雾霾时空分布特征及形成原因文献综述 穆迪

雾霾时空分布特征及形成原因文献综述

1.雾霾污染的相关概念和理论

（1）雾霾的概念

雾霾中的雾是近地面的云，霾是漂浮在空气中的硫酸、灰尘等组成的气溶胶。在一定光照，温度，湿度和动力因素雾和霾相结合就形成了雾霾。雾霾的主要成分是直径不大于2.5 微米的可入肺颗粒物，称为PM2.5。首先PM 是“particulate matter”的英文缩写，是指可吸入颗粒物质，在环境领域被称为颗粒物，在大气科学领域被称为大气溶胶粒子。按气象学定义，雾是水汽凝结的产物，主要由水汽组成；按中华人民共和国气象行业标准《霾的观测和预报等级》的定义，霾则由包含PM 2.5在内的大量颗粒物飘浮在空气中形成。通常将相对湿度大于90%时的低能见度天气称之为雾，而湿度小于80%时称之为霾，相对湿度介于80%~90%之间时则是霾和雾的混合物共同形成的，称之为雾霾。

（2）雾霾污染的形成机制

雾霾污染的形成机制非常复杂，既有人为原因，也有大气原因。人类活动中工业生产和居民生活使得污染物大量排放，为雾霾形成提供了物质基础，所以说“污染是元凶”；大气运动包含水平运动和垂直运动两种，在雾霾污染形成过程，空气运动扮演“帮凶”的角色。根据中国科学院最新调查发现，中国大陆雾霾污染源主要是燃煤、工业生产、汽车尾气、生物质燃烧以及扬尘沙尘。其中PM2.5是主要污染物，其污染源所占比重如图1-1 所示。

由于人类生产生活产生的排放物形成的一次颗粒物通过地面的界面反应，形成二次无机颗粒；同时其他废气通过大气输送和化学反应，形成二次有机颗粒物，这样就形成雾霾的物质基础。气溶胶与湿润的空气在大气条件出现水平方向连续静风和垂直方向逆温时，就产生雾霾，而雾霾的水汽遇冷凝结成雾或轻雾。

图1-1 PM2.5主要来源占比图

（3）雾霾污染的危害

1-3-1雾霾的危害是多方面的，包括对国民经济运行、居民生产生活以及居民身心健康。雾霾天气发生时，空气湿度低于百分之六十，可吸入颗粒物质均匀浮游在于空中，颗粒物质对大气具有一定的散射和吸收作用，使得空气能见度降低，影响交通通讯，工业生产和农业生产。可吸入颗粒物，尤其是可入肺颗粒物通过进入人体循环系统，造成呼吸道炎症、肺炎等病症，加重了人们对于雾霾污染的恐惧感，严重影响人们的身心健康。

，严重的视程障碍威胁着城市道路、高速公路、航空港、海港、航道的安全。2013年1月北京雾霾事件中，曾发生多起交通事故，1月31日雾霾天气加

冻雨双重影响，导致望京往太阳宫方向高架桥上发生100多辆车追尾事故。

（4）雾霾的分类及物理特征

根据能见度和含水量将雾霾过程划分为雾、轻雾、湿霾、霾4 个不同阶段。雾、湿霾阶段的相对湿度平均为95%、91%，轻雾和霾阶段平均相对湿度接近，均为79%。4 个阶段的主要发生顺序为霾↔轻雾→湿霾→雾→湿霾→轻雾↔霾，雾前湿霾阶段持续时间长于雾后。尺度>2μm 以雾滴为主的粗粒子数浓度、表面积浓度和体积浓度在雾阶段均显著大于其他3 个阶段，其中霾阶段浓度最低。雾滴表面积浓度和体积浓度谱在5μm、13μm 及21.5μm 处分别存在峰值，对雾水体积和液水含量的贡献最大的尺度范围为10~30μm，而轻雾、湿霾和霾阶段粗粒子谱均为单峰型。尺度>0.010μm 的细粒子表面积浓度谱形在雾和湿霾阶段、轻雾和霾阶段分别相似，雾和湿霾阶段数浓度占优势的尺度范围分别为

0.04~0.13μm 和0.02~0.14μm，轻雾及霾阶段数浓度优势粒子尺度范围均为0.02~0.06μm。4 个阶段数浓度最大差异出现在0.020~0.060μm 范围，从高到低依次为轻雾、霾、湿

霾、雾。<0.015μm、0.015~0.080μm 和>0.080μm 的气溶胶粒子最高数浓度分别出现在霾、轻雾和雾阶段。从霾、轻雾、湿霾到雾的转换过程中，以0.060~0.090μm 为界，小粒子减少，大粒子增多。雾霾演变过程中，细粒子的数浓度与平均直径整体上呈显著负相关关系。总数浓度在轻雾阶段最高、雾阶段最低、霾和湿霾阶段相当。总表面积和体积浓度最高为雾和湿霾阶段，轻雾和霾阶段依次减小。雾和湿霾阶段的气溶胶粒子平均尺度相当，轻雾与霾阶段最小。

2.雾霾天气的成因分析

（1）城市汽车尾气排放过多

随着人们的生活水平不断的提高，很多人都拥有了自己的车辆，这样就导致城市中辆越来越多，堵车的情况在每一个城市不断的上演，而车子因为不能够快速行驶出现了燃料燃烧不充分的情况，加快了空气污染的速度。而且汽车在经过十字路口的时候，都不会熄火，这样就不能够让车里的燃料与空气进行充分的接触，这也是为什么城市汽车总是会产生有毒尾气污染空气，这也是城市的大型十字路口的空气质量更低的原因

（2）重工业燃料增加

我国的工业不断的进步，也加快了经济的发展，但是随之而来的是因为重工业的发展产生的废气影响了周边环境的空气质量，尤其是钢铁厂和水泥厂等。众所周知，重工业厂在运转的过程中需要利用煤炭作为原料，而煤炭在燃烧的过程中所产生的不仅是二氧化碳，还有更多的粉尘以及细小的颗粒，这些细小的粉尘颗粒能够随着空气流动进入到人们的身体里面，让人们受到健康的困扰

（3）气象原因

雾霾天气的形成也是飘忽不定的气象所影响的，如果天气一直保持一个温度，那么不管天气是冷还是热，在地表的空气流动趋势相对平稳的情况下，整体的空气流动将不会呈现持续运动的状态，一些家庭或者企业乃至重工业排放出的废气将在空气中持续的飘浮，既不能顺畅的流动，更不能尽快的消散。倘若在此情况中空气的湿度加大，那么这些所排放出来的悬浮将会与水融合在一起，从而使大量的悬浮颗粒逐渐的变成液体颗粒，而这些液体颗粒又会重新组合在一起产生反应后形成另一种污染物，正如此流程，便形成了雾霾天气

（4）环境立法不足

在环境立法方面，虽然我国有很多的关于环境质量的约束和标准，但是地方政府却没有针对自身的情况进行下方安排，导致出现严重的雾霾情况。就是因为很多环境保护法都是形同虚设的，所以到对当地企业和生活没有太多的影响或是震慑的作用。这样的情况也表现了政府在此方面没有做出过多的要求，更加没有对相应的企业做出措施，而且政府为了能够让城市发展的更快，在招商引资的过程中，没有对环境影响方面的进行约束。

3.雾霾污染特征

1) 我国大范围雾霾期间，8个重点城市PM2.5、PM10均严重超标，其中PM2.5平均超标2.34倍，以石家庄市污染最严重; PM2.5/ PM10比值平均为0.72，北京最高为0.98，交通源污染对雾霾天气贡献明显。

2) 雾霾形成#发展表现出显著的区域性特点，北京、天津、石家庄三市变化趋势基本相同，济南与郑州、太原与西安发展趋势接近。区域气候变化及污染物的迁移是形成雾霾区域性的主要原因。

3) 夜间逆温与雾的形成导致污染物扩散困难，以及雾霾相互转化形成恶性循环，加上长期无降水降雪及大风天气，是本次持续大范围雾霾天气的气象成因。

4) 主成分及相关性分析表明，机动车尾气污染是本次雾霾形成的重要原因，济南、太