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问诊中国雾霾
---专访中科院大气物理研究所研究员王跃思
地方报告的脱硫脱硝除尘数据都很光鲜,但是大气监测数据却显示出硫酸盐、硝酸盐和铵盐都在增加
一年前的冬天,因京津冀雾霾问题,中国科学院大气物理研究所研究员王跃思接受媒体采访时曾警告,当时断断续续的雾霾污染可能会变成常态。
进入2013年,雾霾扩散至华东、华南以及东北地区,造成整个中国东部的大范围污染天气。
作为中国生态系统研究网络(CERN)大气分中心主任、大气边界层物理和大气化学国家重点实验室副主任,王跃思一直主持着中科院的全国性大气霾污染监测工程。
就当前雾霾情况及未来预期,王跃思日前再次接受本刊专访。除了揭示目前大气污染积累的严重性,王跃思认为,对于专业人士来说,解决大气污染的原则性办法是非常清晰的。但在具体操作层面,恐怕还需要更为强力的推动。
环环相扣造成雾霾
记者:过去雾霾多发于京津冀地区,为何2013年年初以来,在华东、华南以及东北地区也先后出现了大范围雾霾?
王跃思:第一个原因是气象学上的。最近出现的多次雾霾与以前的雾霾相比,产生的气象原因并没有太大不同。弱低压或者弱高压或者均压场,这种相对的静稳天气,表现为没有水平方向的风,垂直对流扩散也很弱,湿度又大,就非常容易造成这种天气。
当然,如果没有地面的排放源,雾还是雾;但是有了排放源,雾就变成霾了。雾就像是烧开水的水汽。霾是什么?一把小米,扔到锅里,原来是清水,开锅了就变成粥了。霾就是这锅粥,颗粒物就是米。没有污染物的排放,再怎么折腾都是水。一旦雾里面掺上粒子,就成粥了,看着就不透明了,也显得黏稠。
再说污染排放。原来的时候怎么没有这么大面积的污染?不能孤立地这么说。原来没有2013年这样静稳和高湿的天气,而是很冷、风很大。具体来说。过去东北地区也没有出现这样无风、湿度很大的天气。这与全球大范围的气候变暖有关系。全球在变暖,特别是高纬度地区变暖更显著,污染更容易出现在暖冬。原来东北地区冬季没有那么高的气温。
如果东北的气温比往常高,没有风、昼夜温差大,就容易发生雾。大气是热的,水汽多,地面变冷快,近地面空气的热量容易被地面吸收,原来空气中的水汽迅速凝结,这就形成雾气(如果足够冷就变成霜被清除了)。雾吸收了地表污染源排放的颗粒物,变成了雾霾的混合体,本质上就是霾污染。
全球变暖是一个可能的原因,造成东北地区暖冬,加上没有风、湿度大,一环紧扣一环。
那么雾霾为什么在东北地区先出现?北方气温变冷更早。随着稍晚南方地区也进入了冬季,在同样的静稳天气下,南方也陆续被雾霾所覆盖。霾污染就像冬天的进程,由北往南一点一点地移动。到夏天,则由南往北推进,这个是有规律的变化。
还有其他一些客观原因。一个是大面积的取暖。东北地区的取暖广大农村地区多数还是生物质(注:指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质)作为燃料。一到冬天,近地层大气混合层高度下降,燃烧产生的污染物不容易被送到高空,从而在近地面形成了污染。
这就好比在一个两三米高的房间里,可能抽一根烟就会觉得呛人,但是如果换成二三十米高的大礼堂,就不是那么容易污染了。也就是说,夏天的时候,屋顶很高,但是一到冬天,就变得很矮。这跟太阳有关系。
夏天太阳的高度很高,直射地面,地面很热,空气受热膨胀上升,这时候别处的空气过来补充,形成对流风。夏天对流强烈,“屋顶”可以达到两三千米的高度。
但是到了冬天,地面接收的阳光大大减少,接收不到那么多的热量,所以地面温度早晚都很冷,上下的纵向对流减弱。高污染时这个“屋顶”可能变成只有两三百米,污染物扩散的空间几乎被压缩了10倍,污染物自然就聚集起来了。
污染物一旦开始聚集,就有可能进一步加剧,原因是空中的霾污染进一步阻挡了阳光照射到地面,地面不被加热就变得更冷、更沉;而上层大气就会耗散掉部分阳光而变得更热、更轻。地面冷、空气重,上面热、空气轻,就形成了所谓的逆温,这是一种大气的稳定结构,是霾污染时基本的大气层结构。这种恶性循环只能等到有显著的天气过程,大风或大雨,才能终结。目前,北京老百姓最喜欢的就是西北风。
大气污染物积累已十分严重
记者:在说到雾霾的时候,经常会提到天气原因,你如何看这个问题?
王跃思:不能都赖在气象上。过去气象也是这样的,但气象条件的恶化是人为排放造成的。原来我们的大气是干净的或者相对干净的,到冬天太阳照射的时候,地面受到照射,污染物通过对流上升到一定高度,也就扩散了。
但现在大气中已经聚集了一定数量的污染物,太阳光照不透了,其中部分光线在中间就被污染物反射掉了,也就是被天空中的污染物反射了。结果部分热量耗散在空气中,导致上层变热。这样,地面的阳光更少了,地面冷、上边热,下边重、上边轻,变成了稳定的结构,也就更无法形成逆流了。
大气温度上边低、下面高,气流才能正常上升。正常的情形下,每上升100米,温度要降低0.6度。但现在正好反过来了,上面温度高,下面温度低,形成了上下不动的稳定的金字塔结构。再加上工业企业,生物质燃烧排放等,霾就来了。
记者:南方和北方相比,雾霾有何不同?
王跃思:南方的不同在于,其挥发性有机物(VOC)的排放特别高。比如在南京的江北地区,有明显的臭烘烘的气味,这是化工污染排放,里面苯类、醛类物质很高,都是形成PM2.5很重要的东西。
南方与北方的雾霾在本质上没有差异,都是燃煤、燃油、生物质燃烧、农业、建筑等要素。南方另外不同的是冬季大气中氨含量比较高,主要来自养殖业,如养鸡、猪、鱼等。
另外,南方地区的污染点源比较多,就是一股一股的污染,雾霾持续时间可能比较短,只一两天,但脉冲峰非常突出。北方的雾霾往往持续时间比较长。但在污染高峰时,南方地区大气中的硫酸盐、硝酸盐和有机物也会突然增高,和北方一样。
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