廈門市電磁環(huán)境解析

段臨林，楊傳俊，唐 超，張紫燕，連惠勇，孫永彥，黃曉梅，喻 慧，蔡 澎，宋金超，李新虎

1.中國科學院城市環(huán)境研究所，中國科學院城市環(huán)境與健康重點實驗室，廈門市物理環(huán)境重點實驗室，福建 廈門 361021 2.中國科學院大學，北京 100049

隨著中國工業(yè)化、信息化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人們身處的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電磁干擾日漸增加。與城市居民日常生活、工作密不可分的各種電器、電子設(shè)備、高壓輸變電線路、變電站、通訊基站、電力交通工具等都會產(chǎn)生一定電磁場。由于電磁輻射具有無色無味無形等特點，往往不為人們所直接感知。日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境會對無線通信、醫(yī)療和電氣設(shè)備、交通運輸、智能控制系統(tǒng)、信息安全、消防安全、軍事裝備安全甚至生態(tài)安全產(chǎn)生嚴重影響。低頻電磁場、手機射頻輻射可能對細胞的生理活動和遺傳物質(zhì)等產(chǎn)生一定影響[1-4]，也能夠?qū)θ梭w的心血管、神經(jīng)、生殖等多個系統(tǒng)產(chǎn)生作用，對公眾健康可能構(gòu)成潛在的影響和威脅[5]。

20世紀70年代，聯(lián)合國人類環(huán)境會議就已將電磁輻射列為國際環(huán)保重點項目之一，定為必須抑制的公害。世界衛(wèi)生組織也在2011年將手機輻射列為“可能致癌物”之一[6]。2015年，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會和國際通信聯(lián)盟將電磁輻射列入“智慧可持續(xù)城市”環(huán)境領(lǐng)域核心指標之一[7]。目前，電磁環(huán)境污染與其可能引發(fā)的健康問題已經(jīng)成為公眾最為關(guān)心的熱點問題之一，由電磁污染引起的環(huán)境質(zhì)量下降、公眾擔憂度上升，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟持續(xù)增長、影響社會和諧發(fā)展和國家安全的關(guān)鍵因素，成為當前以及未來可持續(xù)發(fā)展不可回避的重大課題。

為了掌握廈門海濱旅游城市的電磁環(huán)境特征，于2014年1、4、8、10月和2015年8月對廈門市區(qū)電磁環(huán)境進行了系統(tǒng)監(jiān)測，內(nèi)容包括電磁場強度、頻率和頻譜特征，由此對廈門電磁環(huán)境輻射水平、電磁環(huán)境分布特征和頻譜應(yīng)用特征等情況有了大致的了解并發(fā)現(xiàn)其中的一些規(guī)律。

1 測量儀器與監(jiān)測方法

監(jiān)測方法依據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》(HJ/T 10.2—1996)[8]。采用網(wǎng)格法確定市區(qū)內(nèi)的監(jiān)測點，每2 km×2 km布一個點，一共布設(shè)44個點位(圖1)。測量儀器采用PMM8053B電磁輻射分析儀(德國)，低頻探頭EHP 50∶5 Hz～100 kHz，0.01 V/m～100 kV/m，10 nT～10 mT；射頻探頭EP 300∶100 kHz～3 GHz，0.3～300 V/m。在較為空曠地區(qū)監(jiān)測離地面1.7 m高度的電磁輻射綜合電場強度和低頻磁感應(yīng)強度，每個測點連續(xù)測2 min，每15 s記錄數(shù)據(jù)，取平均值。電磁頻譜監(jiān)測采用美國N9344C便攜式頻譜分析儀(美國)，頻率掃描范圍為1 MHz～3 GHz，分辨率為100 kHz。上述測量儀器均符合國家相關(guān)標準和規(guī)范測量器材，每年在中國計量研究院進行標定，并在使用前進行校準。

圖1 監(jiān)測點分布

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 廈門市電場、磁場分布特征分析

廈門市區(qū)的電磁環(huán)境2014—2015年監(jiān)測結(jié)果見圖2，2014、2015年廈門平均射頻電場強度(E)和磁感應(yīng)強度(B)在不同季節(jié)變化不大，平均射頻電場強度為0.60～0.72 V/m，平均磁感應(yīng)強度為0.144～0.197 μT；兩者季節(jié)性變化的相關(guān)系數(shù)為-0.236，沒有明顯的相關(guān)性。

圖2 廈門2014—2015年平均電場強度和磁感應(yīng)強度Fig.2 Average electric field intensityand magnetic induction intensity ofXiamen from 2014 to 2015

表1為2014、2015年廈門市射頻電場強度和磁感應(yīng)強度分布相關(guān)系數(shù)，兩者分布圖見圖3、圖4。

表1 2014、2015年廈門市射頻電場強度和磁感應(yīng)強度分布相關(guān)系數(shù)

注：“**”表示在置信度(雙側(cè))為 0.01 時，顯著相關(guān)；“*”表示在置信度(雙側(cè))為 0.05 時，顯著相關(guān)。

圖3 廈門市2014—2015年射頻電場強度分布

圖4 廈門市2014—2015年磁感應(yīng)強度分布

由表1可見，不同季節(jié)射頻電場強度分布存在一定相關(guān)性，只有2014年1、4月檢測的E1、E2沒有顯著相關(guān)；不同季節(jié)磁感應(yīng)強度分布存在一定相關(guān)性，磁場分布的相關(guān)系數(shù)比電場分布的相關(guān)系數(shù)小，且磁場之間相關(guān)性沒有電場之間相關(guān)性顯著，B2、B3、B4之間沒有顯著相關(guān)；不同季節(jié)電場強度分布與磁場強度分布沒有顯著相關(guān)，只有E2B2、E4B2、E5B5之間在置信度(雙側(cè))為 0.05 時，顯著相關(guān)。射頻電場主要與廣播、電視、無線通信等相關(guān)，低頻電磁場主要與居民生活用電、工業(yè)生產(chǎn)用電、家用電器和辦公室設(shè)備使用相關(guān)，2種電磁場沒有呈現(xiàn)較強的關(guān)聯(lián)性。

為分析廈門市電磁場分布特征，探求不同監(jiān)測點電磁環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，采用主成分分析法[9-10]對監(jiān)測結(jié)果進行數(shù)據(jù)加工和整理分析。通過對廈門市44個監(jiān)測點5次電場強度主成分分析，得到4個大于1的特征根，與其對應(yīng)的4個主成分累計貢獻率為100%(表2)。

表2 電場強度分布主成分分析的特征值及其貢獻率

分析4個主成分因子的負荷量可知，監(jiān)測點3、8、9、14、21、23、24、28、33、34、36、43對主成分1有較大的負荷量，覆蓋思明路、廈禾路、湖濱北路、鷺江道、云頂路、松柏等區(qū)域，主要代表文教居住區(qū)和商業(yè)區(qū)，主要存在手機移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)通信、辦公電子設(shè)備等射頻信號貢獻。監(jiān)測點13、22、27、32、39、41、43對主成分2有較大的負荷量，覆蓋金尚路、枋鐘路、高新技術(shù)區(qū)、港口、碼頭等區(qū)域，主要代表工業(yè)區(qū)，主要有手機移動通信、對講機、工業(yè)設(shè)備、無線控制設(shè)備等貢獻。監(jiān)測點3、6、11、26、33、44對主成分3有較大的負荷量，覆蓋員筜湖、觀音山、五緣灣、環(huán)島路等區(qū)域，主要代表旅游風景區(qū)，主要有手機移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)通信貢獻。監(jiān)測點7、23、24、25、35對主成分4有較大的負荷量，覆蓋仙岳山、東坪山、虎仔山、椰風寨、民俗村等區(qū)域，主要代表旅游風景區(qū)和文教區(qū)，主要有手機移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)通信貢獻。

對44個監(jiān)測點的5次磁感應(yīng)強度主成分分析，也得到4個大于1的特征根，與其對應(yīng)的4個主成分累計貢獻率為100%(表3)。

表3 磁感應(yīng)強度分布主成分分析的特征值及其貢獻率

監(jiān)測點3、5、8、10、11、12、19、24、33、35、36、40、42、43對主成分1有較大負荷量，主要代表文教居住區(qū)、旅游景區(qū)、工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)的綜合貢獻，主要有城市供電網(wǎng)絡(luò)、家用電器設(shè)備、辦公設(shè)備貢獻。監(jiān)測點1、3、13、19、21、39、41對主成分2有較大負荷量，主要代表工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)的綜合貢獻，主要有城市高壓輸電線、工業(yè)設(shè)備、辦公設(shè)備貢獻。監(jiān)測點1、5、25、34、40、41、44對主成分3有較大負荷量，主要代表工業(yè)區(qū)和旅游景區(qū)的綜合貢獻，主要有城市高壓輸電線、地下電纜、工業(yè)設(shè)備等貢獻。監(jiān)測點4、7、9、15、17、27對主成分4有較大負荷量，主要代表旅游景區(qū)和商業(yè)區(qū)的綜合貢獻，主要有城市高壓輸電線、辦公設(shè)備貢獻。廈門市是經(jīng)濟特區(qū)之一，聞名的海濱旅游城市，近幾年也在不斷進行改建和拓展，一些大型制造業(yè)、化工業(yè)等都搬遷到郊區(qū)和其他城鎮(zhèn)，市區(qū)主要發(fā)展高新技術(shù)企業(yè)、軟件、貿(mào)易、商務(wù)、服務(wù)業(yè)和旅游業(yè)等。一些區(qū)域的功能和基礎(chǔ)設(shè)施都發(fā)生了較大變化，文教居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)常混雜在一起，很難清晰劃分功能區(qū)域。還需要進行長期監(jiān)測，積累大量樣本，以便進行更加清晰的統(tǒng)計分析。表4顯示了2015年8月廈門市平均射頻電場強度和磁感應(yīng)強度監(jiān)測結(jié)果。

表4 廈門市2015年8月平均射頻電場強度和磁感應(yīng)強度監(jiān)測結(jié)果

由表4可知，廈門市區(qū)平均射頻電場強度為0.73 V/m，工業(yè)區(qū)平均射頻電場強度最高(0.84 V/m)，其次是商業(yè)區(qū)(0.75 V/m)，旅游景區(qū)較低(0.71 V/m)，文教居住區(qū)最低(0.62 V/m)。廈門市區(qū)平均低頻磁感應(yīng)強度為0.181 μT，其中工業(yè)區(qū)平均低頻磁感應(yīng)強度最高(0.231 μT)，其次是商業(yè)區(qū)(0.170 μT)，再次為文教居住區(qū)(0.168 μT)，最后是旅游風景區(qū)(0.157 μT)，文教居住區(qū)、商業(yè)區(qū)的平均低頻磁感應(yīng)強度與城市平均水平較接近。根據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014)[11]，廈門市整體電磁場強度在規(guī)定的公眾暴露控制標準限值之下。同時，根據(jù)不同監(jiān)測樣點的電場與磁感應(yīng)強度，利用ArcGIS軟件通過插值法分別繪制了廈門市區(qū)射頻電場強度和低頻磁感應(yīng)強度分布圖(圖5)。

廈門市中心城區(qū)人口較為密集、商業(yè)貿(mào)易活動頻繁，工業(yè)區(qū)人員、設(shè)備都較為密集，由于通訊活動頻繁，移動通訊基站、熱點分布較為密集，導(dǎo)致射頻電場強度較高。旅游風景區(qū)多為濱海區(qū)、山區(qū)，但由于人流量較大，同時也會有通訊信號增強措施，因此射頻綜合電場強度和城市總體平均水平接近。文教居住區(qū)通訊頻繁度相對較低，射頻電場強度也較低。港口碼頭區(qū)、工業(yè)區(qū)(圖5中A、B點區(qū)域)大功率電機設(shè)備集中，用電量也最大，同時靠近鐵路線以及高壓輸變電線路，因此工業(yè)區(qū)的平均低頻磁感應(yīng)強度最高。旅游風景區(qū)一般都遠離大型工業(yè)設(shè)備設(shè)施、高壓輸變電線路，因此平均低頻磁感應(yīng)強度處于最低水平。商業(yè)區(qū)、文教居住區(qū)屬于一般活動區(qū)域，其平均低頻磁感應(yīng)強度和城市平均水平接近。但是，商業(yè)區(qū)、文教居住區(qū)之中少數(shù)監(jiān)測點(圖5 C、D點區(qū)域)由于靠近高壓輸變電線路、變電站，也會呈現(xiàn)較高的低頻磁感應(yīng)強度。

圖5 廈門市電場強度和低頻磁感應(yīng)強度分布Fig.5 Electric field intensity and magnetic induction intensity distribution diagram of Xiamen

從分布情況來看，廈門市中心鬧市區(qū)、廈門大學及海濱旅游區(qū)射頻電場強度較高；工業(yè)區(qū)、港口碼頭區(qū)低頻磁感應(yīng)強度最高。通過文獻對比部分城市的電場強度平均值分布，結(jié)果見表5。

表5 部分城市的射頻電場強度平均值比較

廈門市區(qū)的2015年射頻電場強度平均值為0.73 V/m，約是2005年北京局部地區(qū)電場強度平均值的1.7倍[12]；與2007—2009年徐州市典型區(qū)域的電場強度平均值相近[13]；是2008年江西省10個地級城市室內(nèi)電場強度平均值(0.23 V/m)的3.1倍[14]；約是2006年撫順市電場強度平均值(0.121 V/m)的6倍，其95%的監(jiān)測點電場強度范圍為0.093～0.149 V/m[15]；比同時期南京市的射頻場強表現(xiàn)更低一個水平，2012年南京市電場強度范圍主要為0.276～2 V/m(411個點，占96%)，少數(shù)地點強度范圍為2～6 V/m(28個點，占2.3%)，個別地點范圍為6～12 V/m(2個點，占0.5%)[16]。而廈門市96.3%的測量地點射頻電場強度為0.12～2 V/m，只有2個點在2～2.58 V/m范圍內(nèi)。廈門市射頻電場強度約是2012年重慶市住宅樓宇內(nèi)射頻場強的一半[17]。由于北京、江西地區(qū)的電場強度數(shù)據(jù)獲取時間較早，不能完全反映不同城市的電磁場強度差異。從社會發(fā)展時間上看，早些年代無線通訊發(fā)展才剛剛開始，手機、無線網(wǎng)絡(luò)等普及程度并不高，輸電線路的密集程度低，工業(yè)機械化和工業(yè)產(chǎn)值也處于較低水平，因此其整體電磁強度較低。

2.2 廈門市電磁頻譜特征分析

利用頻譜分析儀采用網(wǎng)格法測量廈門島射頻電磁頻譜，獲得4個不同代際手機代表通訊頻道信號覆蓋狀況，2015年8月電磁頻譜特征見圖6。

1 MHz～3 GHz頻段涉及廣播(中波、短波、調(diào)頻)，電視，民用通訊，手機通訊，無線網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用頻段，頻段幾乎都被占滿，將來頻譜資源只能向

更高頻段擴展。根據(jù)不同代手機代表通訊頻段分別繪制了相對應(yīng)的電磁輻射功率密度分布圖(圖7)。

圖6 頻率范圍為1 MHz～3 GHz的不同監(jiān)測點電磁頻譜

圖7 一代、二代、三代和四代手機通訊頻段輻射功率密度分布

不同代際手機通訊頻段的電磁輻射功率密度分布存在較大差異，但在商業(yè)區(qū)都呈現(xiàn)較高的電磁輻射功率密度，而濱海區(qū)域則呈現(xiàn)較低的電磁輻射功率密度。各個功能區(qū)的平均電磁輻射功率密度與城市總體平均電磁輻射功率密度較為接近。一代通訊960 MHz頻段電磁輻射功率密度在中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)輻射功率最強，在四周濱海區(qū)域輻射功率最低。二代通訊1.83 GHz頻段電磁輻射功率密度也在中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)輻射功率最強，同時在靠近濱海的游樂場區(qū)域也呈現(xiàn)強的輻射功率。三代通訊2.13 GHz頻段電磁輻射功率密度也在中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)輻射功率較強，在靠近濱海的游樂場區(qū)域呈現(xiàn)最強的輻射功率。四代通訊2.61 GHz頻段電磁輻射功率密度最強區(qū)域同樣在中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)。第四代建成較晚，強信號的覆蓋面也最??；信號較強區(qū)域在監(jiān)測點1、7、8、9、15、27、28、32、33；信號較強區(qū)域集中在政府機關(guān)、主要商業(yè)街道、高新技術(shù)開發(fā)區(qū)等區(qū)域；信號較強區(qū)域的監(jiān)測點在主成分1和2中具有較大負荷，體現(xiàn)商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)的特征。不同代手機通訊在人口密集、人流量大的中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)輻射功率都較強；在濱海區(qū)域、機場附近區(qū)域輻射功率都較弱。對于商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、碼頭區(qū)域等人群相對集中的區(qū)域，電磁輻射功率表現(xiàn)相對較高。機場、海濱區(qū)域人群分布相對較少、通訊設(shè)施分布疏遠，電磁輻射功率表現(xiàn)相對較低。

3 結(jié)論

1)根據(jù)2014—2015年電磁環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，廈門市區(qū)的電磁輻射強度較低，其整體電磁環(huán)境監(jiān)測值滿足《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014)標準的要求。在廈門島的范圍內(nèi)，不同區(qū)域低頻電磁場強度呈現(xiàn)工業(yè)區(qū)>商業(yè)區(qū)>文教居住區(qū)>旅游風景區(qū)的特點，其中商業(yè)區(qū)、文教居住區(qū)比總體平均水平(0.181 μT)略低，旅游風景區(qū)最低；射頻電磁輻射呈現(xiàn)工業(yè)區(qū)>商業(yè)區(qū)>旅游風景區(qū)>文教居住區(qū)的特點，商業(yè)區(qū)、旅游風景區(qū)的平均輻射強度比較接近，接近平均水平(0.73 V/m)，文教居住區(qū)最低。

2)通過主成分分析，電場和磁場分布都表現(xiàn)出4個主成分。電場主成分1主要代表文教居住區(qū)和商業(yè)區(qū)；主成分2主要代表工業(yè)區(qū)；主成分3主要代表旅游風景區(qū)；主成分4主要代表旅游風景區(qū)和文教區(qū)。磁場主成分1主要代表文教居住區(qū)、旅游風景區(qū)、工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)；主成分2主要代表工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)；主成分3主要代表工業(yè)區(qū)和旅游風景區(qū)；主成分4主要代表旅游風景區(qū)和商業(yè)區(qū)。通過對各個監(jiān)測點位置分析，城市電磁污染源主要來自于城市軌道交通、輸變電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和廣播電視系統(tǒng)。

3)不同代際移動通信的電磁環(huán)境分布有差異，1G、2G移動通訊頻段信號更強，強信號覆蓋的范圍也更大，3G通訊2.13 GHz頻段信號在中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)和個別旅游風景區(qū)較強，4G通訊2.61 GHz頻段信號在中心城區(qū)和商業(yè)區(qū)較強，4G信號覆蓋的范圍最小。

有部分監(jiān)測點由于靠近碼頭工業(yè)區(qū)、通訊基站、高壓輸電線以及小型變電站，其低頻磁感應(yīng)強度較高，但其距離居民區(qū)較遠且處于較為空曠區(qū)域，因此對公眾造成的影響較小。同時經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，隨著與這些設(shè)施水平距離的些許增加，低頻磁感應(yīng)強度迅速減弱到較低水平，并且達到環(huán)境控制限值的標準之下。

通過對廈門市區(qū)的不同季度電磁環(huán)境監(jiān)測，初步掌握了廈門島電磁輻射環(huán)境現(xiàn)狀，明確了少量區(qū)域產(chǎn)生較高水平電磁輻射的原因，為政府部門加強電磁輻射環(huán)境管理提供了一定的科學依據(jù)。對于這些地區(qū)應(yīng)當在相應(yīng)的通訊、電力等設(shè)施設(shè)備建立安全警示標識，并劃定一定范圍的區(qū)域避免公眾長期逗留。同時政府有關(guān)部門應(yīng)當對電磁輻射設(shè)施集中的區(qū)域加強監(jiān)管，定期監(jiān)測電磁輻射強度動態(tài)變化，對該區(qū)域內(nèi)的電磁輻射設(shè)施數(shù)量以及功率進行控制，避免該區(qū)域電磁輻射對公眾和環(huán)境產(chǎn)生影響。隨著中國城市建設(shè)與改造步伐不斷加快，城市的電磁環(huán)境將會更加復(fù)雜，而作為可能影響公眾生產(chǎn)生活的重要的環(huán)境質(zhì)量指標之一，電磁環(huán)境應(yīng)當被給予充分的重視。

參考文獻(Reference)：

125例患者中陰道鏡檢測陽性患者為86例，陰性患者為39例。而后經(jīng)過1年隨訪，發(fā)現(xiàn)陰道鏡檢測陽性患者CIN發(fā)生率為36.05%，其相對危險值為0.29，檢測陰性患者其CIN發(fā)生率為5.13%，對比差異具有統(tǒng)計學意義(χ2=13.201，P=0.000)，見表2。

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