高層建築的9至11樓是“揚灰層”?真的是這樣嗎


高層建築的9至11樓是“揚灰層”?真的是這樣嗎


灰塵的顆粒有大有小

我們平時所說的“灰塵”,屬於大氣汙染中的顆粒物汙染。按照這些顆粒的類型、大小,我們把它們分為粉塵(dust),煙(fume),黑煙(smoke),飛灰(fly ash),霧(fog),炭黑(carbon black)等等。有些顆粒物比較大,直徑(這裡及後文中的“直徑”均指空氣動力學直徑,它的含義請參考文末附註)可達幾十、上百微米,黏在衣服上、打在臉上都很明顯。有些顆粒物很小,只有幾微米,肉眼看不到。

小顆粒往往對健康更有害。因為直徑小於10微米的顆粒(PM10)會被人吸入體內,而且顆粒越小,被吸入後進入呼吸道的部位越深。直徑10微米的顆粒物通常沉積在上呼吸道;直徑5微米的可進入呼吸道的深部;直徑2.5微米以下的(PM2.5),可深入到細支氣管和肺泡。

灰塵會懸浮在大氣中

灰塵顆粒也是有重量的。如果沒有其它外力影響、只受重力和空氣阻力作用的話,它們終究會落到地上。但是由於空氣中時時刻刻都存在著氣流(也就是風),灰塵在下落中總會不斷受到氣流影響。一些小顆粒的粉塵,極有可能在重力和風力的不斷作用下,長期漂浮在空中。即使一部分灰塵順利降落,也會有另一部分灰塵重新啟程,不斷進行著“揚塵——沉降”的循環。

氣流可以引起地面揚塵、讓灰塵保持在空中。但另一方面,它又可以把灰塵送走,起到稀釋作用。因此氣流對灰塵濃度的影響是複雜的,與風速、風向、地形等有密切關係。

在高樓林立的城市裡,風速、風向、氣溫等很多氣象條件都受到了建築的影響,同時城市中的車流人流也進一步擾動了氣流。因此,城市中的氣流特點與平坦地勢的氣流特點差別很大。不同的建築街道佈局,會產生各種不同的氣流模式。因此,灰塵在大氣中的運動和濃度分佈會呈現複雜、瞬息萬變的特點,很難把握其規律。[2]

影響灰塵濃度的因素很多、很複雜

除了氣流以外,灰塵在大氣中的濃度還受到一些因素的影響,例如:

顆粒物的性質(組成,粒徑,比重,電荷,pH值等)。直徑大的顆粒易於沉降;直徑小的更容易受到外界擾動而懸浮在空氣中。

氣溫的變化。熱空氣可以把灰塵向上提起。同時,氣溫升高也可以加速顆粒物的擴散,降低汙染。其影響同樣是複雜的。

空氣溼度。大氣中的小顆粒容易吸附水汽,凝結形成霧,懸浮在空中。這種情況下不利於顆粒物的擴散,其濃度會增大。但是當空氣溼度繼續增大時,顆粒重量增加了,沉降加快;還可能形成降雨,沖刷大氣中的顆粒物,使其濃度迅速降低。

上述因素都會對空氣中的顆粒物濃度產生影響。需要說明的是,氣象因素對顆粒物分佈的影響是在大範圍內的作用,起作用的區域遠高於樓房的高度,也遠大於若干個小區的面積。具體到某一棟樓、某幾層的高度,就必須考慮具體建築佈局、地形等因素的影響。[3,4]

小顆粒物最大濃度區的高度不能確定


高層建築的9至11樓是“揚灰層”?真的是這樣嗎


所謂“揚灰層”,一般的理解就是在這個層高周圍,大氣中的灰塵濃度最高,超過上下方的其它層。這個現象是否存在呢?

有學者對此做過模擬。他建立了相關的數學模型,經過公式推算髮現:隨著高度的增加,空氣中的灰塵濃度有先增加後減小的趨勢。[5]也就是說對於某一直徑大小的顆粒物,可能會在某個高度上濃度最大。初聽之下,這和“揚灰層”的說法很接近。

不過還不能就此定論。首先,這個模型在建立時忽略了灰塵的重力,因而並不適用於重力作用明顯的、直徑較大的顆粒物。其次,即使對於小顆粒物,想要根據這個模型來推算其濃度最大值具體出現在什麼高度,也幾乎是不可能的任務。

正如前文所述,城市中由於建築物的影響,空氣的無規則“湍流”加劇,氣流變化很複雜。在建築物附近,灰塵分佈與建築物密度、高度、幾何形狀、門窗朝向、街道寬度和走向、綠化面積、空氣中汙染物濃度等許多人為因素關係很大。這就必然導致了每個地區、每個小區,甚至每棟樓的情況都是不同的。再加上不同直徑大小的灰塵顆粒,濃度最大值出現的高度也不相同。因此,並沒有一個放之四海而皆準的“揚灰層”推算公式。

實踐檢驗:相比其它層,差別並不大

理論推導的結果是就算“揚灰層”存在,其影響因素也過於複雜,難以確定其高度。那麼實際測量的結果又如何呢?

《新聞晨報》曾報道上海一小區的業主們在自己的住宅樓內進行了一次為期3天的小實驗,在3樓、10樓和23樓的主臥飄窗位置觀察積灰情況。結果顯示,三個樓層積灰程度並沒有明顯差別。當然,這個實驗非常粗淺,不過這種實驗的精神是值得鼓勵的。[6]

科學家也做過類似的實驗。在石家莊某高層建築附近的顆粒物監測結果顯示,空氣中直徑在0.5微米以下的小顆粒物在高度24米處(相當於8層上下)呈現最大值;直徑在2.5微米以下的在高度7米處(相當於3層上下)呈現最大值;而直徑在10微米以下的隨高度增加而減少。總體來說,近地面處灰塵的濃度較高。隨高度增加,灰塵總量(總懸浮顆粒物)減少了,而其中微小顆粒物所佔比例則越來越大。[7]

這一觀測結果驗證了理論推論:不同直徑的顆粒物,其最大濃度區的位置也不同,彼此相隔很遠。不可能有哪一層匯聚了所有顆粒物的最大濃度區。

而對於某一種顆粒物的最大濃度區,情況又能有多嚴重呢?我們來看一下上面這個監測結果的具體數字:

直徑2.5微米以下的顆粒物在它的最大值處(3層上下)的濃度為0.3毫克/立方米,其它層高處為0.25毫克/立方米,只多出了25%;直徑0.5微米以下的變化幅度更小,從0.11毫克/立方米增至0.12毫克/立方米,增加了不到10%。(關於環境空氣質量標準的國家規定,請見附表。)這樣的濃度變化值並不算很明顯,也難怪上海那幾位業主沒有看出來積灰程度的差別了。


高層建築的9至11樓是“揚灰層”?真的是這樣嗎


結論:謠言破解。 說建築物的9至11樓是揚灰層,這是不科學的。大氣中的大顆粒物通常越靠近地面濃度越高;只有對於小顆粒物,在外力的作用下,有可能在某一高度存在一個最大濃度區。但是由於影響因素過多,並不一定所有樓房周圍都存在這個最大濃度區;即使存在,對於不同建築物和不同大小的顆粒,最大濃度區的高度也各不相同。更重要的是,不同高度間顆粒物濃度只是略有差別而已


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