目的:了解咳嗽产生飞沫的传播轨迹及不同口罩对于飞沫的动力学影响。方法:基于三维物质点法(MPM3D)，建立咳嗽飞沫和口罩防护效果的动力学模型。结果:取咳嗽时呼气速度为50 m/s，咳嗽时间为0.75 s，当 t=0.05 s时，飞沫会形成体积约为2.75倍口腔体积的雾云； t=0.5 s时，飞沫扩散至周围1.17 m的环境； t=5 s时，飞沫浓度集中于距离地面0.6 m以下的地方； t=10 s时，空气中的飞沫浓度已经较低。N95口罩在1 m之内的穿透率0.06~0.20，在1.5 m以外衰减到≤0.03；一般口罩在1.5 m之内的穿透率0.08~0.40，在2 m以外衰减到≤0.03。 结论:呼吸系统疾病患者因咳嗽喷出的飞沫在0.5 s内可对周围1.17 m的环境形成强烈影响，在5 s之后对大部分成年人的影响较小。距离患者1 m以内，口罩防护效果不佳，在2 m内，N95防护效果较好，在2 m以外，一般口罩和N95口罩均可起到防护作用。

花粉是空气气溶胶中的重要组成部分,其含量、组成与浓度的变化情况受不同地理位置和气候状况的影响而有所差异,同时影响着人们的身体健康.本文基于国内外大气花粉研究现状,总结了采集方式、变化状况和与气象要素的关系等几个方面的研究,展望了未来研究方向.在大气花粉的采集方面,目前主要通过特定仪器利用空气的流动性来进行收集.大气花粉浓度的变化状况方面,我们发现大多数研究中,花粉在一年中有两个峰值,而少数研究中呈单峰型或三峰型;一般情况下,春夏季的花粉浓度较高且多为木本植物花粉,秋季多为草本植物花粉,冬季花粉浓度较低;在我国,从南到北,花粉浓度高峰期的时间逐渐推迟.花粉的浓度变化与温度、湿度、降水、风速等气象要素有关,但根据研究区域不同,得出的结论也有所差异.在大气花粉的实际应用方面,目前可以根据已有的花粉数据结合数学模型进行预测预报,而结合气候模型还可以模拟出未来百年的植物状况.未来可以进行大气花粉高分辨率、长尺度的研究,并将大气花粉的变化与季风结合,将大气花粉的运动轨迹和花粉来源应用到古气候定量化重建模型中,提高重建的精准度.

大气质量与人类的生存环境息息相关,大气中的污染物质尤其是细颗粒物质直接与间接危害人类健康,因此许多城市把对细颗粒物浓度的监测放在了重要位置.利用2017年春季关中地区的MODIS高分辨率气溶胶产品(气溶胶光学厚度,AOD)与地面PM2.5浓度监测数据进行相关性分析构建模型,结合气象观测资料建立含气象要素的多元回归模型,并将二者进行比较.结果 表明,含气象要素的多元回归模型对关中地区PM2.5地面浓度的空间分布拟合度更好(r2=0.768,P＜0.01).2017年春季关中地区的PM2.5空间分布总体呈现东高西低的趋势,AOD最高值出现在西安、渭南和成阳三市,分别为1.019、0.911和0.124.通过对一次典型污染天气进行主成分分析和基于HYSPLIT向后轨迹模型模拟其潜在传输路径发现,关中地区2017年春季大气质量受多污染物、多污染源以及多途径复合污染影响,且污染气团主要来自蒙古国西南部.研究结果对关中地区的大气污染防治与生态环境保护具有一定借鉴的意义.

北京城市与区域臭氧浓度逐年升高,对自然生态系统已经构成影响.但地表臭氧在北京城市与远郊梯度空间上的连续递变特征机制尚不清楚.采用移动监测车,搭载臭氧分析仪,选择夏季典型臭氧污染天气,以北京教学植物园为对照点,从北京城市中心向西北远郊方向,多点位连续测定地表臭氧浓度.通过分析臭氧浓度和采样点周围归一化植被指数(NDVI)的关系以及典型臭氧污染情况下的天气形势和气团轨迹,探讨北京城市和区域臭氧浓度连续空间变化特征及机制.结果 表明:(1)北京西北山区森林区域臭氧浓度显著高于“城市区域”,约为城市区域的2.00倍.十三陵是地表臭氧浓度的分界点,从十三陵开始臭氧浓度陡然升高,在西北山区方向保持在高水平.空间上从高到低的顺序是西北山区(254.68μg/m3)＞对照点教学植物园(220.89μg/m3)＞城市支路(162.84μg/m3)＞城市快速路和高速路(103.24μg/m3);(2)植被分布影响臭氧空间格局.在相同时间范围内,臭氧浓度和NDVI正相关,随NDVI增加臭氧浓度呈Logistic增长;(3)西北山区地表臭氧空间变异系数为0.11,城市支路上平均为0.28,城市快速路上为0.26,高速公路上为0.36.山区地表臭氧浓度的空间变异系数最小,高速公路最大,城市快速路、城市支路空间变异较大;(4)大范围均压场、高压后部、低压前部等稳定型天气型易造成南向弱气流,能够把空气污染物输送到西北远郊,但本研究中监测到的西北山区高浓度臭氧并非当天从城区输送而来.北京城市与区域臭氧格局与植被的关系及成因需要深入研究.

目的 建立物理模型实验和数值模拟相结合的方法,用于研究上呼吸道气流状态.方法 基于网上公开CT医学图像,重建人体上呼吸道三维模型.基于3D打印技术,建立上呼吸道实验模型,进行呼吸的流量过程测量实验;通过对上呼吸道三维模型进行网格划分,采用湍流Realizablek-ε数值模型进行计算.结果 首先进行与实验工况对应的数值模拟对比研究,得到与实验吻合的结果.数值模拟结果表明,呼吸过程中的气流的流动轨迹呈抛物线形状,呼气和吸气阶段的流场、壁面压力和涡结构分布很大区别,呼吸交换过程中上下鼻道有空气残留.另外,通过脉线、压力分布和涡结构分布情况,初步分析气流对上呼吸道生理环境的影响.结论 该方法具有针对性、快速性和准确性的特点,充分发挥了物理实验可靠和数值模拟精细的优点,适用于不同个案上呼吸道不同问题的研究,对临床个性化诊疗具有价值.

目的:利用吸气驱动压-流量曲线轨迹数字化后进行统计学处理的某些参数定量上呼吸道吸气性流量限制的程度。方法:通过一种上气道模型和1例睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS）患者不伴有微觉醒的同一深睡眠期持续气道正压（continue positive airway pressure， CPAP）滴定，由数字化后驱动压-流量信号计算的上气道瞬间吸气阻力（R ST），统计不同驱动压（跨壁压保持恒定）和跨壁压（驱动压保持恒定）水平下，R ST的中位数和几种百分位数，并分别作3次多项式曲线拟合及拟合优度检验。 结果:改变上气道模型驱动压、跨壁压和改变OSAS患者CPAP压，R ST的中位数、第25百分位数和第75百分位的变化轨迹与3次多项式轨迹极为相似，曲线拟合可解释95%以上变异，回归系数达0.97以上。R ST数据群的上述统计量的变化与可塌陷软管流体阻力的动态变化规律类似。不同角度的实验验证表明，中位数反映出的流动阻力变化最为清晰和一致。 结论:由吸气相驱动压-流量数字模拟采样数据群统计的R ST中位数，可以用作定量吸气性流量限制的程度。

目的 研究不同分散机制的粉雾剂装置气流阻力与载体型制剂粉末分散行为间的关系.方法 以Lactohale 206(R)与马来酸氯苯那敏(CPM)混合粉末为制剂模型,4款不同阻力的吸入器为吸入装置:RS01-L、RS01-M、RS01-H、Handihaler(R) (HD),借助计算流体力学(CFD)、离散相(DPM)、离散元(DEM)方法,探讨在30、60 L/min 2种体积流量下,制剂载体颗粒在不同阻力装置内的运动、分散情况:同时,运用新一代撞击器(NGI)研究模型制剂在2种体积流量下、通过不同装置后的体外沉积表现,并与数值模拟结果进行比较、分析.结果 CFD结果表明,装置气流阻力及气流流量均对装置内流场强度有影响,当装置内体积流量提高时,结构类似的RS01-L、RS01-H的装置湍流动能变化集中于旋转腔及格栅处区域,可能会影响胶囊从装置中的递送;而HD装置胶囊仓吸嘴等部件流场紊乱程度均提高.DPM结果表明,载体颗粒在装置内的运动速度随装置阻力及流量提高而增加,对RS01-L、RS01-H类结构而言,流量提高主要促进载体在分散腔内的运动速度,增加颗粒与装置的碰撞次数:HD装置内载体颗粒流量虽提高,但颗粒运动轨迹差异不明显:DEM结果表明,相同体积流量下,RS01系列的L、H装置气流-颗粒相对速度平方值远低于HD装置,HD装置中气流剪切作用强于同等体积流量下RS01装置,HD装置总碰撞能量损失远低于RS01.体外实验结果表明,RS01系列的L、M、H装置递送剂量(DD)受体积流量影响较小;HD装置内体积流量越高,装置残留和胶囊残留越低,DD越大;装置残留RS01系列明显高于HD,且随气流体积流量的升高,L、M装置残留降低显著(P＜0.05、0.001):HD装置体积流量提高后,预分离器药物残留显著降低(P＜0.001),但颗粒在惯性作用下在喉管的残留则显著增加(P＜0.001);RS01系列装置在2种体积流量下喉部沉积无显著性差异,高流量下H装置预分离器沉积较低流速显著增加(P＜0.001);2种体积流量下,微细粒子剂量(FPD)均随RS01系列装置阻力增加而显著提高(P＜0.05、0.01、0.001),质量中值空气动力学粒径(MMAD)均随装置阻力增加呈下降趋势;RS01系列装置分散药物能力随体积流量增高而显著提高(P＜0.001);而对HD装置而言,体积流量增加后,MMAD虽降低,分散能力有所提升,但FPD变化不明显.结论 装置气流阻力是调节装置分散性能的一种可行的方式,体积流量一致时,装置阻力增加(通常由截面积变小造成),气流流速提高,制剂粉末颗粒运动速度升高,颗粒与装置壁面的碰撞作用增强,粉末分散效果得到提升,从而改善了药物分散、沉积表现.

目的 分析长三角地区4个典型城市近些年细颗粒物(PM2.5)变化情况,了解污染的潜在来源,为进一步大气污染防治提供依据.方法 选取南通、上海、南京、合肥4个城市2014年1月1日-2019年12月31日环境监测数据对PM2.5污染特征进行详细分析,利用美国环境预测中心的空气资源实验室(ARL)资料选取的2014-2019年间长三角地区四季典型4次严重污染过程进行后向轨迹分析.结果 以南通、上海、南京、合肥为代表的长三角地区,2014-2017年PM2.5年平均浓度下降明显,2017-2019年降幅减缓.空气质量二级达标率分别从2014年的68％、81％、61％、57％上升到2019年的93％、94％、90％和87％.PM2.5月浓度曲线基本都呈"U"型,季节变化差异显著,夏、秋季较低,春、冬季较高.PM2.5小时浓度变化基本都呈现两个波峰和两个波谷.南通、上海PM2.5小时浓度变化较为一致,1天当中7:00～9:00和19:00～21:00浓度达到最大;南京和合肥小时浓度变化较为一致,8:00～10:00和19:00～21:00浓度达到最大.大约都在4:00和15:00浓度达到最低.结论 长三角地区4个典型城市污染物既有主要来源于偏北方向远距离的输送,也有区域污染源的影响.

在当前科技助力北京冬奥备战的背景下,系统梳理分析近年来与高山滑雪运动员竞技表现相关的生物力学研究热点和最新成果,确定影响高山滑雪运动员竞技表现的生物力学因素,包括空气阻力、雪板摩擦力、地面反作用力、能量损失、回转半径、雪板和/或重心轨迹.另外,单个回转技术、多个回转衔接技术和个人能力之间的生物力学差异对高山滑雪竞技表现具有重要影响.在回转和大回转项目中,可利用更早的转向启动、更长的滑行轨迹、应用地面反作用力更早更平稳介入以及卡宾技术来降低雪板摩擦力,进而减少能量损耗,提升运动表现.速度滑行阶段应将手臂靠近身体成椭圆形姿势来最大限度减少迎风区域面积,以减少空气阻力造成的能量损失,也可以提升运动表现.顶级水平的高山滑雪运动员会在比赛中针对不同赛道、地形和雪况始终保持良好表现.生物力学视角下优异的高山滑雪竞技表现包括势能的高效利用、最大限度地减少雪板摩擦和空气阻力、选择最佳路线并持续保持高速滑行.在训练和比赛中,应重视个人战术和技术.为了获得更好的成绩,在多个路段和不同地形上的相同表现比在个别路段和特定条件下的卓越表现更重要.

[背景]大气二氧化氮(NO2)暴露可能会增加小于胎龄儿(SGA)和大于胎龄儿(LGA)的发生风险.然而,既往研究在推测孕期大气污染暴露影响的易感窗口时,主要是将孕期划分为相对较长的暴露时期,如孕早、中、晚期或者妊娠月.目前尚无研究探索过怀孕前后大气NO2周均暴露水平与SGA和LGA发生风险的关联.[目的]评估孕前和孕期大气NO2暴露对SGA和LGA发生风险的影响,并细化暴露窗口为每周,以更为准确地分析NO2暴露的易感窗口.[方法]本研究依托在天津市开展的"环境和生活因素在人整个生命轨迹中对代谢健康的影响研究(ELEFANT)"项目建立出生队列,获取末次月经日期和分娩日期均在2014年6月至2016年6月期间且孕周为24～42周的10916名单胎妊娠孕妇信息.基于中国空气质量再分析数据集(CAQRA),获得每名孕妇孕前和整个孕期NO2日均暴露水平.应用分布式滞后模型结合Cox比例风险回归模型,调整孕妇年龄、民族、文化程度、职业、孕前体重指数、居住地、怀孕次数、生产次数、吸烟和饮酒情况,丈夫吸烟情况,怀孕季节等潜在混杂因素,评估孕前12周和孕期NO2周均暴露水平与SGA和LGA发生风险的关系.回归结果以NO2每增加3μg·m?3,SGA和LGA发生风险的危险比(HRs)及其95％置信区间(CIs)表示.[结果]研究对象孕前期、孕早期、孕中期、孕晚期和整个孕期NO2平均暴露水平分别为(39.6±10.8)、(42.7±10.5)、(44.8±12.7)、(37.7±11.1)和(41.6±4.8)μg·m-3.孕早期NO2暴露水平每增加3μg·m-3,SGA发生风险升高19.0％(95％CI:8.0％～32.0％).孕前、孕早期和整个孕期NO2暴露水平每增加3μg·m?3,LGA发生风险分别升高7.0％(95％CI:1.0％～13.0％)、37.0％(95％CI:29.0％～46.0％)和19.0％(95％CI:9.0％～31.0％).SGA的NO2暴露易感窗口为怀孕前第7～12周和孕期第6～12周,其中在怀孕前第12周的估计效应值最大,NO2暴露水平每增加3μg·m?3,SGA发生风险升高6.0％(95％CI:3.2％～8.9％).LGA的NO2暴露易感窗口为怀孕前第1～12周和孕期第1～6周,其中在怀孕前第12周的估计效应值最大,NO2暴露水平每增加3μg·m?3,LGA发生风险升高6.1％(95％CI:4.5％～7.8％).[结论]大气NO2暴露可增加SGA和LGA发生的风险,其细化到周的易感窗口期位于孕前12周和孕早期内.