何 滎，全 利

(1．重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院;2．重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點實驗室，重慶，400045;3．重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶，400039)

0 引言

隨著全球氣候的變化，特別中國城市化和工業(yè)化進程的迅速發(fā)展，機動車保有量的快速增加，由城市污染物大量排放所造成的空氣污染越來越嚴重，由此導(dǎo)致的霧霾日數(shù)明顯增加。2007年，中國環(huán)境監(jiān)測總站在三大城市帶的天津、上海、南京、蘇州和深圳市開展了灰霾試點監(jiān)測，結(jié)果表明2009年各城市灰霾天數(shù)為51～211天，其中天津51天、上海134天、南京211天、蘇州169天、深圳115天，部分城市年灰霾天數(shù)占監(jiān)測天數(shù)一半以上。而2013年1月，我國大部地區(qū)，都出現(xiàn)了大范圍的重度和嚴重污染，中東部地區(qū)甚至陷入了嚴重的霧霾天中，而北京的空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)甚至接近了1 000。

由此可見，中國城市空氣污染日趨嚴重。為了應(yīng)對日益惡化的空氣污染狀況，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，防止生態(tài)破壞，創(chuàng)造清潔適宜的環(huán)境，保護人體健康，中國于2012年頒布了GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》，新標準增設(shè)了細顆粒物(PM 2．5)限值，并調(diào)整了顆粒物PM 10限值。

除太陽直射光外，到達地面的散射光主要是來自大氣氣溶膠對太陽光的散射。在不利于擴散的氣象條件下，大量污染物集中排放到大氣中，多種污染物之間將發(fā)生復(fù)雜的相互作用，形成大氣復(fù)合污染和霾現(xiàn)象，也導(dǎo)致大氣的渾濁度和光氣候相應(yīng)發(fā)生變化，進而使地面總照度發(fā)生變化。這對城市的天然光環(huán)境及建筑的天然光利用產(chǎn)生了不利影響。

1 天然光照度研究現(xiàn)狀

在能源日趨緊張的今天，充分利用天然光，追求生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約照明用電，具有十分重要的意義。光氣候數(shù)據(jù)是建筑物利用天然光的重要因素，而光氣候數(shù)據(jù)包含水平總照度、漫射光照度、各方向垂直照度、天空亮度、云量、日照時間及大氣透明度等內(nèi)容。而最核心的內(nèi)容是光照度和天空亮度分布，國際上通過國際采光年(IDMP)計劃積累了部分城市(包括中國北京和重慶)的光氣候觀測數(shù)據(jù)，而國際照明委員會(CIE)也頒布涵蓋多數(shù)天空類型的15類天空標準，這些研究工作促進了世界各地天然光的運用，節(jié)約了能源。

對天然光照度的分布研究由來已久，早在上世紀70年代，前蘇聯(lián)科研工作者就開始對前蘇聯(lián)地區(qū)天然光照度及分布進行了研究，此后，各國研究工作者相繼對天然光照度測量及分布等問題進行了研究，并隨著科技的發(fā)展，一些先進技術(shù)手段也用于天然光的研究，如利用衛(wèi)星資料評估天然光照度及用GIS評估天然光等。中國在天然光照度測量及分布的研究可追溯到20世紀70年代，中國楊光璿、林若慈及吳其劻等人對中國天然光照度的測量及分布等進行研究，之后結(jié)合1983—1984年間在中國14個城市開展的大規(guī)模光氣候觀測數(shù)據(jù)，獲得了中國光氣候分區(qū)及天然光資源分布等成果，并被現(xiàn)有國家標準所采用，近年來王愛英等人還結(jié)合GIS對全國地域氣候進行分析研究。

但是由于天然光照度值在世界各地觀測較少，因此很難獲得大范圍長時間的天然光觀測數(shù)據(jù)。而太陽輻射是氣象站觀測的基本項目之一，因此世界各地氣象觀測站積累了大量的輻射數(shù)據(jù)，國外研究工作者Littlefair，Perez，Olseth，Skartveit，Chung，Muneer ＆Kinghorn對如何利用輻射數(shù)據(jù)獲得光照度數(shù)據(jù)進行了大量研究，并先后建立了多種輻射光當量模型(luminous efficacy model)。中國的林若慈、王愛英、羅濤等人還結(jié)合中國光氣候觀測數(shù)據(jù)及輻射數(shù)據(jù)研究成果，研究了適合中國現(xiàn)狀的輻射光當量模型，這些研究對輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光照度數(shù)據(jù)進行了有益的探討。

2 空氣污染對天然光照度影響

太陽輻射在大氣中的傳播已經(jīng)有了成熟的理論及豐富的研究成果，但由于氣溶膠的消光性能(通常用光學(xué)厚度表示)與空氣污染情況息息相關(guān)，因此氣溶膠的研究在大氣輻射學(xué)中仍然是一個重點與熱點。但大范圍氣溶膠光學(xué)厚度資料的缺乏是目前的主要問題，解決這一問題通常有三個途徑，一是衛(wèi)星遙感方法，國外有很多研究成果，國內(nèi)也做了大量的研究工作，如毛節(jié)泰、張軍華、李成才等都對如何從衛(wèi)星資料反演氣溶膠光學(xué)厚度進行過深入的研究。二是寬帶消光法，Gueymard、邱金桓提出并發(fā)展了寬帶消光法，試圖從多年常規(guī)輻射站的輻射觀測資料中間接提取氣溶膠光學(xué)厚度的信息。第三是自20世紀90年代以來美國國家航空宇航局逐步建立了覆蓋全球的400多個地基氣溶膠觀測網(wǎng)，中國也有20余個站點加入該網(wǎng)絡(luò)，這為全球科研工作者研究提供了廣泛而精確的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

近年來，由于城市空氣污染的日趨嚴重，部分城市室外天然光照度有降低的趨勢，而天然光照度變化的主要原因是污染物在空氣中形成氣溶膠，而這些氣溶膠的存在改變了大氣的光學(xué)厚度(渾濁度)，從而影響了到達地面的光照度。據(jù)研究近年來中國主要城市氣溶膠光學(xué)厚度有逐年增加的趨勢，而氣溶膠光學(xué)厚度的增加，將會導(dǎo)致能見度降低及到達地面光線減少，地面照度值也會相應(yīng)的降低。

對大氣污染與氣溶膠光學(xué)特性之間的關(guān)系，國內(nèi)外研究工作者進行了大量的研究，并取得了一定的成果。如中國王耀庭等人對大氣污染各參數(shù)與大氣光學(xué)厚度之間的相關(guān)性進行了探討，并初步建立了相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系;于興娜、劉愛霞等人還對污染物對大氣氣溶膠光學(xué)特性和能見度影響進行了研究。而20世紀90年代，針對烏魯木齊日益嚴重的空氣污染，楊青結(jié)合烏魯木齊氣象觀測數(shù)據(jù)對光氣候與大氣渾濁度之間的關(guān)系進行了初步探討。此后，空氣污染對天然光照度的影響研究還鮮見報道。

隨著全球氣候的不斷變化和空氣污染的日趨嚴重，中國光氣候相對30年前已經(jīng)出現(xiàn)了較大的變化。而作為光氣候數(shù)據(jù)最核心內(nèi)容之一的天然光照度值目前仍然沿用原有氣候及環(huán)境條件下的天然光資源預(yù)測量對城市光環(huán)境進行評估，顯然是不合理的，這將會造成較大誤差，并影響合理技術(shù)措施的選擇與使用。因此，有必要對現(xiàn)有天然光基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行修正，以利于充分利用天然光，降低建筑能耗。

3 展望

中國幅員遼闊，各地光氣候狀況不同，各地空氣污染對天然光環(huán)境影響也不同。因此，借鑒大氣輻射學(xué)中有關(guān)可見光傳輸?shù)某墒炖碚摷柏S富的研究成果，結(jié)合目前的氣象觀測數(shù)據(jù)(輻射照度數(shù)據(jù)、光照度數(shù)據(jù)、氣溶膠光學(xué)厚度、單次散射反照率、不對稱因子和Angstrom波長指數(shù))和空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)各參量:二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、顆粒物(PM10)、顆粒物(PM2．5)、臭氧(O3)和一氧化碳(CO)，研究空氣質(zhì)量指數(shù)各參量與天然光環(huán)境天然光照度影響及函數(shù)關(guān)系，進而準確評估各光氣候區(qū)天然光環(huán)境及變化趨勢。充分利用天然光，減少電光源的使用量，營造健康工作環(huán)境。對減少建筑能耗和運行費用具有重大意義。

［1］ GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準［S］．中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012

［2］ HJ 633—2012環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)［S］．中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012

［3］ Gary gilletteg，William Pierpoint，Stephen Treado．A general illuminance model for daylight availability．Journal of illuminating Engineering Society，Vol．12，No．3，pp130 －135，1983

［4］ Lin Ruici，Xiao Huiqian，Zhu changhan．A method of obtaining various daylight illuminance．The proceedings of 1988［A］．China-North America daylight conference［C］，1988

［5］ 王愛英，金海，李雯雯．基于GIS的地域性光氣候信息系統(tǒng)［J］．照明工程學(xué)報，2010，21(4):37 ～40

［6］ 楊青．烏魯木齊冬季大氣渾濁度與光氣候［J］．干旱環(huán)境監(jiān)測，1991，5(1):5 ～7

［7］ 吳其劻．我國散射照度的計算及其區(qū)分布［J］．氣象學(xué)報，1990，48(3):369 ～373

［8］ 馬志強，趙秀娟，孟偉，等．霧和霾對北京地區(qū)大氣能見度影響對比分析［J］．環(huán)境科學(xué)研究，2012，25(11):1208～1214

［9］ 孟曉艷，王瑞斌，杜麗，等．我國空氣污染現(xiàn)狀及對空氣質(zhì)量日報改進的思考［J］．環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011，1(3):249～254

［10］ 王耀庭，王橋，李炬，竇軍霞．氣溶膠光學(xué)厚度在大氣污染研究中的應(yīng)用［A］．中國氣象學(xué)會2007年年會大氣成分觀測、研究與預(yù)報分會場論文集［C］，2007

［11］ Commission Internationale de l'Eclairage(CIE):Spatial distribution of daylight-CIE standard general sky［S］．S011/E-2003

［12］ 何滎，林勇．用P-G-D圖表研究中國光氣候狀況［J］．土木建筑與環(huán)境工程，2010(1):107～110

［13］ 何滎，胡英奎，翁季．天然采光設(shè)計中的參考天空分類［J］．土木建筑與環(huán)境工程，2010(6):105～109

［14］ K．N．LIOU．大氣輻射導(dǎo)論(第 2 版)［M］．氣象出版社，2004