样本点取自2003―2012年，与前人研究相比，时间上具有一定的滞后性。在此时间段内，政府和群众都已经认识到了保护环境的重要性，不能以牺牲环境为代价发展经济。（2）本文的研究对象是中国31个省会城市、直辖市，而不是整个经济体，空间上具有一定的独立性。这些城市是我国较发达的城市，政府比较重视环境保护，并采取了相关的措施保护环境。然而在我国很多中小城市，政府和居民对环境的保护意识并不强。在相对独立的空间里，各个省会城市相互的影响程度并不明显。（3）居民对环境的保护意识在实际行为上的反应仍然较弱，各个地区对环境保护的宣传工作作用不明显。

空气质量恶化是全民性问题，关乎全国人民的身体健康。从上面的结论可以看出，在我国注意环境保护后，环境污染程度有一定的改善，但是改善程度仍然不明显，所以，我们若想彻底解决空气污染问题，还需要做得更多。

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DoestheCities'EconomicGrowthAffectAirQuality

――AnEmpiricalAnalysisBasedon31CitiesinChina

ChiJianyu1，ZhangYang2，YanSiyu1

（1.SchoolofEconomicsandManagement，CommunicationUniversityofChina，Beijing100024，China；

2.SchoolofScience，CommunicationUniversityofChina，Beijing100024，China）