引言

一氧化碳（CO)中毒又称煤气中毒，主要是由于人体吸入的CO进人血液后，与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，使血液丧失输送氧气的功能，发生头痛、头昏等神经症状，严重者可导致昏迷甚至死亡。居室CO中毒的原理比较简单，但个体事件的影响因素往往比较复杂，燃煤方法不科学、居室环境不良、防范措施不力等都可能引发中毒事件。由于CO中毒是小概率事件，原因复杂、时空分布呈髙度散发，系统完整地搜集资料十分困难，关于天气条件对CO中毒影响方面的分析研究工作也较少。薛䶮波、汪德森等曾对烟台、北戴河、丹东等地较小范围内的CO中毒事件与气象条件的关系进行统计或个例分析，认为最低气温髙、风速小、气压稳定等因素对排烟有一定的影响^[1-3]。章澄昌认为，CO在室内的累积程度与室内、外温度差、风力、湿度以及近地层逆温强度有关^[4]。

2006年2月13—14日，吉林省延边州6个市县发生多起CO中毒事件，就诊患者达291人，死亡16人。其中延吉市中毒148人、死亡10人。在这样短的时间和相邻近的地区内，发生多起CO中毒事件，引起社会的广泛关注和政府的高度重视。作者通过现场调査、气象条件分析和数值模拟试验，对延吉市CO中毒事件的成因及气象条件的影响进行分析和探讨。

1 事件经过及相关情况调査 1.1 事件经过

医院记载的最早患者就诊时间为13曰17时，患者就诊髙峰为13日晚至14日凌晨。但调査发现，13日中午开始就陆续有患者出现中毒症状甚至有昏迷者，并有多位患者去诊所或医院就诊，但不知道是CO中毒。有一家夫妻二人，13日18时左右出现症状，到医院就诊按感冒治疗后症状消失，21时多返回家中后很快又出现了症状，再去医院才确诊为CO中毒。由此分析，中毒事件开始的时间应该是13日中午，事发髙峰也早于就诊和确诊高峰。天气条件、居民晚上用火和在室内的时间比白天明显增多等，可能对就诊患者数量随时间的变化也有一定影响。

1.2 现场情况调查

延吉市CO中毒者绝大多数住在平房集中的棚户区，而且是租住平房居民在自家房屋旁边搭建的出租房（当地称“偏厦子”)的外来打工者或其他人员。这种自建的出租房屋室内髙度约为2~2.3m，面积为10~15m²，墙体厚度多为240mm或370mm (标准住房为500mm)。室内空间低矮、面积狭小、保暖性差，室温比当地居民家明显偏低，在天冷时不少家的室内墙壁上甚至挂着霜。为保暖，大多数住户将门窗用塑料薄膜或其它材料封闭，室内的通风条件很差。

延吉市区冬季风力较小，影响自然排烟，一些住户在烟囱上安装了排风扇帮助排烟。事发当天，在中毒患者家中，有开排风扇的也有未开的。大多数患者家在烧炕时并没有倒烟现象，屋内也没有感觉出有烟，中毒完全是在不知不觉的情况下发生的。在部分中毒死亡者家的炉膛内，有未完全燃烧的煤块，说明在煤炭燃烧过程中氧气不充足。

2 天气形势特征及彩响分析 2.1 天气形势分析

2006年2月12-14日，延吉市有一次髙空槽和地面低压系统影响过程。12—13日，东北区位于蒙古东部的髙空槽前并在地面低压暖区控制下（见图 1)，吉林省大部分地区位于低压暖区内，由于暖空气势力较强、冷空气偏后，低压系统移动缓慢，低压中心气压场梯度很弱、风力也较小。12—13日，延吉市一直位于低压前部的弱辐合区内，13日受强暖空气影响气温大幅度升髙，14日白天冷空气到达延吉。

2.2 近地面逆溫层及变化特征分析

延吉市冬季经常出现低空逆温现象。2006年1月1日-2月14日45天中有32天近地面出现逆温层，此间逆温层的平均厚度298m、最大厚度618m;平均逆温率1.3℃/100m，最大达6.6℃/100m。11日20时一13日20时，延吉市持续出现接地的近地面逆温层（表 1)，其中强度和厚度最大的时刻出现在13日08时事件发生前，其它时间的逆温强度和厚度差异不大。13日08时逆温层的厚度和强度明显增大的主要原因，是由于500~850hPa气流下沉增温的影响，其中850hPa下沉气流速度达11Pa•s^-1。13日白天，受地面大幅度升温影响，逆温层厚度和强度又明显减小。13日13时地面气温比08时升髙了14.7℃，而850和950hPa的气温13日20时仅比08时升髙了1℃。在事件发生过程中，低空逆温层的强度和厚度为减弱趋势，但大气层结依然是稳定的，其对低空风速和湍流的抑制作用，对排烟和通风产生不利影响。14日08时逆温层消失。

2.3 地面气象要素特征及影响分析

气压的变化。12—14日延吉市受地面低压系统的影响，气压持续偏低。13日平均本站气压为975.6hPa，是2005年12月1日至2006年2月13日期间的最低值，但并不是延吉市历史同期的最低值，与13日吉林省境内的最低气压918hPa (长白县和抚松县）相比也不算低。从图 2气压的逐时变化看，13日凌晨气压并始下降，13日06时气压为974hPa，是12—14日期间的最低值。13日6时至14日15时气压稳定少变，14日16时以后。随着冷空气的侵入气压开始明显上升。在中毒事件过程中，气压的主要特点是持续偏低并且变化幅度很小。在这种气压场形势下，地面风速也持续偏小，从而对排烟通风产生不利影响。薛䶮波的研究也表明，在低压中心、高压中心或高压后部，系统稳定、气压梯度小、气压较稳定时，易发生煤气中毒事件^[1]。

风速的变化。风速是影响室内通风排烟的主要因子。12—14日，延吉市近地面风速较小，尤其是夜间风速很小。12日和13日延吉市的平均风速分别为2.5和2.7m • s^-1，略小于2005年12月1日至2006年2月15日延吉市的平均风速3.0m • s^-1。白天风速比较大，夜间风速明显减小。12日16时至13日9时，平均风速为1m • s^-1，13日10—19时，平均风速为4.5m • s^-1，13日20时至14日10时，平均风速降至1m • s^-1以下。13日风速的减小与就诊患者增加有很好的对应关系。同时，由于延吉市居民区位于盆地当中，髙度明显低于气象站，棚户区建筑又十分密集，其实际风速明显小于气象站观测的风速。由此可见，天气系统、特殊地形和建筑环境的共同影响造成的弱风条件，是影响CO中毒事件的主要气象和环境因素之一。

气温的变化。冬季天气寒冷，住户门窗紧闭，室内、外空气交换量很小。当风力较小时，由于热压作用通过门窗缝隙和烟囱口产生的室内、外空气交换对于保持室内空气新鲜具有重要作用，而在季节转暖后，住户门窗常开，热压对通风的重要性明显减小。12—14日延吉市气温变化的最显著的特点是事发当日气温大幅度升高。12日平均气温为-9℃，比历年同期略高。13日08—13时，气温从-6.8℃猛升到7.9℃，5个小时内气温升高了14.7℃，这在冬季是极为少见的。气温大幅度上升并持续偏髙，使室内、外温差明显减小，对通风产生不利影响。比较表 1中12日20时和13日20时各种气象因素，其它条件差异均不大，但气温升高了l0℃。尤其是“偏厦子”室温比正常室温明显偏低，升温对其通风的不利影响也更加显著。

3 自然通风排烟及气象条件的影响 3.1 自然排烟及气象条件的影响

自然排烟主要靠燃烧产生的热压、室外烟囱口处风速产生的负压（抽吸作用）及炉灶与烟囱排烟口之间气压差等产生的动力作用。炉火越旺盛、室外风速越大、烟囱越高，排烟效果也就越好^[5]。

利用北京市气候中心引进的CFD (Computational Fluid Dynamics)软件Fluent, 参照现场建立二维模型，对室内燃烧排放气体浓度与炉膛排放气体的温度（热压条件）和风速的关系进行模拟试验，结果表明：风速增大或提高排放气体的温度，都有利于减小室内燃烧排放气体浓度，模拟与理论分析的结果一致。

烟气从烟囱口排出后，其在大气中抬升髙度和扩散速度与大气的稳定度有显著关系，低空逆温对烟气的抬升和扩散有显著的不利影响^{[6, 7]}。但大气稳定度对烟气在由炉膛经过烟道向外排出过程的影响，尚未见到相关的研究和报道。同时，由于逆温层在地表面的特性十分复杂，也给分析研究带来很大困难，相关工作还有待于今后进一步研究探讨。

3.2 自然通风及气象条件的影响

居室的自然通风主要是在室外风速和室内、外空气温度差的作用下，由于建筑物门窗或排风口两侧的气压差（即风压和热压），使室内、外空气产生流通和交换^[8]。风压与气流在冲击建筑物的瞬间风速的平方呈正比^{[9, 10]}，室外的风速越大，就越有利于室内、外空气流通和交换。热压主要与室内、外温度差有关，当通风孔大小不变时，温度差越大，通风效果越好^[11]，自然通风的排风体积流量与室内、外温度差呈正比^[12]。

利用Fluent并参考现场实况建立精细的三维数学模型，就升温过程对室内自然通风的影响进行模拟试验。模型中整个计算区域为80m×80m×32m，房屋的尺寸为5m×3m×2.5m，屋内煤炉尺寸为0.8m×0.8m×1.0m，煤炉与房屋内部空间的进气孔为0.6m×0.6m，烟函尺寸为0.2m×0.×3.5m。在房屋的墙上设计一个0.1m×0.1m的通风孔，用以等效地描述门窗缝隙的通风状况。同时，为了得到更为准确的模拟结果，对整个模拟区域作了髙质量的矩形网格划分，网格总数约为90万个。方案设计中，室外温度根据13日延吉市气温变化特征选取，室内温度参照标准住房和“偏厦子”平均情况近似选取。通风口孔处气流平均速度的模拟结果由表 2给出。

模拟分析表明：由于“偏厦子”室温明显偏低，13日延吉市的升温过程对其通风的影响程度远远大于正常房屋。13日13—20时，在模拟“偏厦子”的通风口处几乎没有空气流入室内，而标准房屋的空气流入量是“偏厦子”的13倍。尽管模拟与实际情况有一定的偏差，但其结果能很好地反映出弱风条件下升温过程对“偏厦子”的不利影响，同样条件下升温对室温正常的房屋通风的影响要小得多。

从CO中毒的成因分析，造成CO中毒事件的根本原因是CO的产生和聚积。煤炭正常燃烧时主要排放物为CO₂, 只有当氧气不足时，燃烧排放物中才会有大量的CO。由于“偏厦子”空间狭小，弱风和大幅度升温又严重影响其通风排烟，室内氧气被消耗减少后没有充足的新鲜空气补充，燃烧过程中氧气不足而导致室内CO显著增加和聚积，这是造成CO中毒事件异常集中地发生在“偏厦子”的根本原因。这种升温影响过程与延吉市中毒事件的开始和高发时间也非常吻合。

4 结论

风速和气温是影响自然通风排烟的主要气象因素。2006年2月13日延吉市C0中毒事件的主要气象影响因素是持续弱风和大幅度升温。同时，逆温、弱气压场、云量多等对低空风速和湍流的持续抑制作用，延长了不利气象条件的影响时间，对中毒事件的发生也有不可忽视的作用。

延吉市CO中毒事件绝大多数死亡者和患者都住自建出租房，这种房屋空间狭小、保温和通风性能差，室温明显偏低。弱风尤其是大幅度升温对其室内通风和供氧条件的不利影响，致使燃烧过程中氧气供应不足、CO显著增加且无法正常排放，是导致该事件异常集中发生于特定住房居民家中的根本原因。

在弱风条件下，由于热压作用通过门窗缝隙和烟囱口产生的室内、外空气交换对于保持室内空气新鲜和防止CO中毒具有重要作用。由于初春天气较冷，北方居民家仍然是门窗紧闭，而这时的明显升温过程气温更容易接近室温，对居室通风的影响也更大。这也是冬春之交时更容易发生CO中毒事件的一个主要原因。