CO中毒的环境气象因子分析及预测方法研究

中国环境科学2011,31(4)：584~590ChinaEnvironmentalScienceCO中毒的环境气象因子分析及预测方法研究陈辉1,2*,吴昊1,2,赵琳娜1,2,王志1,2,狄靖月1,2,田华1,2(1.国家气象中心,北京100081；2.中国气象局日公共气象服务中心,北京100081)摘要：利用2006年9月~2007年3月全国CO中毒病例资料,选取日发病人数为8人以上的CO中毒事件发生日作为样本,对CO中毒的气象条件进行了分析研究.结果表明,微风或者静风、大气层结稳定的气象条件不利于CO气体的扩散,同时,气温变幅较小、气压下降、云量多和气体湿度大也可能间接导致CO中毒事件的发生.用风速、大气稳定度、24h变温、24h变压、总云量和相对湿度作为预报因子,利用阈值加权平均的方法,初步建立了区域性CO中毒气象潜势预报模型.关键词：CO中毒；气象条件；加权平均；潜势预报中图分类号：X16文献标识码：A文章编号：1000-6923(2011)04-0584-07Studyoncarbonmonoxidepoisoningwithenvironmentalmeteorologicalfactorsanalysisandpotentialforecastmodel.CHENHui1,2*,WUHao1,2,ZHAOLin-na1,2,WANGZhi1,2,DIJing-yue1,2,TIANHua1,2(1.NationalMeteorologicalCenter,Beijing100081,China；2.PublicWeatherServiceCenterofChinaMeterologicalAdministration,Beijing100081,China).ChinaEnvironmentalScience,2011,31(4)：584~590Abstract：AccordingtocarbonmonoxidepoisoningdataduringSeptemberof2006toMarchof2007alloverthecountry,choosingthecarbonmonoxideeventswithovereightsufferersasstatisticsamples,therelationshipbetweencarbonmonoxidepoisoningeventsandthemeteorologicalconditionswasanalyzed.Theresultsindicatedthatscantwindorsilentwindandsteadystratifiedatmospherearethemeteorologicalconditionsunfavorabletothegasofcarbonmonoxidediffusing,atthesametime,lesstemperaturechange,airpressurefalling,moretotalcloudcoverandhighairhumidityarealsolikelytocarbonmonoxidepoisoningoccurrenceindirectly.Windspeed,stabilityofatmosphere,temperaturevariationintwenty-fourhours,pressurevariationintwenty-fourhours,totalcloudamountandrelativehumidityaspredictorswereusedtobuildregionalcarbonmonoxidepoisoningpotentialmodelwithmeteorologicalforecastthroughamathematicweighted-averagetechnology.Keywords：carbonmonoxidepoisoning；meteorologicalconditions；weightedaverage；potentialforecast伴随着经济的快速发展与城市快速扩张,中国已经进入环境污染事故高发期[1].有研究发现[2-3],人类68%的疾病是由室内空气污染造成的,而且发病率逐年上升.室内空气污染已经成为肺癌、呼吸道疾病、慢性肺病、CO中毒等严重威胁人类生命健康的主要因素之一[4-6].在中国农村,生物质和煤炭的燃烧是室内空气污染的主要来源,在所有影响疾病健康的环境风险因素中排名第六位[7].CO是最主要的室内污染物,其来源于含碳物质的不完全燃烧.炉火及家用燃气的泄露是室内CO产生的原因[8].CO气体吸入人体后,与血红蛋白生成碳氧血红蛋白,造成肌体急性缺氧血症,导致昏迷及死亡[9].2006年2月,吉林和安徽等省份发生多起大面积CO中毒事件,其中,2006年2月13日吉林省延吉市等6县市发生291人的CO中毒事件,有研究[10-13]认为,此次事件与异常天气变化有直接关系.目前国外对于CO排放因子、CO浓度和暴露评价以及人工智能网络预测技术等各方面研究均有报道[14-16],国内相关的研究工作尚处于初始阶段,如张德山等[17]利用统计方法分析了北京市城八区非职业性CO中毒人次与月平均气收稿日期：2010-07-06基金项目：中国气象局新技术推广项目“公共卫生气象预警技术开发应用”(GMATG2007ZOZ)*责任作者,工程师,[e-mail]4期陈辉等：CO中毒的环境气象因子分析及预测方法研究585象要素的相关关系;付桂琴等[18]从大尺度天气形势、气象要素变化两方面分析了河北省石家庄CO中毒事故与气象条件的关系;张晓云[19]、梁寒[20]等也针对辽宁省发生的非职业性CO中毒事件进行了气象条件分析.这些研究对于建立CO中毒气象预报具有一定的应用价值.在全球气候变化的大背景下,研究CO扩散与气象条件的关系,建立科学有效的预警方法,对于预防和减轻不良气象条件造成的危害具有重要意义.本研究利用CO中毒实况资料,从非职业性CO中毒事件对公众生命安全影响的角度出发,探讨了事件发生时的气象因子,初步建立了全国区域性CO中毒气象潜势预报模型,为进一步做好CO中毒气象预报服务提供科学参考.1资料分析1.1资料来源病例资料来自中国疾病预防控制中心(CDC)提供的2006年9月~2007年3月CO中毒事件资料,包括事件发生时间、报告地区、发病数、死亡数等信息.气象资料为国家气象信息中心提供的同期常规地面观测资料,包括10个逐日地面气象要素(本站平均气压、24h变压、平均气温、极端最高气温、极端最低气温、24h变温、平均相对湿度、平均总云量、平均风速、降水量)和逐日气温探空资料.1.2CO中毒事件特征分析1.2.1地区分布特征图1为2006年9月到次年3月全国范围内发生CO中毒事件的地区分布图.图例CO中毒事件发生地区图1CO中毒发生地区分布(2006.09-2007.03)Fig.1AreaprofileofCarbonMonoxidepoisoning(DuringSeptemberof2006toMarchof2007)从图中可以看出,CO中毒事件主要发生在我国的东北和华北地区,尤其以华北地区最为集中,长江以南地区分布较为稀少和分散.这是由于CO中毒事件多发生在冬春季节,北方地区有相当一部分居民以燃煤方式取暖,由于室内通风差、烟囱安装不合理等因素使得大量CO积蓄在室内,在不利于大气扩散的气象条件下,导致CO气体不易排出室外,引发CO中毒.另外,城区居民使用管道燃气,如果管道漏气、开关不紧,或火焰被扑灭后燃气大量溢出,也可能造成CO中毒.由于采暖需求的差异,北方地区CO中毒事件多于南方地区,南方地区多以燃气热水器安装或使用不当而导致CO中毒为主.将2006年9月~2007年3月CO中毒发病586中国环境科学31卷人数根据报告地区进行分省统计,结果表明,CO中毒发病人数较多的几个省份依次为山东、山西、河北、辽宁、黑龙江,以山东省最多为2814人,山西省为1938人;南方地区各省发病人数相对较少,均在22人以下.北京市也有37人次发生CO中毒,主要集中在大兴和顺义地区.1.2.2CO中毒人数月分布特征选择北京、黑龙江、辽宁、河北、山西、山东、浙江7省市,对2006年9月~2007年3月每个省逐月CO中毒发病人数进行统计分析.由图2可以看到,CO中毒主要发生在冬春季节,11月发病人数开始增多,12月~2月为高峰期,3月份有所下降.从不同地区中毒发生的时间特征来看,东北、华北地区的发病人数要远大于浙江,这是由于北方地区冬季采暖时间长,尤其是12月和1月,在室内通风不畅、气象条件不利的情况下容易发生CO中毒事件.0200400600800100012002006-092006-102006-112006-122007-012007-022007-03CO中毒发病人数月份北京河北黑龙江辽宁山东山西浙江图22006-09~2007-03CO中毒发病人数逐月统计Fig.2MonthlynumberofcarbonmonoxidepoisoningsufferersstatisticsduringSeptemberof2006toMarchof20072CO中毒气象条件分析空气污染物浓度的空间分布和随时间的变化,主要取决于污染源的排放条件和大气对于污染物的稀释能力.对于同一个地区而言,污染源相对稳定,导致CO中毒事件发生的原因是室内外通风不畅.气象条件(包括风速、大气湍流和稳定度、气温等)直接或间接影响着大气稀释能力或者室内外排气能力.为了排除个别偶然因素导致的CO中毒事件,对同一个地区、同一日发生的CO中毒发病人数进行了统计,选取CO中毒日发病人数为8人以上(含8人)的个例,将其定义为CO中毒典型发生日,共93个样本,分别从风、大气稳定度、逆温、气温、气压、相对湿度、云量等几方面进行统计分析.2.1风速对CO扩散的影响风速主要影响近地面的大气污染物的扩散速度,风速越大,单位时间内污染物被输送的距离愈远,混入的空气愈多,污染物浓度愈低,风对污染物水平输送的同时有稀释冲淡的作用[21].因此,大气污染物在静风时污染较为严重.表1CO中毒典型发生日日平均风速统计表Table1DailyaveragewindspeedstatisticsontheCOpoisoningevents日平均风速(m/s)不同风速区间数(例)百分比(%)≤3.38389.2≤1.54750.5≤1.0或静风2122.63.31010.8在93例CO中毒典型发生日中(表1),有接近90%的个例日平均风速在3.3m/s以下(含3.3m/s),其中,日平均风速≤1.5m/s的有47例,占总数的50.5%;日平均风速≤1m/s或者静风的有21例,占总数的22.6%;日平均风速3.3m/s的仅有10例(10.8%).可见CO中毒事件中有绝大部分对应着静风或者微风的情况.2.2大气稳定度与CO中毒的关系大气层结的垂直稳定度取决于气温的垂直分布,直接影响湍流活动的强弱.大气处于稳定状态时,大气湍流和对流活动受到抑制,污染物的垂直扩散能力较弱[21].逆温对应着稳定的大气状况,逆温就象一个盖子一样阻碍着气流的垂直运动,使得污染空气很难穿过此层而积聚在它的下面,所以大多数大气污染事件都是发生在有逆温且静风的条件下.利用气温的垂直递减率γ(γ=-dT/dz)与干绝4期陈辉等：CO中毒的环境气象因子分析及预测方法研究587热递减率γd(γd=0.986℃/100m)的比较可以判断大气的稳定度.当γγd时,大气垂直对流极弱,大气处于稳定状态,污染物扩散极差;当γγd时,大气处于不稳定状态,大气中污染物容易扩散;当γ=γd时,大气处于中性状态,污染物能扩散但不够充分.当γ0时,气温随高度增加而升高,即出现逆温现象,此时大气扩散能力较弱,可能导致严重的空气污染事件发生[22].根据2006~20