2011-11-18

NASA:PM2.5颗粒污染物全球分布图与健康

在很多发展中国家,并没有部署地表空气质量监测设备,这让获得哪怕是一个粗略的空气污染数据都非常困难。但流行病学家们认为,这一数据应与每年数百万人口的过早死亡有关。我们称这种被怀疑的颗粒为悬浮微粒(PM2.5),它们的直径在2.5μm以下(含),只有人类头发粗细的1/10大小。这些悬浮微粒能够穿透人体的免疫系统,深入肺部。

为了完善地表空气的PM2.5数据,科学家们通过卫星对全球范围进行观测。然而,卫星观测通常难以获得准确的地表颗粒数据。问题在于:1)卫星无法分辨出哪些悬浮微粒是在地表,而哪些则是在高空中;2)云层的干扰使观察更加困难;3)地表明亮的区域,比如雪地、荒漠等,以及某些城市地区也很难获得准确的数据。

不过,最近一期《环境卫生展望(Environmental Health Perspectives)》首次刊登了一张全球PM2.5图示,让我们能够稍微了解得清晰一些。加拿大达尔豪斯大学的研究人员 Aaron van Donkelaar 和 Randall Martin 综合了两个 NASA 卫星的检测数据,用计算机模拟出了这张悬浮颗粒分布图。


依据2001-2006年卫星数据绘制的全球PM2.5分布图。图片作者:Aaron van Donkelaar(达尔豪斯大学)

这张图示展示了2001-2006年间PM2.5的平均水平,提供了截至目前最全面的关于损害健康的悬浮微粒的信息。相对于发达国家已经建立起的地表空气质量监测网络所获得数据而言,尽管目前的计算机模拟水平仍然不能得到那么准确的数值,但这仍然是第一份PM2.5卫星图,它能够帮助我们估计那些并没有地表空气质量监测的发展中国家的空气质量。

从图中可以看出,从北非的撒哈拉沙漠到东亚,PM2.5数值都很高。参考世界人口密度图,可以得知世界80%的人口每天都在呼吸被世界卫生组织认定为被污染的空气(每立方米超过10微克污染物)。美国的PM2.5相对较低,不过中西部和东部的都市圈空气质量则要差一些。

“要获得更加精确地图示,我们仍然有很多工作要做。但这已经确实是一个进步了。”参与绘制此图的一位科学家,Martin 说,“我们希望这些数据能够对那些无法完成地表监测的地区有所帮助。”

形成PM2.5颗粒的两个原因

深呼吸,听着:就算空气看上去干净极了,你基本上仍然会吸入数以百万计的PM2.5颗粒。虽然人类看不见这些微粒,但是在大气层中,它们无处不在。一些PM2.5颗粒是自然形成的,另一部分则是由于人类活动引起的。研究人员正在试图对此进行定量分析,考察自然因素与人为因素各占PM2.5形成量的百分数。但有一点很明显,这张图中高污染度的地区是自然因素与人为因素共同引起的。

比如说,风会在阿拉伯以及撒哈拉沙漠扬起大量尘埃;在很多高度城市化的地区,比如中国东部地区和印度北部地区,发电厂和工厂燃烧大量煤炭却不经处理,源源不断的向空气中排放硫酸盐和煤烟。焚烧农作物和柴油发动机都会产生大量黑色烟尘,学名炭黑(black carbon)。

城市空气中的PM2.5颗粒主要都是人为因素形成的,而这也是大部分人类呼吸所依赖的空气。这些颗粒让医学专家感到非常头疼。美国犹他州杨百翰大学( Brigham Young University)的流行病学家,空气污染对健康影响问题世界首屈一指的专家 Arden Pope 这样认为。PM2.5颗粒不会被人体免疫系统拦截,鼻毛和呼吸系统的纤毛都只能很好的过滤大尺寸颗粒,却PM2.5对颗粒束手无策。

这些小颗粒可以一直深入到人类肺部,其中特别细小的尘埃甚至可以进入血管。牵一发而动全身,它们可能会引起全身上下一系列的疾病,比如哮喘病、心血管疾病或是支气管炎。美国心脏协会(American Heart Association, AHA)的一项估算结果指出,仅在美国,每年因PM2.5颗粒空气污染而丧生的人数就多达约60,000人。

虽然PM2.5这一类颗粒显然会对人体健康有害,但科学家们却还不知道究竟是哪种颗粒其关键作用。“倒地哪一种微粒最为有害,这个问题现在还有很大争议。”Pope 说,“我们不确定,是硫酸盐,还是硝酸盐,或者只是细小的尘埃?这是最棘手的。”

一个很大的问题在于:PM2.5颗粒总是混杂在一起的,不论是卫星还是地表设备都无法分析这些微粒各自分别的影响。

卫星技术在 PM2.5 监测中的重要作用

这张新绘制的卫星图,以及基于此的研究工作,将可能会对研究上述问题,甚至其他与PM2.5有关的科学家有所帮助。最基本的是:从全球角度来看,人类将会为空气污染问题付出多大的健康代价?“我们可以很清楚的看到,非常多的人口生活在PM2.5颗粒污染很高的地区。”Martin 说,“但是到目前为止,还没有人考虑过它与死亡和疾病之间的关系。绝大多数流行病学家都把目光集中在发达国家,比如北美和欧洲。”

现在,有了这张图和公开的数据,流行病学家们可以开始着手研究世界上那部分长期暴露在颗粒污染地区——比如快速发展的亚洲城市或是空气中密布尘埃的北非——人们的健康与空气质量之间关系的课题了。这些信息甚至对美国或者西欧国家也有帮助,尽管在那里地表检测的数据才是最重要的。

加上 NASA 的 Terra 号卫星上搭载的多角度成像光谱仪(Multi-angle Imaging SpectroRadiometer, MISR)以及 Aqua 号和 Terra 号卫星上搭载的中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)采集到的数据,研究人员还依据一种称为 GEOS-Chem 的化学物质运动模型绘制出了另一张新的图像。

不过,研究人员强调,这张图并不代表PM2.5颗粒在全球分布的真实情况。NASA 戈达德航天飞行中心的遥感专家,同时也是该论文作者之一的 Ralph Kahn 告诉我们,虽然 van Donkelaar 利用技术和数据提供了一张清晰的全球悬浮微粒分布图,但是由于一些不确定因素,在某些地区,这一数值仍要比真实情况低25%,甚至更低。

为了更好的研究空气中的悬浮微粒,NASA 的科学家们已经计划参加未来这一领域的交流活动和卫星任务。比如戈达德中心,架设了一个叫做 AERONET 的网站,将覆盖全球地表空气颗粒物检测器,网站管理人员正在努力把它做大做强。明年,位于纽约的戈达德太空研究院(Goddard’s Institute for Space Studies, GISS)将开始分析来自 Glory 号卫星的原始数据。Glory 号卫星搭载了一部新的仪器——一个偏光计(polarimeter)——它能够通过一种新的方法测量颗粒的性质,可以完善现有太空设备测量的数据。

“为了挖掘卫星监测大气污染的潜力,我们仍然有很多工作要做。”美国马里兰大学(University of Maryland)戈达德地球科学与技术中心(Goddard Earth Science and Technology Center)主任 Raymond Hoff 说道,“但这将会是非常重要的一步。”他刚刚在《Journal of the Air & Waste Management Association》发表了一篇有关这个问题的全面综述。


原文信息

标题:New Map Offers a Global View of Health-Sapping Air Pollution
作者:Adam Voiland, NASA’s Earth Science News Team
链接:http://www.nasa.gov/topics/earth/features/health-sapping.html
声明:仅出于兴趣翻译,未经任何形式授权,未精校。请勿将文字、图片以任何形式转载、发布或用于其他违法行为,本人谢绝承担相关责任。

Share

夏天

夏天,工学博士,磨洋工。 主要研究方向:高温合金,纳米结构材料,粉末冶金技术。领导一个创业项目,入选龙城英才计划,自我感觉良好。

You may also like...

2 Responses

  1. Ansonyi说道:

    每每说到这个,我就想起那个笑话段子“一个喜欢晨跑的外国佬到北京生活,他每天早晨绕三环跑步,后来他病死了”

  2. 德迷·凯利斯说道:

    貌似我国华北地区是全球最严重的地区,没有之一

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注