森林围城与雾霾高发：林地大幅增加和雾霾天气有增无减

                           杨学祥，杨冬红

2014年11月3日，陕西省林业厅发布关中地区林业治污减霾功能评估报告。省林业厅副厅长王建阳指出，森林和湿地有强大的固碳释氧、清除污染物功能，具有显著的治污减霾效果。

陕西每年新增400多万亩林地，但雾霾天气却有增无减，植树造林是否有效？针对记者提问，中国工程院院士尹伟伦答复称，树木生长需要一个很长的过程，除了生态治理，及时转变经济增长方式，节能减排也是重要一方面。

http://xian.qq.com/a/20141104/022434.htm

看问题必须一分为二。应该注意到，森林和湿地有强大的固碳释氧、清除污染物功能，具有显著的治污减霾效果。与此同时，城市周围森林面积的增加阻挡自然风的流通，减弱风速，容易形成有利于雾霾积聚的“静稳天气”。这是“陕西每年新增400多万亩林地，但雾霾天气却有增无减”的主要原因。“森林围城与雾霾高发”现象值得研究。

一、风速减弱是雾霾频发的重要原因。

国家气候中心气候与气候变化服务室一位专家认为，“仅仅从短期内来看，雾霾基本靠风吹走这种说法是有道理的。”该专家举了一个很有说服力的例子：作为雾霾长期的受害者，2013年12月初在我国这次大范围雾霾过程中，北京却并没有出现雾霾严重的问题。这与近期北京冷空气活动频繁有着直接关系。

http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201010181593384412807.shtm

澳大利亚科工组织（CSIRO）土地与水研究所的首席研究员Tim McVicar博士研究小组新近在《地球物理学研究通讯》(GeophysicalResearch Letters)杂志上发表了题为“澳大利亚风速气候学和1975-2006的风速变化趋势”的文章。作者基于澳大利亚1976至2006的近地表风速观测资料，建立了0.01度分辨率的澳大利亚日风速数据库。通过分析，他们发现近30年来澳大利亚平均风速以每年0.009米每秒的速度递减，该递减的现象遍布88%的国土范围。

不只是大洋洲，已有的文献表明，包括亚洲、欧洲和北美州在内的中纬度的世界，好像真的都正在变得风平浪静了。研究者认为气候变化研究更应注重风速变化。

当然，具体来讲，包括风速在内的气象因子及气溶胶、CO2大气组成的气候变化，到底会对自然和社会造成多大影响，还需要大量室内外实验、机理分析和计算机模拟研究。中国科学院地理科学与资源研究所莫兴国研究员的研究小组也发现华北平原风速在过去50多年有明显的下降趋势。

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2010年一项研究称北半球最近30年风速减慢，这是一个国际研究小组在分析了欧洲、亚洲、北美的800多个气象观测点的数据后得出的结论。该小组在新一期英国《自然—地球科学》（NatureGeosciences）杂志上报告说，法国和英国研究人员分析了欧洲、亚洲、北美的822个气象观测点的风速记录，结果显示，从1979年到2008年，大部分地方的风速都有所下降，风速下降幅度介于5%到15%之间。研究人员认为，风速下降可能有多种原因，比如气候变化可能影响了气流的传统活动模式，导致风速下降。一些地方的森林植被恢复和增长使得地球表面更为“粗糙”，也会起到降低风速的效果。这一变化对风力发电行业的影响目前还难以评估。因为气象观测点大多测量10米左右高度的风速，而风力发电机组的风轮叶片多在距地面50米到100米的高度，对这个高度的风速，目前还缺乏全球性的数据。

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我们在2010年10月23日指出，北半球最近30年风速减慢的研究提出如下两个重要课题：其一，风速减慢是否与人为因素有关？其二，利用风能是否存在负面效应。

事实上，大陆集中在北半球，比森林高得多的城市高层建筑密布在沿海地区，阻挡陆海之间的季风循环，是北半球最近30年风速减慢的人为原因。密布在大陆内部的高架桥、高速公路、高速铁路如蜘蛛网，也是减慢内陆风速的重要原因。风力发电机利用风能发电，更是风速减慢的重要人为因素，这表明，天下没有免费的午餐，风能利用也要付出相应的代价。

由温差产生的大气环流是信风和季风形成的主要原因，其结果是均衡赤道和两级、大陆和海洋之间的温差，营造全球正常均衡的气候变化。人为降低风速，阻碍大气环流的正常运作，可造成热带地区更热、寒带地区更冷的极端气候频发，是严重气象灾害发生的根本原因。近年来频繁发生的城市内涝与城市减慢风速、云层阻挡在城市上空有关。由于城市减慢风速和改变风的方向，大城市的无序扩张将导致周围农村大气环流的改变和洪涝灾害的频繁发生，这些问题需要认真深入地研究和解决。

二、风速减慢对风能利用也提出了新的挑战

首先，从1979年到2008年，大部分地方的风速都有所下降，风速下降幅度介于5%到15%之间。这可能意味着风力发电机的发电能力同比下降5%到15%之间。就像地下水资源逐渐枯竭一样，伴随全球风能利用率的增大，风能也是有限的资源。

其次，过度的城市高层建筑开发和过度利用风能将导致大气环流功能的减弱甚至降低到影响人类正常生活的水平，城市扩张和开发风能也应该受到合理的限制。

第三，人类应该汲取浪费清洁的空气、无污染的淡水、净化环境的森林的无数教训，慎重对待风能的开发，重视能源利用的负面效应。

重要的启示是，破坏和阻挡大气环流的自然因素和人为因素同样是环境恶化的重要原因，城市高层建筑的无序扩张和风能利用也在其中。我们不能等到大气环流恶化了、风能利用受限制了、城市灾害频发了，再做事后的调整和修补。“发然而后禁，则悍格而不胜”，“预则立，不预则废”，科学研究必须要有预见性。

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三、2013年中国雾霾多发创纪录证实了我们在2010年的预言

我们在2010年提出，风速减慢对风能利用也提出了新的挑战，过度的城市高层建筑开发和过度利用风能将导致大气环流功能的减弱甚至降低到影响人类正常生活的水平，城市扩张和开发风能也应该受到合理的限制。人类应该汲取浪费清洁的空气、无污染的淡水、净化环境的森林的无数教训，慎重对待风能的开发，重视能源利用的负面效应。破坏和阻挡大气环流的自然因素和人为因素同样是环境恶化的重要原因，城市高层建筑的无序扩张和风能利用也在其中。我们不能等到大气环流恶化了、风能利用受限制了、城市灾害频发了，再做事后的调整和修补。

1978年11月3日，国家计划委员会批准《西北、华北、东北防护林体系建设计划任务书》(中华人民共和国计划委员会, 1978)。同年11月25日，国务院批准《关于在西北、华北、东北风沙危害和水土流失重点地区建设大型防护林的规划》，并强调指出："我国西北、华北及东北西部，风沙危害和水土流失十分严重，木料、燃料、肥料、饲料俱缺，农业生产低而不稳。大力造林种草，特别是有计划地营造带、片、网相结合的防护林体系，是改变这一地区农牧业生产条件的一项重大战略措施"。要求有关省（区），采取有力措施，按期完成防护林建设规划规定的各项任务。从此，"三北防护林"工程正式启动实施。

"三北防护林"工程范围东起黑龙江省宾县，西至新疆的乌孜别里山口，北抵国界线，南沿天津、汾河、渭河、洮河下游、布尔汗布达山、喀喇昆仑山，东西长4480公里，南北宽560-1460公里，地理坐标从东经73°26′至127°50′，北纬33°30′到50°12′。包括陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、山西、河北、北京、天津、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江13个省（自治区、直辖市）的551个县（旗、市、区）。工程建设总面积406.9万平方公里，占全国陆地总面积的42.4%。

"三北"工程规划造林35.08万平方公里，其中人工造林26.37万平方公里，占总任务的75%；飞播造林1.11万平方公里，占3%；封山封沙育林7.59万平方公里，占22%。四旁植树52.4亿株。该蓝图如能实现，则无论在规模和效益上，均超过国外三个世界级造林工程，无疑是全球最大的"人工生态工程"。2003年底，世界吉尼斯记录总部认定三北防护林体系建设工程是世界上"最大的植树造林工程"。

该宏伟工程计划从1978年开始，到2050年结束，历时73年，分三个阶段、八期工程进行建设。1978-2000年为第一阶段，又分三期工程，1978－1985年为一期工程，1986－1995年为二期工程，1996－2000年为三期工程；2001-2020年为第二阶段，再分为两期工程：2001－2010年为四期工程，2011－2020年为五期工程；2021-2050年为第三阶段，分三期工程：2021－2030年为六期工程，2031－2040年为七期工程，2041－2050年为八期工程。因此，目前正在实施的"三北防护林"工程为第二阶段的四期工程。

项目实施28年来，"三北防护林"在防风固沙，保持水土，涵养水源，改善环境，促进农林牧副业全面发展方面起到了一定的作用。据林业部门称，作为三北工程重点治理地区的毛乌素、科尔沁两大沙地，通过20多年的建设，植被覆盖率已分别达到15%和20%以上，已基本结束了"沙进人退"的历史，进入全面改造和合理利用沙区资源，发展生态农业的新阶段。不少地方出现了人进沙退，环境改善，经济发展，群众脱贫致富的可喜景象。其中科尔沁沙地，在全国沙漠化土地不断扩展的情况下，却实现了沙漠化土地的逆转。

http://blog.sciencenet.cn/blog-475-15883.html

三北防护林是防治沙尘暴的成果，也可能是2013年中国雾霾高峰的生成原因。

中国社会科学院城市发展与环境研究所可持续发展研究中心副研究员张莹介绍，雾霾天气的出现主要受两个条件的影响：一是大气颗粒物浓度，二是气象条件。

http://news.sohu.com/20131105/n389555279.shtml

大气污染是雾霾发生的元凶，这是人们的共识，这里就不多讨论了。现在的问题是，气象条件的变化是否存在人为的因素。

研究人员认为，风速下降可能有多种原因，比如气候变化可能影响了气流的传统活动模式，导致风速下降。一些地方的森林植被恢复和增长使得地球表面更为“粗糙”，也会起到降低风速的效果。因此，三北防护林防止风沙的功劳，也变为使中国风速减慢的罪证。

中国目前还处于靠自然风吹走雾霾的初期阶段，减慢自然风速就自然变为人为“静稳天气”的制造者，是雾霾清除不力的根源，是制造雾霾灾害的元凶之一。

减弱大气环流，阻碍冷暖气流交换，会使两极更冷，赤道更热，导致极端灾害频繁发生。

四、防灾方案要关注次生效应

历史经验表明，在防灾减灾问题上，人类往往是治理了一个灾害，引发了多个灾害，处于难以自拔的恶性循环之中。头痛医头，脚痛医脚，最终的结果是疾病遍布全身。要研究灾害之间的相互关系，防灾方案要关注次生效应。

重要的启示是，破坏和阻挡大气环流的自然因素和人为因素同样是环境恶化的重要原因，城市高层建筑的无序扩张和风能利用也在其中。我们不能等到大气环流恶化了、风能利用受限制了、城市灾害频发了，再做事后的调整和修补。“发然而后禁，则悍格而不胜”，“预则立，不预则废”，科学研究必须要有预见性。

http://bbs.sciencenet.cn/blog-2277-376098.html

森林围城与雾霾高发，表明物极必反：大量空气污染物被围城的森林阻挡在城市中心及其周围，需要更强的自然风才能够给城市解除雾霾之围。森林强大的固碳释氧、清除污染物功能与城市的污染物排放相比，只不过是杯水车薪。

我们要记取大禹治水的历史经验，与其围堵雾霾，不如疏通风道，根据自然风速和风向变化，增强自然风清除雾霾的能力。

参考文献

杨学祥，杨冬红。2013年中国雾霾高发的气象原因初探。科学家. 2014, (3): 90-91.

相关报道：

陕西林地大幅增加雾霾天气为啥还是有增无减

三秦大地腾讯·大秦网2014-11-0409:41

“针叶林树种吸纳颗粒物的能力远远好于阔叶林”、“关中排放的二氧化硫有一半以上被林地吸收”……11月3日，陕西省林业厅发布关中地区林业治污减霾功能评估报告。省林业厅副厅长王建阳指出，森林和湿地有强大的固碳释氧、清除污染物功能，具有显著的治污减霾效果。

2012年关中森林滞纳悬浮物5767万千克

在发布会上，陕西省林业厅发布了关中地区林业治污减霾功能评估报告，评估范围包括关中地区的西安、宝鸡、咸阳、杨凌、铜川、渭南、韩城7个市（区）。2012年，关中地区的森林面积为207.12万公顷，湿地面积为14.35万公顷。经评估，2012年关中地区的森林年滞纳总悬浮颗粒物(TSP)5767万千克、年湿地降尘2.47亿千克；年森林湿地滞纳和清除PM10、PM2.5、PM1.0的实物量分别为7408万千克、1359万千克、420万千克，年滞纳颗粒物的实物量相当于2074万辆机动车的颗粒物排放量；除了吸纳颗粒物，关中地区森林和湿地对大气中有害化学物质的吸收更为明显，每年吸收污染物总量为27366万千克，其中吸收二氧化硫25212万千克，占关中地区年排放量的54.5%；年释放的氧气能够满足3118万人一年的需氧量，年固定二氧化碳相当于1212万城镇居民一年的二氧化碳排放量，能够抵消关中地区约55%城镇居民人口的二氧化碳排放量；年固碳量能够抵消全省2012年能源消耗所排放的二氧化碳总量的5.1%，如果堆积成形的话相当于西安城墙550米。

二氧化硫一半以上被林地吸收

王建阳说，每年，关中地区的森林和湿地吸收污染物总量为27366万千克，其中吸收二氧化硫25212万千克，占关中地区年排放量的54.5%。

另外，林地还能固定二氧化碳，2012年森林和湿地固定的二氧化碳能够抵消关中地区约55%的城镇居民人口二氧化碳的排放量。“林地年固碳量能够抵消全省2012年能源消耗所排放的二氧化碳总量的5.1%。”王建阳打了个比方，“如果这些碳堆积成形的话，相当于西安城墙550米。”

据评估，关中地区森林和湿地年释放氧气能够满足3118万人一年的需氧量，年生产负离子理论上能够提供3.48亿人舒适、健康的生活。

林地增加雾霾天气为啥有增无减

陕西每年新增400多万亩林地，但雾霾天气却有增无减，植树造林是否有效？针对记者提问，中国工程院院士尹伟伦答复称，树木生长需要一个很长的过程，除了生态治理，及时转变经济增长方式，节能减排也是重要一方面。

“今天生态环境恶化是历史发展遗留的结果，过去我们发展工业从而忽略了生态环境的改善。另外，在经济发展过程中，老百姓家庭汽车的拥有量不断增长，加上全国产业结构调整，一些工业企业从东部迁移到西部，这些因素产生污染已经超出现在生态短期内能够净化的能力。”

尹伟伦说，林业厅在不断加强治理，但在加大治理的同时，全省还要及时转变经济增长方式，实现节能减排。

2015年关中地区将新增100万亩森林

中国林业科学研究院研究员王兵介绍，针叶林树种吸纳颗粒物的能力远远好于阔叶林，因此在关中地区，多栽种刺槐、圆柏、油松等树种，以达到治污减霾效果。2013年《关中城市群治污减霾林业三年行动方案》启动实施，方案中提出，到2015年关中地区将新增森林面积100万亩、保护恢复湿地100万亩。

届时，关中地区森林年滞纳颗粒物的实物量将相当于2124万辆机动车的颗粒物排放量；年吸收二氧化硫、氮氧化物的实物量分别占2015年关中地区二氧化硫、氮氧化物排放量的56.5%和3.26%；年释放氧气能够满足3289万人一年的需氧量；年固定二氧化碳量相当于1274万城镇居民一年的二氧化碳排放量，能够抵消关中地区约58.11%城镇居民人口的二氧化碳排放量；年固碳量能够抵消全省2015年能源消耗所排放的二氧化碳总量的5.36%；年产生的负离子理论上能提供3.5万亿人舒适、健康的生活。

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