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武汉封城之时再话雾霾

已有 1764 次阅读 2020-1-26 22:20 |个人分类:气候生态|系统分类:科研笔记| 雾霾, mp10, 气象

武汉封城之时再话雾霾

今天大年初二,武汉被封城了,因为“新型冠状病毒感染的肺炎”,受此影响,全国二十二个省已经进入一级应急响应状态,不准出门,不准走亲访友,不准聚会,当然也包括我们这里,平生第一次觉得走亲戚居然是害人。那么武汉封城到底与MP2.5有没有关系呢?仔细想来关系可大了。

首先想一想,目前是冬季最冷的时候,俗话说“三九四九闭门出首”,本来应该是大雪纷飞的日子,但是关中平原、河南、河北、山东、武汉等地不但不下雪,温度还在零度以上好几度,这个是不是很反常。我们发现,实际上这种反常的温度与雾霾有很大的关系。而雾霾的MP2.5颗粒中含有有机分子,含有水分,因此MP2.5颗粒是病菌理想的繁衍场所。新型冠状病毒可以在MP2.5颗粒中繁衍、生存,在MP2.5颗粒相互碰撞的过程中可以扩散,MP2.5颗粒为病毒、为细菌提供快乐合适的温度环境和湿度环境。因此,虽然是隆冬季节,但是武汉和许多地区都流行“新型冠状病毒感染的肺炎”。而追查历史,历史上大多数瘟疫都是在气候变暖的春季流行的。今年提早是一种反常,而这种反常就是因为雾霾和城市环境增加了气温造成的。

现在我们再来深究一下雾霾到底是个什么东西,其形成的原因。雾霾和MP2.5颗粒,雾霾和MP10颗粒到底有什么关系?我开始重视雾霾也只是这几年的事情,我不可能仅仅从书本上去观察、体验、分析雾霾,我需要从现实中观察、体验、分析雾霾。其实早在十几年前,我在杨陵的时候,每年初冬季节,杨陵就常常会被大雾长时间笼罩,有时候长达一个月,而这种现象在宝鸡没有出现。但是奇怪的是,这七八年以来,宝鸡市区也常常被大雾笼罩,楼房甚至街道都笼罩在大雾之中。身处其中,因此也就有了很多观察机会。有了这些观察,也就有了以下一些明确的结论。

1,雾霾的主要成因是MP2.5颗粒,不是MP10颗粒,不是烧煤造成的烟雾。这一点必须明确,而且是敬请环保部门的专家们明确。

十几年前,宝鸡市市区的冬季主要供热方式是烧煤,那时候还有国营的蜂窝煤厂,每家每户每个月可以供应一份蜂窝煤,用来做饭和供热。我家曾经使用过七八年蜂窝煤炉子。但是,那时候宝鸡的天空并不像现在整天雾蒙蒙的,可见度很短。把时候整个市区都在烧煤,烧煤引起的烟尘较大,烟雾较多,但是有时间特点,早上烟雾笼罩一阵,下午烟雾笼罩一阵,中午可以看见太阳和蓝天。而现在却是全天笼罩,中午也没有太阳和蓝天。这是一个很大的差别。从2010年之后,宝鸡对市区环境开始治理,治理的措施非常严厉,非常坚决,主要措施有:1,拆除全市的污染企业,包括煤气化长、氮肥厂、钢厂、水泥厂、锅炉厂等等,几乎所有污染企业全部拆除。2,拆除全市所有的烧煤炭的锅炉,包括各个单位、各个小区、各个工厂的暖气锅炉、烧水锅炉、做饭锅炉。从此以后,全市淘汰可大概几万个蜂窝煤炉子。3,全市禁止使用煤炭,不管什么单位都不准使用煤炭,过去每个单位会给每个职工发放冬季取暖煤,这个政策取消。包括周围的农村也不准烧煤。4,禁止燃放烟花爆竹,全市已经有七八年没有燃放烟花爆竹了。5,所有的开工工程必须有严格的防尘除尘措施,包括洒水、运输遮盖、露土遮盖、防止扬尘、拌和水泥使用专用设备和场地,不在现场拌和水泥等等。6,大街上每天都有抑尘车洒水,环卫工清扫。以上措施应该说是严厉的,彻底的,但是最近几年的雾霾不但没有减少,反而异常频繁,过去只有杨陵以东冬季才有的长时期大雾天气在现在的宝鸡很常见。所以,很明显造成雾霾的主要原因不是MP10颗粒,而是MP2.5颗粒。是空气中的过多的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、和氨气等等吸湿性,酸性气体过多吸取空气中的湿气形成的MP2.5颗粒造成的。

那么要问一问了,最近十几年为什么宝鸡市区的MP2.5颗粒会增多。我们讲MP2.5颗粒增多是空气中的过多的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、和氨气等等吸湿性气体增多造成的,而那些是排放这些气体的罪魁祸首呢?我找到三个,第一个是汽车尾气,最近十几年,宝鸡市的汽车拥有量增加了十几倍,从几万辆增加到了几十万辆,几乎每家每户都有了小汽车,大街小巷开始堵车,小汽车的尾气是雾霾的罪魁祸首。第二是天然气的排放,最近十几年禁止燃煤,取而代之的是天然气,现在几乎每家每户都在使用天然气,实际上天然气中的二氧化硫和二氧化氮是远远高于煤炭的。还有天然气燃烧不充分形成一氧化碳的概率远远比煤炭要高,只是人们并不能感觉到。宝鸡市区大约80万人口,平均每人每年消耗的天然气为50立方(我家多年平均就是这样),那么全宝鸡市每年消耗的天然气大约是400万立方。这个不包括取暖消耗,据说取暖消耗的天然气是做饭的一百多倍。也就是说冬季整个市区消耗的天然气总量接近一个亿立方,排放的二氧化硫、二氧化氮的数量非常惊人。雾霾中二氧化硫、二氧化氮的第三个来源是人粪尿。近十几年以来,每个城市都在扩展,城市人口都在持续增加,这也意味着每天排放的人粪尿数量惊人,但是一直以来对于人粪尿的处理技术和设备基本上没有进步,原始而且落后,基本上是在下水道中或者化粪池中自然发酵,这些人粪尿中的硫元素和氮元素最终转化为二氧化硫和二氧化氮排放到了空气中,构成雾霾。无论是天然气的燃烧产物、还是尾气、还是人粪尿的转化气体,目前都没有根治的办法,所以市区的雾霾才会长久存在。当然,这个物质很可能不是以单纯的酸性物质存在于空气中,而是以括有机碳(OC)、元素碳(EC)、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐(Na⁺)等气溶胶形式存在于空中。所以并不完全显示酸性,但是它们的根离子依然是硫酸和硝酸。

那么,既然雾霾的根本依然是二氧化硫、二氧化氮,那么是否有办法在它们释放到空气中以前收集吸附这些物质,然后加以利用呢?应该是可以的。例如可以燃烧垃圾和沼气化人粪尿,然后燃烧利用其中的热量,利用特定设备收集这些气体到水中,因为水恰恰是二氧化硫、二氧化氮的溶剂,能够溶解吸附大量气体,这些气体进入水中形成酸液,而酸液在工业、环保、矿业中可以大量使用。对于汽车尾气,一方面电动汽车是一个趋势,另一方面提高汽油柴油的标准、提高汽车的燃烧利用能力也是一个方向。对于天然气,我认为这是一个外源性污染源,未来应该减少进口量,增加本国的生物能源的利用率。而对天然气加装硫元素和氮元素的过滤装置也是必须的,对于他们的提前处理是必须的。

也许有人会质疑,说雾霾的主要成因是硫元素和氮元素的化合物和气溶胶,这个是没有直接依据的。那么我们再来看看雾霾出现的时候的一些主要现象。

2,雾霾形成时候的一些特殊现象

首先一点,大多数雾霾形成于冬季,当然晚秋季节和早春的时期也有雾霾。为什么雾霾总是和低温相伴呢?主要的原因是冷空气形成了高气压。高气压造成蒸散的水汽不容易飘逸,地面产生的二氧化硫、二氧化氮也不容易飘逸,造成了局部地区的高浓度气团,而这个气团吸附水汽就会形成雾霾。所以,在干旱的天气下也不容易形成雾霾,在冬季的低气压地区也不容易形成雾霾。新疆特别干旱,冬季雾霾少,但是没有雾霾并不意味着新疆没有污染。在关中平原,南面是秦岭,秦岭上大气压比较低,冬季也基本上没有雾霾;而渭河谷地处于高气压区,雾霾非常多。

其次一点,雾霾通常仅仅出现在近地层1000米以下的大气中。20191226日我去秦岭上的太白县办事,走的时候中午,宝鸡市雾霾天气雾气笼罩,但是走上秦岭马上天气晴朗,一直是湛湛蓝天;下午回到宝鸡,下了秦岭半山腰开始雾气笼罩,重新回到了雾霾地区。这种情况不是一天两天,而是长期如此。所以,雾霾由于受到高压控制,不能扩散,所以只能在局部地区和低层大气中出现。这是雾霾的一个重要特点,也充分说明了雾霾的确是城市中大气成分的改变而形成的。通常,当宝鸡市区雾霾很大的时候,渭北平原的周塬往往雾霾较小或者没有雾霾,当然宝鸡市周边的平原例外,例如市区北边的贾村塬甚至比市区雾霾更大,原因恰恰是这个平原比市区海拔高一百多米,是雾霾形成的气层。还有,远离市区的山区雾霾也发生得少,也没有市区严重。这些观察结果充分证明雾霾的形成是硫氮排放造成的,是mp2.5造成的。

3,雾霾形成后对气象、水文有很大的影响。首先雾霾和大地之间形成一个“保温层”,这个保温层把大地上产生的热量包围起来,不让热量外泄,因此对气象有很大的影响。这些热量包括做饭的余热,汽车发动机燃烧产生的热量,冬季供暖泄露的热量,各种照明设备发出的热量,工厂生产产生的热量,这些热量在排到大气中以后遇到高压冷空气,不能形成上升气流,只是在近地层形成相对较高的气温,而此时的雾霾则形成一个隔热层,把这些热量的辐射吸收,所以在雾霾和大地之间形成一个“保温层”。这个“保温层”在气象上阻止雪花的形成,阻止雨水的进一步液化,阻止细小雨滴变大(因为它们携带同质电荷,互相排斥),因此总体上来说雾霾导致了雾霾区域降雨稀少,减少了降雨量。这一点在宝鸡地区非常明显,因为宝鸡地区南面是秦岭山脉,海拔上升一千多米,西面是西秦岭,群山环绕;北面是西秦岭和六盘山的交汇区,当地人叫千山山脉。所以每当山区下小雨的时候往往市区并不下雨。每当山区下雪的时候市区也是下雨。这五年以来,市区很少下雪,哪怕秦岭上大雪纷飞,积雪很厚,市区也就是一半天的雪景。所以市区的雾霾区域温度较高是不争的事实。而市区雾霾多,降雨少也是不争的事实。最近几年视频发达,交通发达,这种亲身体验越来越多。这几天才四九,市区一直下雨,没有下雪,但是周边县镇都下雪了。由此联想,最近几年整个华北平原的降雨量下降与下垫面的热量过分排放应该有很大关系,也与雾霾形成阻止降雨有很大关系。由最近几年观察到的城市和乡镇之间的气象差异,我们知道了雾霾就是城市化的产物,是工业化的产物,是现代机械电气的产物。它就是现代文明的伴生物?请问怎么治理?

4,雾霾与农村人烧炕烧煤做饭没有关系。最近这几年,环保部门对农村抓得很紧,不准农民烧炕,不准农民烧秸秆,不准农民做饭,不准农民养猪养鸡养牛养羊,不准农民屠宰牲畜。说是这些行为都会污染环境,造成雾霾。从以上的事实分析知道,其实农村的农事活动和生活对于环境和雾霾基本没有关系。农民的农作物取之于自然,回馈到自然,形成的是物质循环和能源利用,不是污染的本源,而是自然界自我循环的一部分,千万年以来一直如此,人类永续利用、持续发展。农村的秸秆燃烧的主要产物是mp10,而不是mp2.5mp10会很快沉降到田野中被利用。而环保部门单纯的以voc、硫浓度、氮浓度指标来衡量农村地区,是一种错误。农村的广大田地需要这些少量的硫肥料和氮肥料。而这些环保专家之所以敢把治理之手伸向农村,是因为农村的力量相对分散,力量薄弱,好对付。本来农村已经凋敝,再凋敝一点也无所谓。这些专家无法把天然气中的硫和氮过滤出来,无法把汽油柴油中的硫和氮过滤出来,无法把煤中的硫和氮过滤出来,没有办法把人粪尿中的硫和氮过滤出来,他们很无能,却装着很能干,硬是要把农民逼上绝路,把农村弄得更加萧条。

5,中国的雾霾应该称之为“输入型雾霾”。中国最近几十年对于外来石化燃料的依赖程度日益提高,进口大量的石油和天然气。有没有人想过,这些进口的燃料在中国大地上燃烧以后释放出的大量的二氧化硫、二氧化氮等物质是一种外来物质,它在中国大地上只有两种出路,一种出路随风而去,一种出路随水东流,前者造成的是雾霾天气,空气严重污染,后者造成的是江河污染,水体污染,那么当这两种出路都不畅通的时候这种污染必然在中国的大地上积累,土地板结,严重污染,国将不国。这种外来二氧化硫和二氧化氮的增多并不能减少本国本土生产的二氧化硫和二氧化氮的量。例如,大量的农业秸秆不利用,大量的生物能源不利用,但是它照样在缓慢的氧化,缓慢地释放出二氧化硫和二氧化氮和二氧化碳,依然在提供温室气体。外来的和本地的这些气体叠加,中国大地怎能忍受?更有甚者,不让焚烧秸秆,不让利用生物能源,美其名曰“秸秆还田”,大量的事实证明,秸秆还田是一个很坏的主意,凡是秸秆还田的旱地,地下害虫大量繁殖增加,粮食减产;凡是水田,水田都出现了酸腐恶臭酸化,水稻大量死亡减产,地下害虫大量增加。所以,不利用生物能源不仅违背自然规律,而且会形成有害生态。大力发展生物能源才是农村繁荣之道。只有大力发展生物能源,才能减少外来二氧化硫和二氧化氮的输入,才能够减少外源性雾霾,才能从根本上改善生态环境。

6,雾霾的危害可能比我们想象的要更大一些。雾霾有那些危害?首先对于气象气候有很大影响,会影响降雨量、空气温度、空气湿度。其次,雾霾中的污染物对江河湖泊、土壤大地、生产资料都有严重的污染。再次对于人体而言,诱发心血管疾病,诱发肺病,诱发呼吸道肠道疾病,造成人的心情压抑沉闷,还会增加传染病的传染几率,紫外线杀毒作用减弱,雾霾中病菌存活繁殖的环境有利。第四,能见度大幅度降低,交通事故的发生率大大增加。以上仅仅是表面现象。更加复杂的,更加长远的危害现在看来有些没有遇见到。例如,这次武汉新型冠状病毒感染肺炎,就是一个例子。它的传播速度之快前所未有,寒冬季节迅速爆发前所未有,引起的经济损失前所未有。如果没有病毒的存活环境,如果没有适合的温度它是不会猖獗的。可以预见,雾霾对于中国的土地性质会有较大影响,对于中国气候会有较大影响,对于中国国内的生物多样性和农作物的适应性会有较大影响。等等。只有拭目以待了。

 

 

 




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2 郑永军 杨学祥

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