全球空气质量地图揭示的PM2.5自然因素

                              杨学祥，杨冬红

日本西部多地近日空气中的PM2.5数值超标，被认为是受中国北方雾霾天气殃及。我们提出了不同的观点，认为与大气环流导致的污染物集聚和扩散有关，污染源不是中国，而是永久悬浮在印度大部分国土上空的“大气棕云”(atmospheric brown cloud)，杜乐天很早就提出的地下排气是大气污染重要的自然原因，一场大是大非的科学争论不可避免[1，2]。

目前我们对PM2.5的认识

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

据网上资料报道，PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物等。

美国国家航空航天局（NASA）2010年9月公布了一张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM2.5的密度。地图  全球空气质量地图由加拿大达尔豪斯大学的两位研究人员制作。他们根据NASA的两台卫星监测仪的监测结果，绘制了一张显示出2001年至2006年PM 2.5平均值的地图。在这张图上红色（即PM2.5密度最高)，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。在这张2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。世界卫生组织(WHO)认为，PM2.5小于10是安全值，而中国的这些地区全部高于50接近80，比撒哈拉沙漠还要高很多。　

全球空气质量地图

图1  2001-2006年间平均全球空气污染形势图

PM2.5高密度地区全球分布四大特征

PM2.5高密度地区的全球分布有四大特征：其一、集中在陆半球，而不是水半球；其二、集中在连成一片的内陆地区；其三、集中在北纬30度线附近，特别是以北纬30°线以北地区的污染物浓度最大，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部；其四、全球PM2.5最高的地区伴随最大的陆地地震带——欧亚地震带走向分布，而最大的环太平洋地震带因为频临海洋，所以PM2.5浓度增大不显著。

自然原因被忽略

人类的妄自尊大表现在处处以我为中心，自以为是世界化石燃料的唯一消耗者。事实上，化石燃料的形成需要苛刻的地质条件，即便是已经形成，由于构造运动的破坏和地震火山活动，石化燃料的自燃也是PM2.5产生的主要来源。天然气自燃、煤矿自燃、森林大火、草炭层自燃遍布全球，内蒙古乌达煤矿地火自燃50年不灭，作为中国最大的煤田火区之一，内蒙古乌达煤田火区世界闻名。它已自燃了50年之久。四川的天然气自燃历史更为悠久。

http://news.qq.com/a/20101005/000380.htm#p=1

在这张2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。撒哈拉沙漠地广人稀，PM2.5的来源值得研究。

撒哈拉沙漠约形成于二百五十万年前，乃世界第二大荒漠，仅次于南极洲，是世界最大的沙质荒漠。它位于非洲北部，气候条件非常恶劣，是地球上最不适合生物生存的地方之一。其总面积约容得下整个美国本土。“撒哈拉”是阿拉伯语的音译，阿拉伯语撒哈拉意即“大荒漠”，位于阿特拉斯山脉和地中海以南(约北纬35°线)，约北纬14°线(250毫米等雨量线)以北，西起大西洋海岸，东到红海之滨。

（1）北非位于北回归线两侧，常年受副热带高气压带控制，盛行干热的下沉气流，且非洲大陆南窄北宽，受副热带高压带控制的范围大，干热面积广。

（2）北非与亚洲大陆紧邻，东北信风从东部陆地吹来，不易形成降水，使北非更加干燥。

（3）北非海岸线平直，东侧有埃塞俄比亚高原，对湿润气流起阻挡作用，使广大内陆地区受不到海洋的影响。

（4）北非西岸有加那利寒流经过，对西部沿海地区起到降温减湿作用，使沙漠逼近西海岸。

（5）北非地形单一，地势平坦，起伏不大，气候单一，形成大面积的沙漠地区。

20世纪50年代以来，沙漠中陆续发现丰富的石油、天然气、铀、铁、锰、磷酸盐等矿。随着矿产资源的大规模开采，改变了该地区一些国家的经济面貌，如利比亚、阿尔及利亚已成为世界主要石油生产国，尼日尔成为著名产油国。沙漠中也出现了公路网、航空线和新的居民点。http://baike.baidu.com/view/18085.htm

显然，北非的干旱炎热气候有利于地下化石燃料的自燃，是PM2.5密度高的一个原因。由于人烟稀少，撒哈拉沙漠PM2.5密度高，不能用人为化石燃料燃烧来解释，其地理位置位于阿特拉斯山脉和地中海以南(约北纬35°线)，北纬14°线(250毫米等雨量线)以北，不是北纬30°线以北的污染物浓度增大区[1]，唯一的合理解释就是地下化石燃料自燃、地下排气和沙尘天气的污染。

2001-2006年间平均全球空气污染形势图显示，PM2.5高密度地区分布北半球的北纬14°~ 40°之间内陆地区，表明高温干旱是重要因素。而在海洋、两极和高纬地区PM2.5密度很低，因为它不利于化石燃料的自燃。

全球PM2.5最高的地区伴随最大的陆地地震带——欧亚地震带走向分布，而最大的环太平洋地震带因为频临海洋，所以PM2.5浓度增大不显著。这一特征也是化石燃料自燃、地下排气导致撒哈拉沙漠PM2.5密度高的原因之一。北非的北部边缘就处于欧亚地震带。

香港大学岳中琦认为2013年1月11日云南大滑坡是山崩气喷的，2008年5月12日四川汶川8.0级地震的罪魁祸首乃天然气。
http://blog.sciencenet.cn/blog-51597-39112.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-656490.html?COLLCC=3017218727&

本博主在1月10日指出，近两个月以来，降温与潮汐组合有很好的对应关系。12日全国大部回温，与9-12日强潮汐组合对应，这是值得关注的反常，增温显著地区可能与地下热能释放有关。

大气环流的影响

最近的研究表明，笼罩在南亚大部分地区的“亚洲棕云”处于赤道低纬度地区，在热气流的上升过程中向高纬度地区漂移，在北纬30度下沉。一部分向南运动形成东风带，影响我国的南部省份，维持低纬度亚洲棕云的稳定存在；另一部分向北运动，形成西风带，影响我国北部省份、蒙古、南韩和朝鲜。由于纬度圈的周长随纬度的增大而缩小，所以污染物从低纬度到高纬度是一个浓度增大的过程，从高纬度到低纬度是浓度减少的过程。北纬30度线以北地区是污染物集中的地区，如兰州、太原、乌鲁木齐、北京、济南、西宁、西安、沈阳、合肥、成都、武汉、石家庄、杭州、天津、郑州、南京、银川、重庆等城市[1]。

2001-2006年间平均全球空气污染形势图显示，PM2.5高密度地区集中在北纬30度线附近，特别是以北纬30°线以北地区的污染物浓度最大，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。这表明，大气环流对污染物的集聚和扩散起重要作用。中国的华北、华东、华中是PM2.5高密度区的原因，不仅在于当地的人为污染，而且在于大气环流对污染物的集聚作用。

参考文献

1. 杨学祥，杨冬红。日本PM2.5数值超标是谁的责任？ 2013-2-9 07:47 科学网。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=660678

2. 杜乐天：对今年一月份我国霾雾重灾原因的浅见补遗。2013-1-31 05:56科学网。 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-658087.html