环境物理学

环境物理学

各种物质都在不停地运动着，运动的形式有机械运动、分子热运动、电磁运动等。物质的运动都表现为能量的交换和转化。这种物质能量的交换和转化，构成了物理环境。人类生存于所适应的物理环境，也影响着这种物理环境。研究物理环境同人类的相互作用的科学称为环境物理学。它是环境科学的一个分支。

20世纪初期，人们开始研究声、光、热等对人类生活和工作的影响，并逐渐形成了在建筑物内部为人类创造适宜的物理环境的学科——建筑物理学。

20世纪50年代以后物理性污染日益严重，不仅在建筑物内部，而且在建筑物外部，对人类造成越来越严重的危害，促使物理学的各分支学科，如声学、热学、光学、电磁学、力学等开展对物理环境的研究，并取得一定成果，在此基础上，逐渐汇集、形成一个新兴的边缘学科——环境物理学。

环境物理学，主要是研究声、光、热、加速度、振动、电磁场和射线对人类的影响及其评价，以及消除这些影响的技术途径和控制措施。目的是为人类创造一个适宜的物理环境。

物理性污染同化学性污染和生物性污染是不同的。化学性污染和生物性污染是环境中有了有害的物质和生物，或者是环境中的某些物质超过正常含量。而引起物理性污染的声、光、热、电磁场等在环境中是永远存在的，它们本身对人无害，只是在环境中的量过高或过低时，才造成污染或异常。

例如，声音对人是必需的，但是声音过强，又会妨碍或危害人的正常活动。反之，环境中长久没有任何声音，人就会感到恐怖，甚至会疯狂。

物理性污染同化学性污染和生物性污染相比，不同之处还表现在以下两个方面：一是物理性污染是局部性的，区域性或全球性污染现象比较少见；二是物理性污染在环境中不会有残余物质存在，在污染源停止运转后，污染也就立即消失。

物理环境和物理性污染的特征决定了环境物理学的研究特点。物理环境的声、光、热、电等要素都是人类所必需的，这决定了环境物理学不仅要研究消除污染，而且要研究适宜于人类生活和工作的声、光、热、电等物理条件；物理性污染程度是由声、光、热、电等在环境中的量决定的，这就使环境物理学的研究同其他物理学科一样，注重物理现象的定量研究。

环境物理学根据研究的对象可分为环境声学、环境光学、环境热学、环境电磁学和环境空气动力学等分支学科。但总的说来，因为环境物理学是正在形成中的学科，它的各个分支学科中只有环境声学比较成熟。

环境声学的任务是为改善人类的声环境，研究人所需要的声音和人所不需要的声音——噪声，尤其是研究噪声的产生、传播、评价和控制，以及对人类的生活和工作产生的影响和危害等。

声音是由固体振动、液体或气体的不稳定流动以及与固体相互作用形成的，因此有关振动的产生、传播、测试、评价以及采取隔振、防振等措施以消除其危害，也是环境声学的研究内容。

人对光的适应能力较强，人眼的瞳孔可随环境的明暗进行调节。如日光和月光的强度相差约一万倍，人都能适应。但是如果长期在弱光下看东西，目力就会受到损伤。相反，在强光下则会产生瞬时后果，甚至对眼睛造成永久性的伤害。视觉是人的重要功能，研究适宜于人的光及其变动范围，控制和改善人类需要的光环境，消除光污染的危害和影响，是环境光学的任务。

人类的生活和生产活动，不仅需要太阳辐射到地球的热能，而且需要各种燃料产生的热能。燃料的大量消费，干扰了地球环境的热平衡，使环境遭受热污染。燃料燃烧放出大量的二氧化碳，对环境产生温室效应；城市人口密集，燃料消费量大，使城市出现热岛效应等。这些都是热污染的表现。热污染对自然环境造成的破坏，会对人类和生物产生长远的影响。

人是温血动物，适合于人类生活的温度范围是很窄的，人类主要依靠穿衣服、营居室来获得生存所需要的热环境。研究适宜于人类的热环境，揭示热环境和人类活动的相互作用，控制热污染，为人类创造舒适的热环境，是环境热学的研究内容。

人类生活在电磁场中，关于电磁场对人体的影响，定量性的研究成果还比较少。光波也是一种电磁波，环境电磁学的研究对象是波长比光波更长的电磁波，研究内容是电磁波对环境的污染及其所造成的危害。

环境空气动力学主要研究户外大尺度的空气运动。地球的旋转作用和重力作用，大气密度和温度的分层结构，大气中的对流等对大气运动的影响。在一般空气动力学中，这些虽然不很重要，而在环境空气动力学中，则是重要的研究内容。

地球大气的自然运动以及由此而产生的风、云、雨雾等现象是大气物理学的主要课题。环境污染（如烟雾污染、温室效应、热岛效应）对大气运动的影响日益严重地干扰气象的变化，大气中或者水中的污染物质在风日光、重力和环流的作用下扩散或下沉，这些都是环境空气动力学的研究内容。环境空气动力学还把大气运动对人类的影响，以及对鸟类、昆虫的飞行等影响作为研究内容。

环境物理学的研究领域是相当广阔的。如物质在作机械运动时，匀速运动对人体没有影响，而加速度的运动则有影响。当人体受到的加速度可与重力加速度相比的情况下，人就会感到不舒适。人对加速度能容忍的变化范围还是比较大的，如人体直立，横向运动的加速度达50m／s²也不会受到伤害。

人体作机械运动或者人体处在机械振动环境中所产生的物理效应和生理效应，也是环境物理学有待深入研究的内容。环境物理学将在对物理环境和物理性污染全面、深入研究的基础上，发展自身的理论和技术，形成一个完整的学科体系。

物理性污染虽然能够利用技术手段进行控制，但是，采取各种控制技术要涉及经济、管理和立法等问题，所以要对防治技术进行综合研究，获得最佳方案。