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在地壳的外围，积聚着一层厚厚的气态物质，我们把它叫作地球的大气圈。早期的地球由于质量和体积的加大，引力作用逐渐加强，在自己的周围吸附了更多的宇宙气体，形成了原始的地球大气层，也就是地球的第一代大气。随着地球体积的继续增大，地球内部圈层变化过程产生的气体不断向地表游离，地质早期大规模的火山活动也向地表喷发大量的气体，形成地球的第二代大气，主要成分是水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氮气等。近代大气也就是第三代大气的形成是由于蓝藻、绿藻及绿色植物的出现。它们可以进行光合作用，合成有机物质，释放氧气，逐渐形成以氮和氧为最主要成分的近代大气。
通常情况下，大气是围绕地球表面的一层总厚度为1 000～1 400千米的气体，其总质量约为6×10 18 千克，标准状况下平均密度为1.293克·升 -1 。由于不同高度重力的分布不同，大气密度从地表到高空迅速减小，海平面附近的密度最大。大气是多种物质的混合物，包括恒定组分、可变组分和不定组分。恒定组分主要指干洁空气，其比例在地球表面的任何地方几乎都是不变的，是大气中含量最多的部分。干洁空气是指大气中除去水汽和杂质的部分，氮、氧、氩就占干洁空气总体积的99.97％，氖、氦、氪、氙、氡等稀有气体约占总体积的0.03％，干洁空气中各种组分及其含量见表5-1。
表5-1 干洁空气中各种组分及其含量
表5-1（续）
大气中的可变组分包括二氧化碳和水蒸气。在通常情况下，二氧化碳的含量为0.02％～0.04％，主要来自生物的呼吸，有机体的燃烧与分解；水蒸气的含量在4％以下，主要来自海洋和地面水的蒸发和植物的蒸腾。它们在大气中的含量随着季节、地区、气象条件的变化以及人们的生产和生活的变化而发生变化。大气中的水蒸气含量虽不多，但可凝结为水珠和冰晶，从而形成云、雾、雨、雪、霜等多种大气现象，对天气的变化起着重要的作用。大气还可以吸收地表的长波辐射，对地球起着保温作用。不定组分是指排放于大气中其组成或含量不能有效地加以确定的混合气体和颗粒，其来源包括自然因素和人为因素两个方面。自然来源指自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性灾难产生的物质，包括尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、盐类和恶臭气体等；人为来源则是指人类社会经济活动排入环境中的物质，包括煤烟、粉尘、硫氧化物和氮氧化物等。自然来源的污染物可造成局部和暂时性的大气污染，对大气环境的长期影响并不大。
随着科学技术的发展和生产力的提高，人为因素的不定组分排放成为大气的主要污染物，也是造成大气污染的主要根源，因而成为环境科学主要关注的焦点。
（1）大气污染概述
由于人类活动或者自然因素，某些物质被排入大气，使正常的大气组成和性质发生变化，并对人类和动植物造成危害，这样一种过程或现象称为大气污染。一种物质构成对大气的污染，通常是必须在某一特定的环境里，达到一定的浓度或数量，持续一定的时间，并能够对人体和动植物造成危害。如果某种物质的数量和浓度低于环境质量指标规定的标准，或不超过环境的自净化能力，或在大气中滞留的时间很短，它们不会对人体和动植物造成危害，那么在环境意义上则不将其视为污染。随着工业化进程的推进和经济社会快速发展，越来越多的污染物质排入大气中，使大气污染出现阶段性和地域性的差异，增加了大气污染治理难度。
（2）大气污染物类型
大气污染物按其存在状态可分为两大类：一种是气溶胶状态污染物，另一种是气体状态污染物；若按形成过程分类则可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，二次污染物则是由一次污染物经过化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理化学性质完全不同的新的污染物，其毒性比一次污染物强。大气污染物既包括粉尘、烟、雾等小颗粒状的污染物，也包括二氧化硫、一氧化碳等气态污染物。
主要的大气污染物有气溶胶状态污染物、气体状态污染物。气溶胶状态污染物主要有粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等。气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。直径约为0.002 ～100微米大小的液滴或固态粒子。气体状态污染物主要有以二氧化硫为主的硫氧化合物，以二氧化氮为主的氮氧化合物，以一氧化碳为主的碳氧化合物以及碳、氢结合的碳氢化合物。大气中不仅含无机污染物，而且含有机污染物。
（3）大气污染物形成原因
造成大气污染的因素主要有以下几方面：①燃料能源的燃烧。随着社会生产需求的不断增多，燃料能源的利用形式、种类也越来越多，这加大了燃料燃烧所排放出的有害气体总量。随着工业与交通业的快速发展，有害气体的排放污染更加严重，而我国在早期的工业发展中并没有采取有力的气体污染控制措施，致使大气质量急剧恶化，治理难度较大。另外，近年来，汽车数量的增多也是造成大气污染加重的另一重要因素。车辆尾气所含的有害气体是大气污染的主要源头。②市政建设问题。目前在城市的市政建设工程中，由于规划不够合理，城市的建筑与道路都不利于空气的流通，给区域内的大气循环带来一定影响。如道路设计不合理，使得路面集聚较多尘土，当有风吹过时，就会出现尘土飞扬的现象，造成严重的气体污染。③工业布局问题。为了能够统一管理，扩大城市工业生产规模，很多地区都将工业园区划分为一个较为集中的地区，这些地区的工厂聚集密度较大，所排放的有害气体浓度较高，以自然的力量很难及时改善空气质量，使得这些有害气体随风散入其他地区，造成大气的严重污染。另外，工业生产过程的排放物，如石化企业排放的硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物，有色金属冶炼工业排放的二氧化硫、氮氧化物及含重金属元素的烟尘，磷肥厂排放的氟化物，酸碱盐化工业排出的二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体，钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酚、苯类、烃类等，其污染物组成与工业企业性质密切相关。④绿化建设水平较低。在城市及工业区的建设中，大都只注重建筑的建设，而忽视了绿化建设。整体绿化覆盖面积较小，城市园林绿化技术水平较低，植物配置不合理，不能使植物充分发挥其大气自然调节作用。这些也是造成大气污染严重的重要影响因素。
新疆“乌昌石”区域主要包括乌鲁木齐市、昌吉州局部、五家渠市和石河子市，是新疆天山北坡经济带重要组成部分。2022年1月28日至2月5日，区域市州同时出现连续9个重度以上污染天气。该区域产业结构偏重，能源结构偏煤，公路运输占比高，以占全疆4.1％的土地面积承载了全疆近一半煤炭消费量，一半以上二氧化硫，约三分之一氮氧化物、颗粒物，四分之一挥发性有机物的排放。2022年1月至3月，区域重污染天数比例高达30.4％。经核查，区域煤炭消费总量由2015年的6 500万吨增加至2020年的7 729万吨，削减10％的目标完全落空。督察发现，昌吉州阜康市放松减煤要求，仅要求开展煤炭清洁高效利用改造且未组织有效实施，全市煤炭消费量不降反增。部分市州落实工业炉窑综合整治要求不到位，部分工业炉窑环保治理设施简易、超标排放。督察发现，石河子经济技术开发区42台工业炉窑未按要求安装脱硫设施；昌吉州泰华、永鑫、优派等焦化企业焦炉烟气二氧化硫，熄焦废水挥发酚、氰化物严重超标。2022年4月，督察组现场督察发现，乌鲁木齐市八一钢铁焦炉炉顶烟气无组织排放问题严重以及昌吉州永鑫焦化公司超标废水未经处理直接用于熄焦，大量污染物随蒸汽排入大气环境。
（1）“乌昌石”区域地处准噶尔盆地南缘，属人口、工业和能源消耗密集区，特别是区域内煤电、煤化工企业众多，大气污染物产生和积累量较大。短期内以煤炭为主的产业结构和能源结构难以改变，对采暖期区域空气质量产生很大影响。因盆地南、北、西三面环山，加上冬季静风效应不利于大气水平流动，空气污染呈明显区域性特征。其独特的地理位置和气候条件，尤其秋冬季节容易出现水平方向静稳、垂直方向逆温等气象条件，不利于大气污染物的扩散，采暖期长、污染排放大和气象要素共同作用极易形成重污染天气。
（2）有害气体未经处理，未按要求排放。含有硫化氢的酸性气体未经处理排放，直接混入离地面近180米的燃煤锅炉烟囱排放，高空排放具有隐蔽性，且部分排放物不仅无色，而且通常在高空，近地闻不到气味。企业低温甲醇洗放空气中硫化氢浓度竟高达500多ppm，并含有多种挥发性有机物。初步统计，硫化氢的排放量约387吨／年，挥发性有机物约1.3万吨／年。
（3）相关部门工作不严不实，推进落实不到位。“乌昌石”区域相关市州贯彻落实大气污染防治相关决策部署不力，区域同防同治“一盘棋”的理念树得不牢。“乌昌石”区域各市州对大气污染防治重视不够，紧迫感不强，相关工作推进落实不力，甚至放松要求；发改、工信等部门工作不严不实，一些重点工作任务推进滞后。有关打赢蓝天保卫战三年行动计划明确，2020年“乌昌石”区域各市州煤炭消费总量较2015年下降10％。但相关市州减煤工作敷衍应付，只调度不核实，工作没有落地。
（4）该区域重污染天气应急预案不合理。预测预报能力弱，地方落实应急减排措施不力。2021年12月至2022年2月橙色预警期间，乌鲁木齐市八一钢铁转炉、烧结机等工序未落实停限产要求，焦炉无组织排放问题突出。石河子市3家化工企业70台工业炉窑重污染天气应急期间应当停产一半，实际仅停了10台工业炉窑。
（1）降低大气能见度，严重影响交通运输和人们正常生活。由于空气质量差，能见度低，容易出现车辆追尾相撞，影响正常交通秩序，对大家出行造成不便，在日常行车行走时容易发生危险。
（2）危害人体健康。污染物由于载有大量有毒有害物质，对人体健康产生急慢性危害。硫化氢，能溶于水，易溶于醇类、石油溶剂和原油，是易燃危化品，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，浓度极低时便有硫磺味，有剧毒。其与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。同时，稀的硫化氢也对呼吸道和眼睛有刺激作用，并引起头痛，浓度达1ppm或更高时，就会对生命造成威胁。呼吸道是空气中悬浮颗粒物和其他有害物质进入人体的主要途径之一，呼吸系统是大气污染物直接作用的靶器官。霾中的微小颗粒能直接进入并黏附在人体呼吸道和肺叶中，尤其是更小的颗粒会分别附着在上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、急性上呼吸道感染、急性气管炎、支气管炎、肺炎、哮喘等多种疾病，长期处于这种环境还可能诱发肺癌。
（3）空气质量下降。近年来冬季极端天气明显增加，“厄尔尼诺”“拉尼娜”等气象现象频发，使得冬季长期处于静稳状态，逆温效应强烈，静风频率高、雾日多，受不利气象条件影响，空气污染物不易水平和垂直扩散，导致“乌昌石”区域出现区域性雾霾天气。
大气的环境与人体健康一直是紧密联系的，大气环境的每一个因素几乎都会影响到人类。大气为地球生命的繁衍、人类的发展提供了理想的环境，它的状态和变化，时时刻刻影响着人类的活动与发展。近些年以来，工农业在生产过程中向空气中排放了太多有害的物质；此外，交通业的兴起，汽车尾气的排放，也给空气造成了严重的伤害。人们要继续依靠大气环境生存下去，就必须高度重视生态环境问题，真正将人与自然的和谐统一落实到人类社会中去。空气质量与每个人息息相关，是民生的最基本需求。党中央国务院高度重视生态文明建设和环境保护，“双碳”计划也是进一步改善空气质量的契机。
在“五位一体”总体布局中，生态文明建设是重要组成部分；在新时代坚持和发展中国特色社会主义基本方略中，坚持人与自然和谐共生是一条基本方略；在新发展理念中，绿色发展是一大理念；在三大攻坚战中，污染防治是一大攻坚战；在到21世纪中叶建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国目标中，美丽中国是其中一个。
清洁的空气是最基本的公共物品，只有实行最严格的制度、最严密的法治，才能为其提供可靠保障。为此，需要逐步完善法律法规体系。2019年我国基本完成省以下生态环境机构监测监察执法垂直管理制度改革，加强环境执法。2000年颁布的《中华人民共和国大气污染防治法》是我国现行专门针对大气污染防治的法律，它同《中华人民共和国宪法》《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国清洁生产促进法》等法律中的相关条款共同构成大气污染防治的法律体系。2019年3月9日联合国环境规划署发布的《北京二十年大气污染治理历程与展望》评估报告显示，从1998年到2017年这20年间，北京的空气质量明显改善。中国将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是《巴黎协定》的积极践行者。同时已接受《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》，加强非二氧化碳温室气体排放；2021年4月，中方欢迎美方重返多边气候治理进程，共同发布了《应对气候危机联合声明》。《“美丽中国，我是行动者”提升公民生态文明意识行动计划（2021—2025年）》中提出构建全民行动体系，发挥党政机关、企业、人民团体和社会组织的作用，推动社会各界广泛参与。系列法律和相关政策，初步形成了应对大气污染的法律制度体系。在中国，《中华人民共和国大气污染防治法》中已规定几项大气污染防治的重要法律制度，诸如第十四条第一款“国家实行按照向大气排放污染物的种类和数量征收排污费的制度，根据加强大气污染防治的要求和国家的经济、技术条件合理制定排污费的征收标准”规定了排污费制度，第十五条第一款“国务院和省、自治区、直辖市人民政府对尚未达到规定的大气环境质量标准的区域和国务院批准划定的酸雨控制区、二氧化硫污染控制区，可以划定为主要大气污染物排放总量控制区。主要大气污染物排放总量控制的具体办法由国务院规定”规定了大气污染物排放总量控制制度。此外，地方政府根据本地区大气污染状况，制定不同行政法律制度，其中与人们生活联系最紧密的就是交通限行制度。这项制度于2008年北京奥运会期间首先实施，并获得良好效果，此后，各大城市纷纷效仿。如今，许多地区汽车尾气排放量降低，城市空气污染程度下降，大气质量有所好转。
本案例适用于本科生“环境学概论”第二章“大气环境”的学习。
1.知识目标
（1）了解大气环境以及大气污染的概念、危害、发生机制；
（2）理解混合型大气污染的成因与控制措施。
2.能力目标
（1）培养学生整理知识结构、提取重点知识、分析知识间内在联系的能力；
（2）培养学生分析问题的能力和逻辑思维能力。
3.思政素养目标
（1）引导学生养成科学精神：透过现象看本质。
（2）引导学生形成生态文明观：良好大气环境是最普惠的民生福祉的基本民生观；帮助学生树立“四个自信”。
（3）引导学生践行环保行为：让学生将环保意识向环保行为逐层推进，从行为意愿到实际行动逐层推进。
（1）学生思考并总结大气圈的基本结构以及新疆“乌昌石”区域大气污染的发生机制；
（2）了解大气污染的研究前沿。
（1）引导学生学习大气结构组成和新疆“乌昌石”区域大气污染与发生机制；
（2）解读大气污染的最新学术论文；
（3）划分学习小组名单。
1.讲授法
结合PPT通过口头语言向学生系统地讲解大气的结构以及大气污染的概念。
2.分组讨论法
通过一系列的讲解之后，将学生分成若干小组，讨论针对混合型大气污染，我们该怎么做。从政府、企业和公众三个角色分析控制措施，每个人发表自己的意见或想法，并对其他人的想法给予反馈，并对正确、有新意的想法给予肯定，鼓励学生独立思考，发表自己的意见和建议。
3.合作探究法
通过以小组为单位，讨论和分析大气污染的危害以及如何防治，培养学生的创新精神和实践能力，充分体现学生的自主性、参与性。
多媒体播放视频、PPT、板书、学习通等。
案例教学安排见表5-2。
表5-2 案例教学安排
［1］王东霞，李健，高崇，等.大气污染与人体健康［J］.北方环境，2010，22（5）：102-104.
［2］李波，王冰，李婷.大气污染的成因及治理措施分析［J］.清洗世界，2022，38 （7）：143-145.
［3］武玉红.论大气污染的成因及治理措施［J］.黑龙江科技信息，2013（14）：131.
［4］新疆维吾尔自治区生态环境厅.新疆“乌昌石”区域大气污染防治推进不力重污染天气多发［EB/OL］.（2022-04-14）［2023-05-30］.http://sthjt.xinjiang.gov.cn/xjepd/dcdt/202204/630f03f440374c338a0c1dc68941bbcb.shtml.
［5］孙哲.新疆“乌昌石”区域重污染天气多发［N］.新华每日电讯，2022-04-15 （004）.
［6］刘勇，芦茜，黄志军，等.大气污染物对人体健康影响的研究［J］.中国现代医学杂志，2011，21 （1）：87-91.
［7］习近平.习近平谈治国理政（第4卷）［M］.中文版.北京：外文出版社，2022.
［8］武欣鹏.我国大气污染防治法律制度研究［D］.哈尔滨：黑龙江大学，2010.