大气中的二氧化氮 (NO2)
Nitrogen Dioxyde (NO2) in our atmosphere

Posted on January 10th 2017
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Introduction to Weather and Climate,
Univ. of Arizona (credits)

一个常见的问题是为什么二氧化氮 (NO 2 )、二氧化硫 (SO 2 ) 和一氧化碳 (CO) 浓度总是如此低,测量它们有用吗?

为了强调监测这些物质的重要性,本文将解释这些污染物从何而来以及它们如何影响我们的健康和环境。

为了简单起见,本文将只关注 NO2。


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什么是二氧化氮(NO 2 )?

NO 2是一种红棕色气体,所有内燃机都会排放。内燃机排放出两种主要的氮基化合物:NO 2和一氧化氮 (NO)。这两种污染物统称为NO x或氮氧化物。

Figure 1 Simplified cycle of NO and NO2

总结一下:

  • NO2: Nitrogen Dioxyde
  • NO: Nitric Dioxyde
  • NOx: Oxides of Nitrogen = {NO2+NO}

NO 2生命周期

在排放点(即排气管),NO x的比例约为90% NO 和10% NO 2 (1)。

在大气中且存在挥发性有机化合物 (VOC) 的情况下几个小时后,NO 会转化为 NO 2 。该反应可能发生几秒钟到几小时 (2)。

NO 2进一步与空气中的其他物质发生反应,形成硝酸、颗粒物和称为 PAN(过氧酰基硝酸盐)的物质。

另外,在阳光下,NO 2可以转化回 NO 并产生臭氧 (O 3 ) 作为副污染物。由于 NO 2可能产生这些“二次”污染物,因此监测和调节 NO 2非常重要。

NO 2对我有何影响?

短期和长期接触 NO 2与呼吸系统疾病的风险增加有关。哮喘患者、幼儿和老年人对其影响更加敏感 (1)。

大气中NO 2的存在造成的二次污染物也有其自身的不利影响。 PAN 具有刺激性,硝酸会导致酸雨,颗粒物和 O3 会导致呼吸系统问题。

谁以及什么在排放氮氧化物

如前所述,氮氧化物排放来自内燃机。但这些发动机中发生的是化石燃料中的碳氢化合物与空气(80% 是氮气)的高温反应。 NO x排放也有自然来源,例如野火、雷击,但大气中绝大多数 NO 2是由人类活动造成的。

Figure 2 Sources of NOx emissions in the USA – 2014

有许多不同的行业会排放氮氧化物。图(2)显示了2014年测量的美国NOx排放源。 “移动源” ,即道路车辆、船舶、飞机、农用车辆等,无疑是最大的贡献者。在美国和欧洲,道路车辆是NO x (1) (3)“移动源”的主要类型。

在道路车辆是 NO x主要来源的地区,高峰交通时段的 NO 2浓度通常较高,例如下面的 NO 2 AQI 所示的工作日下午 5 点左右。一些额外的有趣的注释:

  • 白天臭氧 (O 3 ) 浓度增加,而 NO 2浓度减少。这是因为 NO 2在阳光下会转化为 NO x
  • 下午 6 点后,由于没有阳光将 NO 2转化回 NO,NO 2浓度逐渐升高。

Figure 3 Example of AQI in London

然而,在中国,2013 年进行的一项研究发现,工业排放源是最大的氮氧化物排放源(占总量的 34%)(4)。这就是为什么 NO 2浓度和高峰时段交通没有很强的联系。

为什么NO 2浓度这么低?

NO 2 AQI 通常处于“良好”范围内并以绿色显示。但由于 NO 2会转化为其他污染物,而这些污染物有其自身的负面影响,因此大气中的 NO 2仍然会对我们的健康和环境产生负面影响。如果您想更详细地了解我们大气中的氮氧化物,请阅读下面的这些文件。

参考文献和进一步阅读

1. Office of Research and Development National Center for Environmental Assessment. Integrated science assessment for oxides of nitrogen - Health criteria. North Carolina : United States Enivronmental Protection Authority, 2016. EPA/600/R-15/068.
2. Cheremisinoff, Paul N and Young, Richard Alan. Air Pollution Control and Design Handbook. s.l. : M Dekker, 1977. pp. 672-673. Vol. 2.
3. Urban Air Quality in Europe. Boulter, P G, Borken-Kleefeld, J and Ntziachristos, L. [ed.] M Vianna. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2013, Handbook of Environmental Chemistry, Vol. 26, pp. 31-54.
4. NOx emissions in China: historical trends and future perspectives. Zhao, B, et al. 13, 2013, Atmospheric Chemistry and Physics, pp. 9869-9897.
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  • AQI Scale: What do the colors and numbers mean?
  • Using Statistical Distances for Real-time Sensor Networks Validation
  • Nitrogen Dioxyde (NO2) in our atmosphere
  • 关于空气质量与空气污染指数

    本网站采用的污染指数和颜色与EPA是完全相同的。 EPA的指数可以从 AirNow上查到

    空气质量指数空气质量指数级别(状况)及表示颜色对健康影响情况建议采取的措施
    0 - 50一级(优)空气质量令人满意,基本无空气污染各类人群可正常活动
    51 -100二级(良)空气质量可接受,但某些污染物可能对极少数异常敏感人群健康有较弱影响极少数异常敏感人群应减少户外活动
    101-150三级(轻度污染)易感人群症状有轻度加剧,健康人群出现刺激症状儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者应减少长时间、高强度的户外锻炼
    151-200四级(中度污染)进一步加剧易感人群症状,可能对健康人群心脏、呼吸系统有影响儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者避免长时间、高强度的户外锻炼,一般人群适量减少户外运动
    201-300五级(重度污染)心脏病和肺病患者症状显著加剧,运动耐受力降低,健康人群普遍出现症状儿童、老年人及心脏病、肺病患者应停留在室内,停止户外运动,一般人群减少户外运动
    300+六级(严重污染)健康人群运动耐受力降低,有明显强烈症状,提前出现某些疾病儿童、老年人和病人应停留在室内,避免体力消耗,一般人群避免户外活动
    (参考详见http://zh.wikipedia.org/wiki/空气质量指数)

    如果你想了解更多有关空气质量与污染,详见维基百科或者 AirNow

    有关健康建议详见北京的Richard Saint Cyr MD医生的博客:www.myhealthbeijing.com


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