雾霾的成因

雾霾的成因

雾霾的成因与防治

摘要：

历史数据表明，近50年来中国雾霾天气总体呈增加趋势，且持续性霾过程增加显著。从空间分布看，霾日数呈现东部增加西部减少趋势。其中，珠三角地区和长三角地区增加最快。2013年我国中东部地区先后遭遇多次大范围持续雾霾天气，给人们生产生活造成了严重影响。随着时间的推移，轻雾、雾和霾的范围逐渐加大、程度逐渐加剧；特别是北京天津等地雾霾连续数日，严重的影响了市民的生活质量。对此，我决定以2013年雾霾天气为对象，对其成因和其成分分析及防治问题进行研究，从而建立解决此类问题的模型。

关键词：

雾霾成因PM2.5静稳天气大气气溶胶

引言：

雾霾是秋冬季常见的天气现象。雾和霾虽同为视程障碍物，但二者之间却有很大差别。雾是空气中的水汽凝结现象，是自然的天气现象，和人为污染没有必然联系；霾是排放

到空气中的尘粒、烟粒或盐粒等气溶胶的集合体，是大气污染所导致。两者可从空气湿度上作出大致判断，通常在相对湿度大于90%时称之为雾，小于80%时称之为霾，80%～90%之间则为雾霾混合物。雾和霾在一天之中可以变换角色，也可能在同一区域内有些地方是霾有些地方为雾。当雾和霾同时存在，且区域性能见度低于10公里的空气普遍浑浊现象被称为“雾霾”天气。由于能见度的降低不仅有“积极”参与的云雾滴的作用，还有气溶胶粒子的贡献，且其中的细粒子排放主要来自人类活动，因此雾霾不是纯粹的自然现象，雾霾天气的出现是气象问题，更是环境问题。2013年1-10月，我国中东部地区先后遭遇多次大范围持续雾霾天气，其影响范围、持续时间、雾霾强度历史少见。雾霾天气导致空气质量和能见度下降，造成呼吸系统和过敏等疾病的发病率增加，高速公路封闭，航班延误或取消，给人民群众的身体健康和生活造成严重影响。本文就2013年雾霾天气的特点、出现原因、目前对大气污染已经采取的措施，以及未来如何应对等问题进行了探讨。

一.雾霾天气的成因

2013年我国出现多次大范围的雾霾天气过程，是有利于雾霾产生的气象条件和由于人类活动造成的不断增加的污染物排放共同作用的结果。

1.大气环流异常导致静稳天气多，有利于形成雾霾

静稳天气是指当大范围近地面大气层持续或超过24小时出现气压场较均匀、静风或风速较小的天气。在静稳天气条件下，湍流受到抑制，特别是当逆温层出现时，低空中的水汽和颗粒物不易扩散，极易形成雾霾天气。

静稳天气在秋冬季更易出现。2013年1月大气环流异常而导致静稳天气偏多，为大范围持续雾霾天气的出现提供了有利条件。1月份，西北利亚地区冷高压异常偏弱，北半球西风指数较常年明显偏大，表明高空西风分量较强，环流比较平直，纬向型环流较弱，不利于引导极地冷空气进入我国；中东部大部地区的海平面气压值较常年偏小1～5hpa（百帕），处于弱气压梯度区，地面风速不大，垂直和水平方向扰动小，静风和小风天气多，形成持续静稳天气。气象资料分析表明，2013年1月我国中东部大部地区稳定类天气出现的频率较常年明显偏多，其中华东地区为56.5%、华南57.3%、西南63.7%，而华北地区高达64.5%，与2006年并列为近10年最高。加之南方暖湿气流相对较强，上述地区近地面空气湿度大，因此出现大范围持续雾霾天气。

2.我国大气气溶胶浓度高有利于形成雾霾

我国大气气溶胶浓度在世界范围来说处于较高水平，有利于催生雾霾天气的形成。大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称,主要包括沙尘、碳（有机碳和黑碳）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐和海盐等六大类。我国各地大气气溶胶有不同的时空分布特点。冬季北方地区燃煤采暖、春秋季农村地区秸秆焚烧都会造成碳气溶胶的浓度明显增加；春季，西部地区受沙尘天气影响，以沙尘气溶胶为主。我国华北地区工业相对比较发达，排放的二氧化硫较多，由于气温高可加速二氧化硫转化为硫酸盐，所以夏季华北地区硫酸盐气溶胶浓度较其他季节和地区都高。因城市汽车使用量大大高于农村，所以城市中硝酸盐和硫酸盐气溶胶浓度大大高于农村。气溶胶中空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10，2.5微米以下的称为PM2.5.Aaron利用Terra卫星遥感数据反演得到全球PM2.5浓度分布，结果表明全球大部分地区年均PM2.5浓度10微克/立方米，而在我国中东部地区则达到60-90微克/立方米，部分地区甚至100微克/立方米，明显处于较高水平；我国PM10的浓度也远高于欧美地区。近年来，由于煤炭消耗量和机动车数量增长等因素，我国气溶胶浓度不断上升，1995年到2012年，二氧化硫排放总量已由1.89×107t（吨）增加到2.12×107t。

大量研究表明，气溶胶中PM10和PM2.5的浓度与能见度密切相关。有研究证明，济南能见度与PM10、PM2.5浓度的相关系数分别达到-0.622、-0.694，当PM10、PM2.5浓度上升时，能见度将明显下降。能见度降低的主要原因是颗粒物对光的散射和吸收效应，并由于散射作用减小了目标物与天空背景之间的对比度而造成。大气气溶胶中，起散射作用的主要是粒径为0.1-1微米的细粒子,对光的吸收效应几乎全部是由黑碳和含有黑碳的颗粒所引起。由此可见，气溶胶浓度对能见度的影响非常大，我国气溶胶浓度高是雾霾天气多发的主要原因，而冬季北方地区采暖燃煤释放的大量黑碳则加剧了雾霾的形成。

3.雾霾天气使近地层大气更加稳定，加剧雾霾发展

大气中污染物和雾霾相互影响和作用，其主要媒介是气溶胶。雾霾中污染物的加入显著改变了气溶胶浓度，可促进水汽凝结，形成更多的云雾滴，水汽凝结时释放的潜热又有利于雾区的抬升和扩展；另一方面，云雾滴和气溶胶的增加将更多的太阳辐射反射、散射回大气中，使到达地面的辐射减少，地面气温下降，大气层结稳定度增加，造成每日正常排放和转化的气溶胶粒子更易在近地层大气中集聚，能见度进一步降低。由此可见，气溶胶的增多通过影响近地面层动力和热力场，对雾霾的发展起正反馈作用。

4.气溶胶二次反应导致污染物浓度增高

气溶胶按照形成过程可分为一次气溶胶和二次气溶胶。人类活动产生的污染源排入大气中，其中二氧化硫、碳氢化合物、氮氧化合物等一次气溶胶通过化学反应和气粒转化过程，形成硫酸盐、硝酸盐和氯化物等新的比较稳定的颗粒，即二次气溶胶。大量观测数据表明，大气中二次气溶胶对PM2.5浓度的贡献很大，大气污染物中有近5成的颗粒物来自于二次反应。二次气溶胶参与形成更多的云（雾）滴，使本已严重的大气污染状况变得更为复杂，雾霾天气更严重。

5.空气中悬浮颗粒物的增加。

随着城市人口的增长、机动车辆猛增，污染物排放和悬浮物大量增加，直接导致了能见度降低。实际上，家庭装修中也会产生粉尘“雾霾”，室内粉尘弥漫，不仅有害于工人与用户健康，增添清洁负担，粉尘严重时，还给装修工程带来诸多隐患。除了气象条件，工业生产、机动车尾气排放、冬季取暖烧煤等导致的大气中颗粒物（包括粗颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5）浓度增加，是雾霾产生的重要因素。如今很多城市的污染物排放水平已处于临界点，对气象条件非常敏感，空气质量在扩散条件较好时能达标，一旦遭遇不利天气条件，空气质量和能见度就会迅速下滑。