华北地区雾霾成因分析

华北地区雾霾成因分析

华北地区雾霾成因分析

姚燕良

（华北科技学院，北京东燕郊101601）

摘要：2015年11月，我国华北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。分析雾霾成因和治理雾霾迫在眉睫。关键词：雾霾；大气污染；静稳天气；大气气溶胶

中图分类号：TU83 文献标志码：A

0 引言

雾霾是秋冬季节常见的天气现象。雾和霾虽然同为视程障碍物，但是二者之间却有极大差别。雾—空气中的水汽凝结现象，是自然的天气现象，和人为污染不存在着必然联系；霾—指原因不明的因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。霾的核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，气象学上称为气溶胶颗粒。二者可从空气湿度上进行大致判断，一般情况下，相对湿度大于90%时称作雾，小于80%时称为霾，80%～90%之间则为雾霾混合物。雾和霾一天当中，角色可能发生交替，也可能在同一区域内有些地方是霾有些地方为雾。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。2015年11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。

1 雾霾天气成因分析

2015年11月，华北地区出现多次大范围的雾霾天气过程，是由于华北地区气象条件、地形地貌和人类生产活动共同作用的结果。

1.1 大气环流异常导致静稳天气增多，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24h出现气压场比较均匀、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，不利于低空中的水蒸汽和颗粒物的扩散，特别容易形成雾霾天气。

静稳天气多发季节为秋冬两季。2015年11月大气环流于往年较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。11月份，由于西伯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，极不利于引导极地冷空气进入我国，特别是华北地区；再就是华北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，故形成持续静稳天气。根据气象局资料分析，2015年11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%，均为为近10年最高。另外，今年华北地区暖湿气流也较往年异常，导致近地面空气湿度大，因此出现大范围持续雾霾天气。

1.2 华北地区大气气溶胶浓度高有利于形成雾霾

华北地区大气气溶胶浓度在全国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。冬季华北地区燃煤采暖、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。我国华北地区重工业相对比较发达，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，而在我国华北地区则达到70-100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急剧增长等因素，我国气溶胶浓度不断上升。

科学研究表明，气溶胶中PM10和PM2.5的浓度与能见度由密切的关系。有研究证明，北京地区能见度与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空气中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，而冬季华北地区采暖燃煤释放的大量黑碳则加剧了雾霾的形成。

1.3 雾霾天气反作用于大气近地层迫使气流更加稳定，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。

1.4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。大量数据表明，大气中二次气溶胶对PM2.5浓度的贡献最

大，大气污染物中有近50%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。

2 雾霾的危害

根据英国医学杂志The Lancet去年底公布的《全球疾病负担》报告明确指出2012年就有高达210万的亚洲人死于空气污染，而在全球67种疾病杀手中空气污染致死在中国已经排到了第四位。像是过去十年间北京的肺炎病患就增加了六成心血管疾病雾霾天气是心血管疾病患者的“健康杀手”，尤其是有呼吸道疾病和心血管疾病的老人，雾天最好不出门，更不宜晨练，否则可能诱发病情，甚至心脏病发作，引起生命危险。专家指出，之所以说雾天是心血管疾病患者的“危险天”，是因为起雾时气压低，空气中的含氧量有所下降，人们很容易感到胸闷，早晨潮湿寒冷的雾气还会造成冷刺激，很容易导致血压波动、血管痉挛、心脏负荷加重等。同时，雾中的一些病原体会导致头痛，甚至诱发高血压、脑溢血等疾病。因此，患有心血管疾病的人，尤其是年老体弱者，不宜在雾天出门，更不宜在雾天晨练，以免发生危险。

雾霾天气极易使人哮喘复发。包括支气管哮喘、支气管炎、过敏性鼻炎和变异性咳嗽等。雾霾天气时，空气中漂浮着粉尘、烟尘，尘螨也可能悬浮在雾气中，支气管哮喘患者吸入这些过敏原，就会刺激呼吸道，出现咳嗽、闷气、呼吸丌畅等哮喘症状。人们每次呼吸，往肺部深处吸入大约50万个微粒，可是在受到污染癿空气中，吸入癿微粒可能比这多百倍。

3 北京地区防治理雾霾措施

3.1 加大综合治理力度，减少污染物排放

雾霾天气中污染物的主要来源是燃煤、燃油以及与居民生活的相关排放。减少燃煤源的污染，关键要全面整治燃煤小锅炉，使用高效节能环保型锅炉代替中小型燃煤锅炉。加快推进城市集中供热，扩大高污染燃料禁燃区范围，逐步推行“煤改气”工程建设；鼓励农村地区推广使用洁净煤。加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造的工程建设。减少燃油导致的污染物同时需要强化移动源污染防治，大城市严格限制机动车保有量，实施公交优先战略，提高公交出行比例，大力推广新能源汽车，提升燃油品质，加快石油炼制企业的升级改造，严厉打击非法生产、销售不合格油品的行为。除燃煤燃油外，污染物源还有油烟污染、