气象条件对雾霾形成影响多大？谜团揭晓！
- 2019/3/29 8:37:26
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- 来源：人民日报中央厨房 刘毅、孙秀艳、寇江泽
- 关键词:废气处理设备雾霾
【中国环保在线 行业动态】今年全国两会期间，生态环境部部长李干杰就“打好污染防治攻坚战”相关问题回答中外记者提问时表示，大气重污染成因与治理攻关项目取得了阶段性成果，三大影响因素污染排放、气象条件和区域传输，基本上搞清楚了。
气象条件对大气重污染影响到底有多大？如何应对？中国工程院院士、中国气象科学研究院研究员徐祥德，中国气科院大气成分研究所所长王亚强，国家气候中心研究员柳艳菊等专家，近接受了蓝蓝天工作室专访。
风速很小、大气静稳、近地面逆温、湿度较高等情况下，容易产生重污染
2017年4月，国务院常务会议确定由原环境保护部(现生态环境部)牵头，科技、中科院、农业、工信、气象、卫生、高校等多部门和单位协作，针对京津冀及周边地区秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放管控技术等难题开展集中攻关。原环境保护部随后按照“1+X”模式成立了国家大气污染防治攻关联合中心，组建了由200多家单位、近2000人组成的科技攻关队伍。
徐祥德、王亚强、柳艳菊等专家组成气象攻关团队，对导致大气重污染的气象条件等问题，开展了深入研究。“高强度排放是导致大气污染的内因、主因，气象、气候条件是关键的影响外因。”在代表这一气象攻关团队接受蓝蓝天工作室专访时，徐祥德说。
徐祥德介绍，京津冀及周边地区位于太行山东侧“背风坡”和燕山南侧的半封闭地形中，受青藏高原大地形“背风坡”效应所导致的下沉气流和“弱风效应”影响，冬季京津冀及周边地区为显著的下沉气流区，这不利于大气对流扩散及污染物清除。这个地区是我国冬季大气污染重、季节差异为显著的区域，PM2.5浓度冬季普遍偏高，污染重，秋、春季次之，夏季轻。
青藏高原大地形“背风坡”效应所导致的下沉气流和“弱风效应”影响示意图。
研究表明，从目前统计分析结果来看，在京津冀及周边地区，符合以下条件时容易产生本地累积型重污染：风速小于2米/秒，对污染物水平扩散极其不利；大气处于静稳状态，垂直扩散能力较差；近地面逆温(一般情况下大气温度随着高度增加而下降，可是在某些天气条件下，地面上空的大气中会出现气温随高度增加而升高的现象，气象学上称为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”)，边界层(近地面空气可以在其中上下混合交换)高度低于500米；大气相对湿度达60%以上，导致气态前体物向颗粒物加速转化。
具体来说，不利气象条件主要包括以下几个方面：
——风速很小。静风或小风(风速小于或等于2米/秒)，风向多为东南风或偏南风，空气流动性弱，污染物水平扩散极其不利。
——大气静稳。大气处于静稳状态，大气垂直扩散能力较差。重污染天气期间，通常有逆温层发展，导致大气垂直方向静稳度增加，大气边界层高度明显降低，对污染物垂直扩散不利。
大气边界层高度通常为500—1500米左右，重污染天气期间，边界层高度可下降到500米以下，甚至达100米以下，垂直方向扩散能力明显减弱，有利于污染物在低层累积、导致重污染天气持续。
——湿度较高。大气相对湿度达60%以上。一方面，相对湿度增加有利于细颗粒物的吸湿增长；另一方面，相对湿度增加还会促使气态前体物向颗粒物加速转化，导致颗粒物浓度快速增加。二氧化硫、氮氧化物等气态污染物在大气中发生氧化等化学反应，形成硫酸盐、硝酸盐等PM2.5的主要成分。
大气重污染和不利气象条件之间能够形成显著“恶性循环”
“上述指标有一定的代表性，但气象条件对于大气污染的影响是复杂的非线性关系，某一个单一指标和污染的相关关系有很大的局限性，而且不同区域、不同季节其关系可能有较大的变化，研究各主要污染相关气象参数综合影响更为合理。”徐祥德向蓝蓝天工作室指出。
攻关团队气象专家通过对风速、风向、相对湿度等气象条件综合诊断，获得了两个重要的指标定量描述不利气象条件：区域气团稳定性和水汽凝结率，进而得出了“污染—气象条件指数(PLAM)”。
研究表明，在空气质量较好的时候，污染—气象条件指数的值通常在40以下，在我国大气污染重点地区，污染—气象条件指数值若大于80，通常大气水平能见度低于10公里的几率就很高，其与PM10和PM2.5浓度总体呈线性关系。污染—气象条件指数为80可视为一个重要的阈值。
2018年1月，蓝蓝天工作室在山西太原采访时拍摄的一家企业排放情况的照片。
研究还表明，在空气污染过程中，污染累积到一定程度后还会导致气象条件进一步转差，重污染和不利气象条件之间形成显著的“双向反馈”效应。
什么是“双向反馈”？气象专家告诉蓝蓝天工作室，这可以理解为一种“恶性循环”。
对北京2013年以来所有持续超过3天的重污染事件的分析表明，北京的大气污染形成后通常分为两个阶段，一是前期南风输送污染阶段，二是污染累积阶段，当PM2.5浓度累积到一定程度(通常大于100微克/立方米)，大气污染会通过辐射效应促进逆温形成和边界层低层相对湿度增加，使边界层内气象条件进一步转差，转差的气象条件导致数小时到十几小时PM2.5浓度至少增加一倍以上的“爆发性增长”。
气候变暖趋势导致京津冀地区冬季静稳天数明显增多
研究结果显示，在京津冀及周边地区，有利于雾霾天气形成的气象条件在增多，而这背后隐藏的一个重要因素是：以气候变暖为主要特征的气候变化。
今年初，多家机构确认，2015年至2018年是100多年前有气温记录以来热的4年，其中2018年是史上第四热年。世界气象组织2月6日发布报告指出，无论在陆地还是海洋，过去四年的变暖程度都非同寻常。“这是持续长期气候变化的一个明显迹象，而持续长期气候变化与创纪录的大气温室气体浓度相关。”
专家普遍认为，人类活动导致的二氧化碳和其他温室气体排放增加是变暖的主因，而这又导致热浪、飓风等天气事件日益频繁。
“联合攻关研究表明，人类活动引起的变暖趋势导致我国北方地区，特别是京津冀地区静稳天数在冬季明显增多，气候变暖对北方雾霾的形成起着重要作用。”徐祥德表示。
1961—2018年冬季，京津冀地区冬季日平均气温总体趋势是线性升高的，增长率为每10年增加0.39℃，明显高于及全国同期的增温率(分别为每10年增加0.13℃及0.22℃)，是我国变暖明显的区域之一。研究结果表明，北京地区1960年以来年平均气温增温速率，约为每10年增加0.36℃。
徐祥德指出，20世纪60年代以来，特别是1990年以后，冬季京津冀及周边地区平均风速总体呈下降趋势，小风日数一直处于明显偏多的阶段。来自贝加尔湖、经西北方向影响京津冀及周边地区的冷空气气团强度及其风速，存在年代际及年际的减弱趋势，表明该区域风速下降与气候变暖密切相关，而非仅城镇化因素起主导作用。另外，1960年以来，年代际变化趋势表明京津冀地区冬季大气低层边界层层结趋于稳定，静稳天数明显增多，不利于该地区污染物垂直扩散。这些均可被认为主要与年代际气候变暖有关。因此，气候变暖影响不仅制约着经济社会的发展，而且给京津冀区域大气环境治理带来了更为严峻的挑战。
“气候变暖和人类温室气体排放有关，缓解气候变暖的步伐还是要靠减排。我国近年来通过调整能源结构等措施积极应对气候变化，减少二氧化碳等温室气体排放。通常在减排温室气体的过程中，会同时减排大气污染物，对缓解长远的气候变暖和当前区域大气环境污染都有益处。”徐祥德说。
提高空气质量预报能力，是应对空气重污染过程、减轻污染的重要举措。
徐祥德认为：“在一个时段内排放量相对固定的情况下，气象条件是重污染事件是否发生的关键因素，几天之内就有可能从蓝天白云转变为污染物‘爆表’。下一步要加强大气污染成因和气象影响关联性的深入研究，为重污染天气的精准预报预测提供应用理论与技术支撑。”
徐祥德还建议，要进一步实施跨部门、跨学科联合攻关，加强对不同地形与气象条件背景下排放源布局影响与区域输送“贡献”等问题的研究，为精准施策防治大气污染、打赢蓝天保卫战提供科学依据。
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