厦门市电磁环境解析

段临林，杨传俊，唐 超，张紫燕，连惠勇，孙永彦，黄晓梅，喻 慧，蔡 澎，宋金超，李新虎

1.中国科学院城市环境研究所，中国科学院城市环境与健康重点实验室，厦门市物理环境重点实验室，福建 厦门 361021 2.中国科学院大学，北京 100049

随着中国工业化、信息化和城镇化的快速发展，人们身处的电磁环境日益复杂，电磁干扰日渐增加。与城市居民日常生活、工作密不可分的各种电器、电子设备、高压输变电线路、变电站、通讯基站、电力交通工具等都会产生一定电磁场。由于电磁辐射具有无色无味无形等特点，往往不为人们所直接感知。日趋复杂的电磁环境会对无线通信、医疗和电气设备、交通运输、智能控制系统、信息安全、消防安全、军事装备安全甚至生态安全产生严重影响。低频电磁场、手机射频辐射可能对细胞的生理活动和遗传物质等产生一定影响[1-4]，也能够对人体的心血管、神经、生殖等多个系统产生作用，对公众健康可能构成潜在的影响和威胁[5]。

20世纪70年代，联合国人类环境会议就已将电磁辐射列为国际环保重点项目之一，定为必须抑制的公害。世界卫生组织也在2011年将手机辐射列为“可能致癌物”之一[6]。2015年，联合国欧洲经济委员会和国际通信联盟将电磁辐射列入“智慧可持续城市”环境领域核心指标之一[7]。目前，电磁环境污染与其可能引发的健康问题已经成为公众最为关心的热点问题之一，由电磁污染引起的环境质量下降、公众担忧度上升，已经成为制约经济持续增长、影响社会和谐发展和国家安全的关键因素，成为当前以及未来可持续发展不可回避的重大课题。

为了掌握厦门海滨旅游城市的电磁环境特征，于2014年1、4、8、10月和2015年8月对厦门市区电磁环境进行了系统监测，内容包括电磁场强度、频率和频谱特征，由此对厦门电磁环境辐射水平、电磁环境分布特征和频谱应用特征等情况有了大致的了解并发现其中的一些规律。

1 测量仪器与监测方法

监测方法依据中华人民共和国环境保护行业标准《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T 10.2—1996)[8]。采用网格法确定市区内的监测点，每2 km×2 km布一个点，一共布设44个点位(图1)。测量仪器采用PMM8053B电磁辐射分析仪(德国)，低频探头EHP 50∶5 Hz～100 kHz，0.01 V/m～100 kV/m，10 nT～10 mT；射频探头EP 300∶100 kHz～3 GHz，0.3～300 V/m。在较为空旷地区监测离地面1.7 m高度的电磁辐射综合电场强度和低频磁感应强度，每个测点连续测2 min，每15 s记录数据，取平均值。电磁频谱监测采用美国N9344C便携式频谱分析仪(美国)，频率扫描范围为1 MHz～3 GHz，分辨率为100 kHz。上述测量仪器均符合国家相关标准和规范测量器材，每年在中国计量研究院进行标定，并在使用前进行校准。

图1 监测点分布

2 监测结果与分析

2.1 厦门市电场、磁场分布特征分析

厦门市区的电磁环境2014—2015年监测结果见图2，2014、2015年厦门平均射频电场强度(E)和磁感应强度(B)在不同季节变化不大，平均射频电场强度为0.60～0.72 V/m，平均磁感应强度为0.144～0.197 μT；两者季节性变化的相关系数为-0.236，没有明显的相关性。

图2 厦门2014—2015年平均电场强度和磁感应强度Fig.2 Average electric field intensityand magnetic induction intensity ofXiamen from 2014 to 2015

表1为2014、2015年厦门市射频电场强度和磁感应强度分布相关系数，两者分布图见图3、图4。

表1 2014、2015年厦门市射频电场强度和磁感应强度分布相关系数

注：“**”表示在置信度(双侧)为 0.01 时，显著相关；“*”表示在置信度(双侧)为 0.05 时，显著相关。

图3 厦门市2014—2015年射频电场强度分布

图4 厦门市2014—2015年磁感应强度分布

由表1可见，不同季节射频电场强度分布存在一定相关性，只有2014年1、4月检测的E1、E2没有显著相关；不同季节磁感应强度分布存在一定相关性，磁场分布的相关系数比电场分布的相关系数小，且磁场之间相关性没有电场之间相关性显著，B2、B3、B4之间没有显著相关；不同季节电场强度分布与磁场强度分布没有显著相关，只有E2B2、E4B2、E5B5之间在置信度(双侧)为 0.05 时，显著相关。射频电场主要与广播、电视、无线通信等相关，低频电磁场主要与居民生活用电、工业生产用电、家用电器和办公室设备使用相关，2种电磁场没有呈现较强的关联性。

为分析厦门市电磁场分布特征，探求不同监测点电磁环境的关联性，采用主成分分析法[9-10]对监测结果进行数据加工和整理分析。通过对厦门市44个监测点5次电场强度主成分分析，得到4个大于1的特征根，与其对应的4个主成分累计贡献率为100%(表2)。

表2 电场强度分布主成分分析的特征值及其贡献率

分析4个主成分因子的负荷量可知，监测点3、8、9、14、21、23、24、28、33、34、36、43对主成分1有较大的负荷量，覆盖思明路、厦禾路、湖滨北路、鹭江道、云顶路、松柏等区域，主要代表文教居住区和商业区，主要存在手机移动通信、无线网络通信、办公电子设备等射频信号贡献。监测点13、22、27、32、39、41、43对主成分2有较大的负荷量，覆盖金尚路、枋钟路、高新技术区、港口、码头等区域，主要代表工业区，主要有手机移动通信、对讲机、工业设备、无线控制设备等贡献。监测点3、6、11、26、33、44对主成分3有较大的负荷量，覆盖员筜湖、观音山、五缘湾、环岛路等区域，主要代表旅游风景区，主要有手机移动通信、无线网络通信贡献。监测点7、23、24、25、35对主成分4有较大的负荷量，覆盖仙岳山、东坪山、虎仔山、椰风寨、民俗村等区域，主要代表旅游风景区和文教区，主要有手机移动通信、无线网络通信贡献。

对44个监测点的5次磁感应强度主成分分析，也得到4个大于1的特征根，与其对应的4个主成分累计贡献率为100%(表3)。

表3 磁感应强度分布主成分分析的特征值及其贡献率

监测点3、5、8、10、11、12、19、24、33、35、36、40、42、43对主成分1有较大负荷量，主要代表文教居住区、旅游景区、工业区和商业区的综合贡献，主要有城市供电网络、家用电器设备、办公设备贡献。监测点1、3、13、19、21、39、41对主成分2有较大负荷量，主要代表工业区和商业区的综合贡献，主要有城市高压输电线、工业设备、办公设备贡献。监测点1、5、25、34、40、41、44对主成分3有较大负荷量，主要代表工业区和旅游景区的综合贡献，主要有城市高压输电线、地下电缆、工业设备等贡献。监测点4、7、9、15、17、27对主成分4有较大负荷量，主要代表旅游景区和商业区的综合贡献，主要有城市高压输电线、办公设备贡献。厦门市是经济特区之一，闻名的海滨旅游城市，近几年也在不断进行改建和拓展，一些大型制造业、化工业等都搬迁到郊区和其他城镇，市区主要发展高新技术企业、软件、贸易、商务、服务业和旅游业等。一些区域的功能和基础设施都发生了较大变化，文教居住区、商业区、工业区常混杂在一起，很难清晰划分功能区域。还需要进行长期监测，积累大量样本，以便进行更加清晰的统计分析。表4显示了2015年8月厦门市平均射频电场强度和磁感应强度监测结果。

表4 厦门市2015年8月平均射频电场强度和磁感应强度监测结果

由表4可知，厦门市区平均射频电场强度为0.73 V/m，工业区平均射频电场强度最高(0.84 V/m)，其次是商业区(0.75 V/m)，旅游景区较低(0.71 V/m)，文教居住区最低(0.62 V/m)。厦门市区平均低频磁感应强度为0.181 μT，其中工业区平均低频磁感应强度最高(0.231 μT)，其次是商业区(0.170 μT)，再次为文教居住区(0.168 μT)，最后是旅游风景区(0.157 μT)，文教居住区、商业区的平均低频磁感应强度与城市平均水平较接近。根据《电磁环境控制限值》(GB 8702—2014)[11]，厦门市整体电磁场强度在规定的公众暴露控制标准限值之下。同时，根据不同监测样点的电场与磁感应强度，利用ArcGIS软件通过插值法分别绘制了厦门市区射频电场强度和低频磁感应强度分布图(图5)。

厦门市中心城区人口较为密集、商业贸易活动频繁，工业区人员、设备都较为密集，由于通讯活动频繁，移动通讯基站、热点分布较为密集，导致射频电场强度较高。旅游风景区多为滨海区、山区，但由于人流量较大，同时也会有通讯信号增强措施，因此射频综合电场强度和城市总体平均水平接近。文教居住区通讯频繁度相对较低，射频电场强度也较低。港口码头区、工业区(图5中A、B点区域)大功率电机设备集中，用电量也最大，同时靠近铁路线以及高压输变电线路，因此工业区的平均低频磁感应强度最高。旅游风景区一般都远离大型工业设备设施、高压输变电线路，因此平均低频磁感应强度处于最低水平。商业区、文教居住区属于一般活动区域，其平均低频磁感应强度和城市平均水平接近。但是，商业区、文教居住区之中少数监测点(图5 C、D点区域)由于靠近高压输变电线路、变电站，也会呈现较高的低频磁感应强度。

图5 厦门市电场强度和低频磁感应强度分布Fig.5 Electric field intensity and magnetic induction intensity distribution diagram of Xiamen

从分布情况来看，厦门市中心闹市区、厦门大学及海滨旅游区射频电场强度较高；工业区、港口码头区低频磁感应强度最高。通过文献对比部分城市的电场强度平均值分布，结果见表5。

表5 部分城市的射频电场强度平均值比较

厦门市区的2015年射频电场强度平均值为0.73 V/m，约是2005年北京局部地区电场强度平均值的1.7倍[12]；与2007—2009年徐州市典型区域的电场强度平均值相近[13]；是2008年江西省10个地级城市室内电场强度平均值(0.23 V/m)的3.1倍[14]；约是2006年抚顺市电场强度平均值(0.121 V/m)的6倍，其95%的监测点电场强度范围为0.093～0.149 V/m[15]；比同时期南京市的射频场强表现更低一个水平，2012年南京市电场强度范围主要为0.276～2 V/m(411个点，占96%)，少数地点强度范围为2～6 V/m(28个点，占2.3%)，个别地点范围为6～12 V/m(2个点，占0.5%)[16]。而厦门市96.3%的测量地点射频电场强度为0.12～2 V/m，只有2个点在2～2.58 V/m范围内。厦门市射频电场强度约是2012年重庆市住宅楼宇内射频场强的一半[17]。由于北京、江西地区的电场强度数据获取时间较早，不能完全反映不同城市的电磁场强度差异。从社会发展时间上看，早些年代无线通讯发展才刚刚开始，手机、无线网络等普及程度并不高，输电线路的密集程度低，工业机械化和工业产值也处于较低水平，因此其整体电磁强度较低。

2.2 厦门市电磁频谱特征分析

利用频谱分析仪采用网格法测量厦门岛射频电磁频谱，获得4个不同代际手机代表通讯频道信号覆盖状况，2015年8月电磁频谱特征见图6。

1 MHz～3 GHz频段涉及广播(中波、短波、调频)，电视，民用通讯，手机通讯，无线网络等应用频段，频段几乎都被占满，将来频谱资源只能向

更高频段扩展。根据不同代手机代表通讯频段分别绘制了相对应的电磁辐射功率密度分布图(图7)。

图6 频率范围为1 MHz～3 GHz的不同监测点电磁频谱

图7 一代、二代、三代和四代手机通讯频段辐射功率密度分布

不同代际手机通讯频段的电磁辐射功率密度分布存在较大差异，但在商业区都呈现较高的电磁辐射功率密度，而滨海区域则呈现较低的电磁辐射功率密度。各个功能区的平均电磁辐射功率密度与城市总体平均电磁辐射功率密度较为接近。一代通讯960 MHz频段电磁辐射功率密度在中心城区、商业区辐射功率最强，在四周滨海区域辐射功率最低。二代通讯1.83 GHz频段电磁辐射功率密度也在中心城区、商业区辐射功率最强，同时在靠近滨海的游乐场区域也呈现强的辐射功率。三代通讯2.13 GHz频段电磁辐射功率密度也在中心城区、商业区辐射功率较强，在靠近滨海的游乐场区域呈现最强的辐射功率。四代通讯2.61 GHz频段电磁辐射功率密度最强区域同样在中心城区、商业区。第四代建成较晚，强信号的覆盖面也最小；信号较强区域在监测点1、7、8、9、15、27、28、32、33；信号较强区域集中在政府机关、主要商业街道、高新技术开发区等区域；信号较强区域的监测点在主成分1和2中具有较大负荷，体现商业区和工业区的特征。不同代手机通讯在人口密集、人流量大的中心城区、商业区辐射功率都较强；在滨海区域、机场附近区域辐射功率都较弱。对于商业区、工业区、码头区域等人群相对集中的区域，电磁辐射功率表现相对较高。机场、海滨区域人群分布相对较少、通讯设施分布疏远，电磁辐射功率表现相对较低。

3 结论

1)根据2014—2015年电磁环境监测数据可以发现，厦门市区的电磁辐射强度较低，其整体电磁环境监测值满足《电磁环境控制限值》(GB 8702—2014)标准的要求。在厦门岛的范围内，不同区域低频电磁场强度呈现工业区>商业区>文教居住区>旅游风景区的特点，其中商业区、文教居住区比总体平均水平(0.181 μT)略低，旅游风景区最低；射频电磁辐射呈现工业区>商业区>旅游风景区>文教居住区的特点，商业区、旅游风景区的平均辐射强度比较接近，接近平均水平(0.73 V/m)，文教居住区最低。

2)通过主成分分析，电场和磁场分布都表现出4个主成分。电场主成分1主要代表文教居住区和商业区；主成分2主要代表工业区；主成分3主要代表旅游风景区；主成分4主要代表旅游风景区和文教区。磁场主成分1主要代表文教居住区、旅游风景区、工业区和商业区；主成分2主要代表工业区和商业区；主成分3主要代表工业区和旅游风景区；主成分4主要代表旅游风景区和商业区。通过对各个监测点位置分析，城市电磁污染源主要来自于城市轨道交通、输变电系统、通讯系统和广播电视系统。

3)不同代际移动通信的电磁环境分布有差异，1G、2G移动通讯频段信号更强，强信号覆盖的范围也更大，3G通讯2.13 GHz频段信号在中心城区、商业区和个别旅游风景区较强，4G通讯2.61 GHz频段信号在中心城区和商业区较强，4G信号覆盖的范围最小。

有部分监测点由于靠近码头工业区、通讯基站、高压输电线以及小型变电站，其低频磁感应强度较高，但其距离居民区较远且处于较为空旷区域，因此对公众造成的影响较小。同时经过测量发现，随着与这些设施水平距离的些许增加，低频磁感应强度迅速减弱到较低水平，并且达到环境控制限值的标准之下。

通过对厦门市区的不同季度电磁环境监测，初步掌握了厦门岛电磁辐射环境现状，明确了少量区域产生较高水平电磁辐射的原因，为政府部门加强电磁辐射环境管理提供了一定的科学依据。对于这些地区应当在相应的通讯、电力等设施设备建立安全警示标识，并划定一定范围的区域避免公众长期逗留。同时政府有关部门应当对电磁辐射设施集中的区域加强监管，定期监测电磁辐射强度动态变化，对该区域内的电磁辐射设施数量以及功率进行控制，避免该区域电磁辐射对公众和环境产生影响。随着中国城市建设与改造步伐不断加快，城市的电磁环境将会更加复杂，而作为可能影响公众生产生活的重要的环境质量指标之一，电磁环境应当被给予充分的重视。

参考文献(Reference)：

125例患者中阴道镜检测阳性患者为86例，阴性患者为39例。而后经过1年随访，发现阴道镜检测阳性患者CIN发生率为36.05%，其相对危险值为0.29，检测阴性患者其CIN发生率为5.13%，对比差异具有统计学意义(χ2=13.201，P=0.000)，见表2。

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