2017年开始好转：雾霾自然高发期要加大防控力度

                            杨学祥，杨冬红

一、认清中国雾霾高发的大形势大趋势："十三五"中国环境承载力仍严重超载

据章轲报道，“十三五中国绿色增长路线图研究报告”中指出，到2020年，国民生产总值在保持6.5%增速的基础上，完成全面建成小康社会设定的比2010年翻一番的目标。

　　其中，二氧化碳年排放和能源、水资源年消费总量分别控制在100亿吨、48亿吨标准煤和6700亿立方米以内；建设用地占用总量控制在39.72万平方公里以内；森林覆盖率提高到23%，地表水优于III类水质的比例和地级以上城市空气质量达到国家标准的比例分别提高到70%和60%。

　　研究报告称，中国经济在经过三十多年的持续高速增长后，开始进入增速换挡期。随着经济增速放缓，资源环境压力有所缓和，但污染物排放仍居高位、能源资源利用效率仍然较低，环境质量改善与全面建设小康社会和生态文明建设的目标依然存在较大差距。在经济保持持续增长和资源环境约束趋紧的双重压力下，中国在“十三五”期间面临着十分紧迫的绿色增长需求。

　　研究结果显示，我国资源能源消耗量大和利用效率不高的总体形势短期内仍将持续。能源消耗和二氧化碳排放总量分别从1990年的9.9亿吨和22.9亿吨上升到2014年的42.6亿吨和99.3亿吨，均增长了3.3倍。2013年，中国GDP约占全球12%，但消耗了全球21.7%的能源、46.5%的钢和58%的水泥。其中，煤炭消耗量达38亿吨，相当于世界上其他国家的总和，是排在第2位的美国煤炭消费量的3倍多。

　　与此同时，中国单位GDP能耗是全球平均水平的近2.5倍，亚太地区平均水平的2倍。以重工业化为特征的经济结构以及粗放的发展方式给中国的绿色增长带来了根源性障碍，要在短期内扭转这种形势存在极大难度。

报告称，“十三五”我国环境承载力仍将处于严重超载阶段。以大气污染物为例，按照环境空气质量二级标准测算的全国SO2、NOX最大允许排放量（即全国333个地级城市PM2.5年均浓度全部达标情景下的大气环境容量）分别为1363万吨和1258万吨。而2014年这两项污染物的排放总量分别超过环境容量的45%和65%。可以预见的是，即使“十三五”期间主要污染物排放的叠加总量达到峰值并迅速下降，中国仍将处于环境承载力的严重超载阶段，环境质量难以在短期内得到全面改善。

图1 2001-2014年中国主要污染物排放量的变化趋势

http://news.sina.com.cn/green/sd/2015-11-16/doc-ifxksqiv8389165.shtml

从图1中可以看到，由于严厉的调控措施，2011年以来中国主要污染物排放量直线下降，但月此同时中国GDP也跌破7%，雾霾重灾区北京、河北、东北排名最后。

根据各省份公布的前三季度经济数据，北京GDP同比增长6.7%，比上半年增速回落0.3个百分点，比全国低0.2个百分点。在已公布的27个省份中，排名倒数第三。北京、上海、河北、吉林四省（区、市）低于全国6.9%的平均水平，其余23个省份GDP增速高于全国6.9%的平均水平，其中17个省份为中西部省份。

http://news.sznews.com/content/2015-10/28/content_12405820.htm

治理雾霾对经济发展的影响是显而易见的，但没有公布这方面的统计数据。

   北京市环境保护局于2015年1月4日通报2014年北京市环境状况。通报称，2014年北京的PM2.5优良天数累计达204天，重污染天数累计为45天。数据显示，北京PM2.5年均浓度为85.9微克/立方米，相比2013年下降4.0%。

　　据北京市环境保护监测中心主任张大伟介绍，2014年北京的PM2.5一级优天数为93天，相比2013年大幅增加22天；二级良天数为111天；五、六级重污染天数累计出现45天，相比2013年减少13天。

　　数据显示，2014年北京PM2.5年均浓度为85.9微克/立方米，同比下降4.0%，与年均35微克/立方米的国家标准仍有较大差距。

　　数据显示，北京在2014年持续推进清洁空气行动计划，共削减燃煤260多万吨、淘汰老旧机动车超47万辆、调整退出污染企业392家、减排挥发性有机物1.56万吨。

　　经初步测算，2014年，北京的二氧化硫和氮氧化物的排放总量相比2013年均下降7%以上，成为污染减排幅度最大的一年。其中，二氧化硫减排7200多吨，氮氧化物减排1.8万吨。

http://www.maikap.com/wumai/156.html

显然，北京、上海、河北、吉林四省（区、市）所占全国GDP的比重大，拖了全国经济发展的后腿。

GDP与雾霾同升同降，治理雾霾的代价不容忽视。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-935786.html

中国近两年出现严重的大范围雾霾，引发社会高度关注。一些专家、学者(以及一些地方政府官员)借鉴英国伦敦和美国洛杉矶治理雾霾的经历，认为中国也需要用30年左右。

全国政协委员、中国气象局原局长秦大河说，之前所谓要等30年的说法太久，但三五年解决也不现实。

秦大河分析，雾霾和温室气体的排放是一个问题的两个方面，2012年我国二氧化碳排放量大概是80亿吨，占世界的1/4。

我们驱散雾霾还要等多久？秦大河坦言无法给出明确的答案。他介绍了西方发达国家的经验。“1948年美国出现严重雾霾天气的时候，比我们这个还要严重。随后美国在四五年之后立法，改善了环境。英国在1952年出现伦敦的烟雾事件，他们在四五年以后也立法了。中国最近这两年出现了雾霾问题，环保也立了法。”他指出，中国的难处在于，我们的能源来源70%是煤炭，短时间内很难克服。“如果我说我们也要30年，老百姓感到很失望；如果我们说只要三五年，那是不符合实际的。”他认为，雾霾天气何时消失要取决于能源结构的变化、产业结构的变化以及全体人民共同努力的结果。

目前中国雾霾地区有四个：京津冀、珠江三角洲、长江三角洲、四川盆地。秦大河说，这四个地区连片起来的话，去年雾霾最重的时候一度达到200万平方公里。秦大河认为，当务之急，还要在科学和技术上狠下功夫，要有自己的绿色产业和技术，以此提高单位能耗的产值，从而降低雾霾天气和二氧化碳排放量。

http://js.people.com.cn/html/2014/03/10/294070.html

图2中国大陆1965年以来化石能源消费的年变化：

学者蒋大和最近指出，中国“雾霾”的首要来源在“烧煤”中排放的二氧化硫和氮氧化物。

2014年中国大陆消耗煤炭1962.4（百万吨油当量），美国453.4，印度360.2。因此中国消耗煤炭是美国的4.33倍，印度的5.45倍。但是人口呢？中国2013年底13.6782亿，美国2013年4月3.1574亿，中国也差不多是美国的4.33倍。因此，从总量看，中国消耗煤炭惊人，世界第一。但从人均看，中国每人消耗煤炭和美国人持平。但是石油和天然气呢？

所以，不能简单指责我们烧煤多：我们人口多。美国人按人均算，烧煤和我们相当（1:1），大大多烧了石油（6.96: 1）和天然气（19.7 : 1）！

2014年人均能源消耗比较（下载应用了联合国人口署2014年的数据），单位：吨石油当量/人。因为沙特和新加坡的人均耗油量太高，在图中去除了，以便和其他国家比较。美国、加拿大和澳大利亚人均消费高是在意料之中，但韩国比较日本人均消费高是较少想到的。

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=609047&do=blog&id=935004

空气污染浓度与污染物排放量和空间大小有关，科学的划分应该以这两种因素为主。中国“雾霾”的首要来源在“烧煤”中排放的二氧化硫和氮氧化物。以2014年化石能源消费的年变化量计算，中国领土面积为960万平方公里，美国为963万平方公里，印度为298万平方公里，计算结果表明，中国空气中污染物的平均浓度为美国的4.33倍，印度的1.7倍，是污染程度最大的国家。

从2015年11月7日开始，辽宁遭遇大范围雾霾。辽宁省除丹东、朝阳、葫芦岛外，其余11个城市达到重度污染以上。其中，营口、鞍山、沈阳、盘锦、铁岭、辽阳6市达到严重污染（AQI超过300），首要污染物为PM2.5。

8日，雾霾。辽宁省14个市中11个城市均为重度污染以上，其中沈阳、鞍山、本溪、营口、辽阳和铁岭6个城市AQI日均值达到500（微克／立方米）爆表级别。沈阳市尤为严重，属六级严重雾霾污染，全市PM2.5均值一度达到1155（微克／立方米），局地雾霾指数一度突破1400（微克／立方米）。从8日上午10时30分，沈阳市重污染天气应急指挥部启动重污染天气二级（橙色）应急响应，下午3时30分，因雾霾污染进一步加重，应急响应升级为一级。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-934649.html

辽宁和东北的雾霾与冬季采暖有关，四川没有冬季燃煤采暖，也没有冬季雾霾增强的报道。东北2015年11月雾霾新记录为燃煤增加雾霾提供了证据。

http://www.ithome.com/html/it/188517.htm

二、研究雾霾发生的条件和规律

既然短期内污染物排放问题不能完全解决，而严重污染时期占全年比例很小，那么我们就必须研究雾霾发生的条件和规律，在雾霾发生前做好防控的准备。

北京市环境保护局于2015年1月4日通报2014年北京市环境状况。通报称，2014年北京的PM2.5优良天数累计达204天，重污染天数累计为45天。2014年北京的PM2.5一级优天数为93天，相比2013年大幅增加22天；二级良天数为111天；五、六级重污染天数累计出现45天，1-4级污染天数累计出现116天。

如果我们在45天严重污染时期加大临时应急措施，就可以大大减轻雾霾对居民的伤害，对经济发展也不会产生太大影响，我们不妨称之为雾霾假期。

雾霾发生的条件有两个：污染物排放量达到一定标准，静稳天气条件不利于污染物扩散。所以，在污染物排放稳定的条件下，天气条件就是重要因素。天气变化遵循自然规律，因此，雾霾发生也与自然条件有关，存在自然规律。

1.      雾霾的18.6年月亮赤纬角周期

从图1中可以看到，2011年以来中国主要污染物排放量直线下降，为什么2013年开始中国雾霾会更加严重？从图3中可以看到，1959-1960年、1977-1979年、1995-1997年、2014-2016年为月亮赤纬角最小值，对应中国雾霾的峰值，1968-1970年、1986-1988年、2005-2007年为月亮赤纬角最大值，对应中国雾霾的谷值。

2014年气象主播宋英杰展示了一张50年以来的雾霾演变趋势图，来自于全国气象观测的统计分析，显示从1961至2013年的前30年中，也就是上世纪90年代以前，全国的混沌天气以“雾”为主，且每年雾天数量基本稳定在25~30天上下。同期霾天的数量有缓慢增长，从微不足道的接近于0天逐步增加到90年代的每年7~8天，此时霾与雾的比例为1：3。

   而从90年代以后，趋势发生剧烈变化，雾和霾开始“此消彼长”的转化过程，到2013年，霾日远远超过雾日，数量比例逆变为3：1。

图3 1960-2014年雾霾演变趋势图

但这张图表所提示的秘密，还不止于此。

   首先，自1993年以后，平均雾天数量开始逐年线性下跌，至2013年已接近个位数。

   但霾天并没有同步急涨，而是在1980~2000年之间保持“稳定”，年均7~8天，直到2003年之后开始“提速”，尤其在2012~2013年度，突然出现了一个可怕的直线增长，一跃达到了近40天——这完全无法令人相信是描述自然界变化的曲线，在任何科学领域都完全是“突变”，而不是什么“趋势”。

   这提示官方的统计数据很可能是有问题的。历年来雾+霾的总天数保持稳定，这似乎是一个规律，因为雾和霾其实有一定共性条件和成因，比如都有赖于静风天气等。但在1993~2003年之间，在雾天急跌的过程中，霾天却并未相应随涨。

直到2013年的监测数据相对还原了“总量平衡”，因此造成了图表上非常突兀的“急跳”。

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4934cc2b0101sehs.html?tj=1

http://club.kdnet.net/dispbbs.asp?f=w&ctid=134826&boardid=1&id=9989754

比较图2和图3，中国大陆1965年以来化石能源消费的年变化在2001年开始提速，在2013-2014年达到峰值，与雾霾“直到2003年之后开始“提速”，尤其在2012~2013年度，突然出现了一个可怕的直线增长，一跃达到了近40天——这完全无法令人相信是描述自然界变化的曲线”相对应。但是，化石能源消费的年变化不是直线式增长，而是抛物线式增长，这里必有其他因素在起作用。

根据图3，中国主要污染物排放量从2002年到2005年快速上升，形成一个峰值，此后逐年下降，再2010年又开始上升，2011年达到峰值，此后又下降，直到2014年。这与“雾霾在2012~2013年度，突然出现了一个可怕的直线增长”并不符合，表明其他因素的作用非常强劲。

   我们在2013年10月29日指出，2014-2016年为月亮赤纬角最小值时期，潮汐南北震荡幅度变小，冷空气活动减弱，有利于雾霾天气的生成。

2013年雾霾天气加重只是前兆，今后三年可能持续加重。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-737194.html

我们在2013年12月5日指出，月亮赤纬角最小值有利于雾霾天气：今后三年持续加重。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-747141.html

2014年开始至今，在全球范围内，极端天气频发。暴雪、龙卷风、暴雨、强震、高温、低温冻害、中国雾霾等灾害频繁发生，很多人将其归因于尚未发生的厄尔尼诺现象，颠倒了因果关系，忽视了真正的灾害元凶。我认为，全球灾害频发的原因在于2014至2016年正处于月亮赤纬角最小值时期。

http://epaper.lnd.com.cn/html/lnrb/20140523/lnrb1385868.html

   我们在2015年1月25日指出，厄尔尼诺和最热年可能重现江湖。如果2015年发生厄尔尼诺事件，高温、干旱、洪水将接连发生。监测厄尔尼诺非常关键。

2014年为太阳黑子峰值，2014-2016年为月亮赤纬角最小值时期，2015年如果发生较强厄尔尼诺，那么2015年的严重灾害将持续发生：强震、流感、旱涝、雾霾和严重低温冻害。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-877952.html

http://wap.sciencenet.cn/blogview.aspx?id=904983

我们的研究表明，2014-2016年月亮赤纬角极小值是导致我国雾霾高发的天文背景，2015年12月至2016年1月为弱潮汐时期，增强我国的季节性雾霾。2015年厄尔尼诺和高温干旱是雾霾高发的气象条件。2015-2016年雾霾高发不可避免，减轻雾霾是一项极其艰巨的任务。

我们在2014年4月撰文指出，1998年是最热的年份，1995-1997年月亮赤纬角最小值产生的弱潮汐南北震荡是原因之一；自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，2005-2007年月亮赤纬角最大值产生的强潮汐南北震荡是原因之一。当月亮在南（北）纬28.6度（月亮赤纬角最大值）时，高潮区在12小时后从南（北）纬28.6度向北（南）纬28.6度震荡一次，大气和海洋的南北震荡将产生巨大的能量交换并搅动深海冷水上翻到海洋表面降低气温。这是以18.6年为周期的潮汐南北震荡作用比其他周期的潮汐东西震荡作用更显著的原因。太阳在南北回归线时也会产生潮汐南北震荡运动。2014-2016年月亮赤纬角最小值可能导致中国干旱和全球高温（杨冬红等，2008）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-929003.html

月亮赤纬角最大值形成大气和海洋潮汐南北震荡的最大振幅（南北纬28.6度之间），形成赤道和两极最强烈的冷热交换，导致赤道和低纬度地区变冷，两极和高纬度地区变暖；月亮赤纬角最小值形成大气和海洋潮汐南北震荡的最小振幅（南北纬18.6度之间，比最大值减少了三分之一还强），形成赤道和两极最微弱的冷热交换，导致赤道和低纬度地区变暖，两极和高纬度地区变冷。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-864772.html

2014-2016年月亮赤纬角最小值是中国雾霾高发的重要原因。2017年开始中国雾霾会明显减弱。

2.      雾霾的半年周期

根据月亮赤纬角极值与日月大潮的叠加可计算得出，每年11月至次年1月的潮汐组合类型有利于雾霾的形成，每年2月-4月的潮汐组合类型不利于雾霾发生；每年5-7月潮汐组合类型有利于雾霾发生，每年8-10月潮汐组合类型不利于雾霾发生，潮汐组合类型转化的周期为6个月。这个半年周期是固定的，每年都是这样（杨冬红等，2007a）。与雾霾季节性相叠加，雾霾频发期是每年的1月和12月。

吴兑等人指出，1951-2005年中国大陆霾的时空分布特征明显，就中国大陆而言，12和1月霾天气日数明显偏多，2个月霾日数的总和达到了全年的30%；9月霾天气日数最少，约占全年的5%（吴兑等，2010）。这一研究结果与潮汐类型的划分完全一致。2013年的中国雾霾首发在1月，并于12月进入高潮。预计2014年1月会仍保持高发态势。作者的理论推导在科学网上得到2014年1月实践的验证，表明大气潮对天气和雾霾影响的真实存在。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-929003.html

3.      雾霾和冷暖的13.6天周期

月亮赤纬角变化还会产生27.3天和13.6天的大气潮和海洋潮南北震荡幅度变化周期，对形成雾霾的静稳天气有重要影响（Li G Q, 2005）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-935223.html

我们在2015年11月3日指出，从11月12-15日潮汐组合开始，强潮汐出现在月亮赤纬角最大值，有利于厄尔尼诺和雾霾的发展。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-933084.html

  2015年11月至2016年1月雾霾进入高潮。

11月12-15日潮汐组合是重要的雾霾变强预兆。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-933228.html

   这一预测到到证实。

潮汐组合C：11月12日为日月大潮，11月15日月亮赤纬角极大值南纬18.1954度，两者强叠加，潮汐强度大，地球扁率变小，自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），潮汐使赤道空气向两极流动，可激发地震火山活动和暖空气活动，有利于低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气（强）。

潮汐组合D：11月19日为日月小潮，11月21日为月亮赤纬角最小值南纬0.0003度。两者强叠加，潮汐强度变小，地球扁率变大，自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），潮汐使赤道空气向两极流动，可激发地震火山活动和冷空气活动（弱）。

潮汐组合E：11月26日为日月大潮，11月24日为月亮近地潮，11月28日为月亮赤纬角最大值北纬18.2301度。三者弱叠加，两者强叠加，地球扁率变为最小，地球自转变为最快，有利于厄尔尼诺发展（强），潮汐使赤道空气向两极流动，可激发地震火山活动和暖空气活动，有利于低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气（强）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-932185.html

由潮汐组合C转变到潮汐组合D，需要13.6天。潮汐组合C和D是同一类型。除对雾霾的影响外，潮汐类型的转变也引发冷暖的交替。这一周期变化可以事前预知，对预防雾霾有重要作用。我们在科学网上定时给出每月的潮汐组合。

4.      厄尔尼诺对雾霾的影响

厄尔尼诺当年中国北方一般发生严重干旱和高温，有利于雾霾的生成。从图3 中可以看到，1963、1965、1972、1976、1979、1982-1983、1986-1988、1992-1995、1997-1998、2002、2006、2009、2015年的厄尔尼诺都对应雾霾峰值。

三、雾霾自然高发期要加大防控力度

1-4级空气污染天数较多，大于100天左右，占一年的三分之一。目前我们是一周中工作5天，休息2天，可考虑在雾霾天实行串休。

5-6级严重污染天数较少，可考虑放雾霾假。

除此之外，根据雾霾程度，可考虑如下临时应急措施：

停止一切污染企业生产；

停止一切车辆行驶；

仅仅允许公共交通运营；

允许特殊车辆行驶；

学校和幼儿园放假；

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.

杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014,29(2): 610-615.