环境物理学

环境物理学是由环境科学和物理学交叉发展起来的一门学科。着重从环境科学与物理学相结合的观点，研究发生在土壤圈、大气圈、水圈、冰雪圈和生物圈中的环境物理现象、规律及其理论，和人类社会相互作用及可持续发展的物理机制与途径。与其他交叉学科一样，环境物理学必然有它的科学和社会发展基础。它是环境问题成为全球性重大问题前提下产生的。环境物理学的提出是科学进步和人类社会发展的必然结果，也是人类对自然现象的本质和变化规律认识深化的体现。

产生20世纪初人们开始研究声、光、热等物理现象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，即建筑物理学。20世纪50年代后，建筑物外部的物理环境对人类生存的影响越来越大，对人类造成越来越大的危害，才促使声学、热学、光学、电磁学、力学、放射学等。学科开展对环境的影响以及消除这些影响的技术途径与控制措施的研究，并取得一系列的成果，从而出现了一些新的学科分支，如环境声学、环境光学、环境电磁学、环境热学、电离辐射防护，使环境物理学逐渐形成一个独立的科学领域。但其中仅环境声学及电离辐射防护学较为成熟，其他学科还没有完全定型，因此环境物理学还是一个正在形成中的学科。环境物理学是在物理学的基础上发展起来的一门新兴学科，它从物理学的角度探讨环境质量的变化规律，以及保护和改善环境的措施。

电离辐射是指宇宙中的某些射线在其行进路程中将能量传递给介质元素的原子的电子壳而产生电离，被电离的离子又通过电离作用破坏分子结构而产生的辐射。人类生存的地球经常遭受天然的电离辐射。天然的电离辐射通常来自三方面：一是宇宙线；二是地壳中天然放射性元素；三是存在于表层土壤、水相大气中的天然性元素，并可随着食物或水进入人体。

所谓热效应，就是高频电磁波直接对生物肌体细胞产生“加热”作用。由于它是穿透生物表层直接对内部组织“加热”，而生物体内部组织散热又困难，所以往往肌体表面看不出什么，可是其内部组织已严重“烧伤”。微波炉就是根据此原理加热食物的。专家指出，不同的人或者同一个人的不同器官对热效应的承受能力是不一样的。老人、儿童、孕妇属于敏感人群，而心脏、眼睛和生殖系统等属于敏感器官。至于非热效应，专家的解释是：电磁辐射作用于人体的辐射系统，影响新陈代谢及大脑电流，使人的行为发生变化及相关器官发生变化，并进而影响人的循环系统、免疫及生殖和代谢功能，严重的会诱发癌症。至今，科学家对电磁辐射于人体健康影响的研究仍在进一步探索之中。1

特点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主要是：

①物理环境的声、光、热、电等要素都是人类所必需的，因而环境物理学的研究同环境科学的其他分支学科不同，它不仅研究污染控制，而且研究适宜人类活动的声、光、热、电等物理条件；

②物理性污染程度是由声、光、热、电等在环境中的量决定的，因而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。2

分支学科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。

环境声学它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。

环境光学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10000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。

环境热学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。燃料燃烧排出大量的二氧化碳，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。

环境电磁学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，大气中的相变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。2

展望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，而有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50g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。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学