城市化及其對(duì)大氣環(huán)境的影響

李 磊,徐 輝

(1.撫寧縣環(huán)境保護(hù)局,河北秦皇島066300;2.中國環(huán)境管理干部學(xué)院,河北秦皇島066004)

城市化及其對(duì)大氣環(huán)境的影響

李 磊1,徐 輝2

(1.撫寧縣環(huán)境保護(hù)局,河北秦皇島066300;2.中國環(huán)境管理干部學(xué)院,河北秦皇島066004)

中國城市化的快速發(fā)展與能源消耗的迅速增加,給中國城市帶來了眾多大氣環(huán)境問題。城市化不僅造成了如熱島效應(yīng)等城市周邊氣候的變化,還帶來了酸雨頻發(fā)、空氣顆粒物污染加重和汽車尾氣污染嚴(yán)重等城市環(huán)境問題。對(duì)此,應(yīng)當(dāng)從科學(xué)編制城市發(fā)展規(guī)劃,合理調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),加強(qiáng)環(huán)境管理與污染治理,增加城市綠化面積等方面入手,改善城市大氣環(huán)境。

城市化;大氣污染;城市氣候

城市是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)最為活躍的區(qū)域,是一個(gè)國家和地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心,是人類的主要集聚形式及主要集聚地之一。有人預(yù)言,21世紀(jì)是城市的世紀(jì),城市代表著人類的未來。隨著人類社會(huì)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提高,城市化進(jìn)程正在不斷加快。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1],從1800年起,世界城市人口占總?cè)丝诘陌俜直让?0年翻一番。預(yù)計(jì)世界城市人口與世界總?cè)丝诘谋壤?010年將達(dá)到51.8%(1950年為29.2%),2025年將達(dá)到62.5%,而且發(fā)展中國家城市人口比例的增加要比發(fā)達(dá)國家更快。尤其是20世紀(jì)以來,人口、產(chǎn)業(yè)、交通在城市高度集中,城市的能量流、物質(zhì)流、信息流異常強(qiáng)大。這使得城市化在充分利用各種資源、發(fā)揮集聚效應(yīng)、提高社會(huì)生產(chǎn)力的同時(shí),也必然帶來一系列的城市生態(tài)環(huán)境問題,嚴(yán)重阻礙了城市化的進(jìn)程,并威脅著人類的生存和持續(xù)發(fā)展。所以,人們正致力于調(diào)控城市這個(gè)復(fù)合的、高度人工化的、不完善不穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),探索一條能正確處理城市發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)關(guān)系的有效途徑,達(dá)到人與自然的和諧。

1 城市化及其內(nèi)涵

從城市產(chǎn)生的那天起,人類就開始了城市化的進(jìn)程。到18世紀(jì)后半葉,第一次工業(yè)革命后,城市發(fā)展融入了工業(yè)化的動(dòng)力,城市人口規(guī)模急劇擴(kuò)大和城市數(shù)目的急劇增多使世界城市化已成為一股不可阻擋的歷史潮流。這種由于社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展所引起的人類生產(chǎn)方式、生活方式、居住方式發(fā)生變遷的自然歷史過程稱為城市化[2]。主要包括農(nóng)業(yè)人口向非農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移、城市人口規(guī)模擴(kuò)張、城鎮(zhèn)數(shù)量增多、城市用地向農(nóng)村擴(kuò)展,城市生活方式向農(nóng)村擴(kuò)散等因素。

城市化和工業(yè)化是同步的、互為因果的,并且呈現(xiàn)螺旋式上升式的發(fā)展。截至2000年,世界已經(jīng)有近50%的人口居住在城市里,而發(fā)達(dá)國家更有近75%的人口生活在城市中。以往,發(fā)達(dá)國家工業(yè)化水平高,城市人口增長快,城市化水平也高;而發(fā)展中國家工業(yè)化水平低,城市人口增長緩慢,城市化水平低。但是目前,無論是發(fā)展中國家還是發(fā)達(dá)國家,城市化的進(jìn)程都在空前加快,新城市的不斷涌現(xiàn)和原有城市領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,使得城市的地位越來越重要。

在城市化擴(kuò)張中,一方面我們充分利用土地資源、時(shí)間和空間,節(jié)約能源和資源,提高社會(huì)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益,發(fā)揮資源的聚集效應(yīng)優(yōu)勢,推動(dòng)經(jīng)濟(jì)、文化、教育、科技和社會(huì)的不斷發(fā)展,使得人類社會(huì)的物質(zhì)文明和精神文明不斷攀登新的高峰;另一方面也正是由于人口、工業(yè)、資源的高度集中,城市化必然會(huì)帶來一系列的城市生態(tài)環(huán)境問題,給社會(huì)的發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)。

2 城市化帶來的大氣環(huán)境問題

從城市發(fā)展的歷史來看,城市生態(tài)環(huán)境問題是與城市的工業(yè)發(fā)展同時(shí)產(chǎn)生的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)城市都是人口高度集中和工業(yè)高度發(fā)展的集合體,這就導(dǎo)致城市中的人和工業(yè)企業(yè)在比較狹小的城市區(qū)域內(nèi)消耗著大量的物質(zhì)和能量,并排放出大量的廢棄物。這些廢棄物得不到有效處理,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了城市環(huán)境的自凈化能力,使得城市環(huán)境污染日益嚴(yán)重,并影響周邊地區(qū),最終使城市化陷入嚴(yán)重的生態(tài)困境。

2.1 城市化對(duì)城市氣候的影響

歐洲從17世紀(jì)就已經(jīng)注意到城市密集的人類活動(dòng)與城市氣候變化有一定關(guān)系(Kratzer,1937),這方面的研究以日本和西歐為代表。日本學(xué)者曾詳細(xì)研究了城市氣候問題,他們指出：城市覆蓋狀況的改變,城市居民活動(dòng)所釋放的巨大熱量和城市河流的水量、形態(tài)等的變化,引起城市溫、濕、風(fēng)、雨、光、熱和塵霧等氣候以及大氣條件的變化,結(jié)果導(dǎo)致了局部范圍內(nèi)的熱島效應(yīng)、氣候穹窿、逆溫層和雨影等[3]。從大量觀測事實(shí)看來,城市氣候的特征可歸納為城市“五島”效應(yīng)(混濁島、熱島、石干島、濕島、雨島)和風(fēng)速減小、多變。其中城市熱島是指城區(qū)氣溫高于郊區(qū)的現(xiàn)象,是城市氣候最明顯的特征之一,反映了城市面積擴(kuò)大對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響。

城市化過程對(duì)氣溫的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是城市因生活取暖以及工業(yè)化和交通運(yùn)輸?shù)热紵罅康幕剂?如煤炭、煤氣、石油等向大氣排放大量的包括二氧化碳和甲烷在內(nèi)的溫室氣體和氣溶膠,污染大氣。這些溫室氣體排放到大氣之后,通過溫室效應(yīng)使城市溫度增加。另一個(gè)重要原因是城市的固定建筑物和交通道路改變了原有的自然下墊面,形成了以混凝土建筑物和柏油路為主的立體下墊面。城市下墊面的不透水性、導(dǎo)熱率、熱容量、反射率以及它的立體性,再加上人為熱等因素,都導(dǎo)致城市近地層溫度比郊區(qū)農(nóng)村高。

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,城市人口密度加大,建筑物日益密集,生產(chǎn)和生活用能不斷增加,熱島效應(yīng)范圍擴(kuò)大、強(qiáng)度增加,直接影響到人們的生產(chǎn)與生活。與許多國家和地區(qū)相比,由于我國城市人口眾多、植被覆蓋率低,我國的城市熱島效應(yīng)尤為顯著。

王文杰等[4]研究了北京市20余年來城市規(guī)模的變化及空間布局特征、城市綠地變化、城市熱島效應(yīng)及其相關(guān)關(guān)系。通過對(duì)1978年以來不同時(shí)段的遙感影像對(duì)北京城市用地、綠地、歸一化植被指數(shù)、城市熱島區(qū)面積等監(jiān)測結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)：北京市近年由于四環(huán)外高強(qiáng)度的城市建設(shè)和開發(fā),熱島區(qū)分布沿四環(huán)線有明顯的上升趨勢,城市熱島區(qū)面積增長明顯,進(jìn)而得出城市化規(guī)模與城市熱島呈正相關(guān)的結(jié)論。

林學(xué)椿等[5]從北京近40年的氣溫?cái)?shù)據(jù)分析,市郊區(qū)溫度以每10年上升0.04℃,而城市中心區(qū)的增溫卻達(dá)到了每10年0.35℃,城市中心區(qū)的增溫率是城市郊區(qū)的8倍多。顯然,北京城市中由人類活動(dòng)引起的增溫己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然因素引起的增溫,對(duì)城市溫度產(chǎn)生了巨大影響。他們還進(jìn)一步研究了城市建筑與溫度升高的相關(guān)性,結(jié)果表明北京新建房屋竣工面積每增加1×106m2,城市中心區(qū)溫度就要增加0.043℃,或者北京城市基本建設(shè)投資總額每增加100億元,城市中心區(qū)溫度就要比遠(yuǎn)郊區(qū)升高0.16℃的結(jié)論。這一結(jié)論進(jìn)一步說明了城市人工建筑對(duì)城市氣候的影響。

由此看來,城市化過程中的城市人工建筑規(guī)模增大,建筑物密度增加,綠化率低等發(fā)展特點(diǎn)將對(duì)城市氣候帶來一定的影響,不容忽視。

2.2 城市化對(duì)城市大氣的污染

我國是世界上SO2排放量最多的幾個(gè)國家之一,也是受酸雨危害嚴(yán)重的國家之一。2009年二氧化硫排放量為2214.4萬t,與2008年相比下降了4.60%,但總量依然不可小覷。城市二氧化硫總體水平與2008年基本持平,在可比的城市中,二氧化硫年均濃度超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(＞0.06mg/m3)的城市占8.4%。在全國開展酸雨監(jiān)測的448個(gè)市(縣)中,出現(xiàn)酸雨的城市258個(gè)(占52.9%),酸雨發(fā)生頻率在25%以上的城市164個(gè),占33.6%;酸雨發(fā)生頻率在75%以上的城市53個(gè),占10.9%。全國酸雨分布區(qū)域主要集中在長江以南、青藏高原以東地區(qū),主要包括浙江、江西、湖南、福建、重慶的大部分地區(qū)以及長江、珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。酸雨發(fā)生面積約120萬km2,重酸雨發(fā)生面積約6萬km2[9]。

由于我國汽車消費(fèi)量的快速增加,大城市空氣的NO、CO及相關(guān)污染物濃度升高,作為主要的環(huán)境問題正迅速地凸現(xiàn)出來。據(jù)預(yù)測,2010年我國機(jī)動(dòng)車保有量將達(dá)到5669萬輛,2020年將達(dá)到13103萬輛,燃油消耗年平均增長達(dá)6%。由于機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增加,導(dǎo)致大、中城市機(jī)動(dòng)車排放引起的空氣污染問題突出,環(huán)境空氣中NOX濃度和O3濃度超標(biāo)天數(shù)和小時(shí)數(shù)持續(xù)升高;道路附近的CO、HC和SO2濃度偏高等。汽車廢氣污染主要來自于機(jī)動(dòng)車燃油(汽油、柴油)產(chǎn)生的尾氣、曲軸箱、輪軸以及剎車磨損產(chǎn)生的顆粒物等。如1998年北京汽車排放的NO和CO分別達(dá)到12萬t和130萬t[10]。這些物質(zhì)都是城市大氣中的重要污染物,在適當(dāng)?shù)臍夂驐l件下還會(huì)引發(fā)光化學(xué)煙霧。據(jù)環(huán)?？偩纸y(tǒng)計(jì),2004年,北京、上海、廣州等大城市機(jī)動(dòng)車排放的CO和HC已占城市排放總量的80%。

由于我國城市空間的限制以及城市規(guī)劃上的不足,現(xiàn)有的城市中心區(qū)往往無法滿足交通道路空間擴(kuò)容的要求,這就導(dǎo)致了市區(qū)內(nèi)道路路口增多、交通堵塞發(fā)生頻率增加、機(jī)動(dòng)車行駛速度下降、交通運(yùn)輸效率降低,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生更大的污染。研究表明在城市的交通擁擠區(qū)和交通高峰期,空氣中NO濃度達(dá)到最高。例如北京二環(huán)路以內(nèi)的NO濃度大約是四環(huán)路以外的4倍,每天污染兩個(gè)高峰出現(xiàn)在8∶00～10∶00和15∶00～17∶00,與交通的高峰期相對(duì)應(yīng)[11],機(jī)動(dòng)車已成為大城市中NOX的主要污染源。

目前總懸浮性顆粒物(TSP)是我國城市最重要的污染物,近年來受到廣泛的重視。在北方,由于城市氣候干燥、植被覆蓋低,土壤顆粒物已成為城市TSP的最主要的貢獻(xiàn)者,達(dá)40%～50%[12～13]。即使是在一些植被覆蓋度較高的城市(如成都),近年來,由于城市基礎(chǔ)建設(shè)處于高峰期,建筑和交通揚(yáng)塵已成為TSP的主要貢獻(xiàn)者[14]。而TSP中的微細(xì)顆粒PM10和PM2.5對(duì)健康的影響更大,細(xì)顆粒不僅含有大量的有機(jī)和有毒金屬成份,而且比粗顆粒更能夠進(jìn)入人體并滯留在體內(nèi),影響人類健康。據(jù)分析人類活動(dòng)是城市細(xì)顆粒物的主要來源,如PM2.5人為源與自然源的貢獻(xiàn)比率為1～15∶1,而TSP為1∶1[15]。北京秋季燃煤和燃油對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)為28%和54%,而冬季為38%和43%[16]。

3 實(shí)現(xiàn)城市的持續(xù)發(fā)展

城市化是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢,但隨著城市化的加快,其對(duì)生態(tài)環(huán)境和自然資源的壓力也不斷加劇,造成的環(huán)境影響已成為不容忽視的問題。為此,實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展,創(chuàng)建生態(tài)城市已經(jīng)成為人們的共識(shí),具體有以下幾個(gè)方面：

3.1 科學(xué)編制城市發(fā)展規(guī)劃

要始終貫徹城市建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展的思想,建立城市建設(shè)的論證審查機(jī)制,對(duì)城市環(huán)境效應(yīng)從長遠(yuǎn)、全局的高度進(jìn)行嚴(yán)格論證和評(píng)估。對(duì)城市發(fā)展用地進(jìn)行合理布局,減少對(duì)環(huán)境的影響,提高城市品位和人民生活質(zhì)量。

3.2 合理調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)

要調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式,逐步減少資源和能量消耗大、污染嚴(yán)重的一二產(chǎn)業(yè),大力發(fā)展容納勞動(dòng)力多、消耗少、污染輕的第三產(chǎn)業(yè)。調(diào)整能源結(jié)構(gòu),盡量使用清潔能源。

3.3 加強(qiáng)環(huán)境管理與治理

嚴(yán)格控制城市“三廢”排放量,加強(qiáng)對(duì)污染源的治理力度,并推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,建立良性的物質(zhì)和能量的循環(huán)性產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈。在新建項(xiàng)目時(shí),嚴(yán)把審批關(guān),堅(jiān)決控制新的污染。鼓勵(lì)發(fā)展城市公共交通,加強(qiáng)交通管理,推廣使用車用乙醇等新型燃料。

3.4 增加城市綠化面積,擴(kuò)容環(huán)境容量

城市綠化對(duì)城市環(huán)境具有調(diào)節(jié)和凈化的功能,可以緩解城市的“熱島效應(yīng)”,美化景觀,增加城市的環(huán)境容量。在城市周邊建設(shè)環(huán)城綠化帶,同時(shí)增加城市中綠地的面積,使環(huán)境容量與城市發(fā)展規(guī)模和人口相適應(yīng)。

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The Urbanization and Its Effect on Atmospheric Environment

Li Lei1,Xu Hui2
(1.Funing Environmental Protection B ureau,Qinhuangdao Hebei066300;2.Environmental Management College of China,Qinhuangdao Hebei066004)

Development of urbanization and accumulation of high energy consumption in China result in varieties of atmospheric environment problems in cities.Urbanization has brought not only climate change around cities but other urban environmental problems,such as heat island effect,acid rain,air particulate pollution and automobile emission.In this regard,the urban atmospheric environment should be improved by systematic procedures,for example,adjusting urban development planning,optimizing economic structure,enhancing environmental supervision,increasing urban green area,etc.

urbanization;atmospheric pollution;urban climate

X51

A

1008-813(2010)05-0053-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.05.017

2010-09-14

李磊(1983—),男,河北省撫寧縣人,畢業(yè)于燕山大學(xué)環(huán)境工程專業(yè),現(xiàn)主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。