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日本中西部、朝鲜半岛和中国东部严重雾霾的可能共同成因

已有 4502 次阅读 2016-10-23 12:00 |系统分类:海外观察

日本中西部、朝鲜半岛和中国东部严重雾霾的可能共同成因

岳中琦

今年10月,冬季没有供暖开始,北京就发生了严重雾霾天气。中国科学报在2016年10月19日发布了“专家称精细治霾就要‘啃以前难啃的骨头’”的报道http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/10/358668.shtm。其中写道,环保部通报直指机动车超标排放是北京雾霾的原因。

在这种情况下,我就把,在2013年和2015年撰写和发布的两篇相关博文,放在了我的手机微信moment。再次向微信群里朋友介绍,我的中国东部近年来严重雾霾地质地震成因观点。这两篇科学网博文题目分别是“我国东部大范围雾霾的最可能成因:地下海量气体的异常逸出”http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-748186.html和“北京2015年11月份雾霾与地震关系的时空序列分析”http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-942178.html。目的是,引起微信群里朋友的关注雾霾天气成因的可能自然(地质)原因。

19日晚夜,香港大学驻北京招生办的同事在微信中写道:“岳老师,救命啊,这次好严重,已经连续好几天了……我们生活在一片黑暗,……”。这令我心痛,更加感到,雾霾天气事态严重。不得不再深入调查和研究,到底这些严重雾霾天气是如何形成的!

特别地,我在微信群写道写了以下的总论:“2011年3月11日东日本9级大地震后,中国华北和东北的地壳被水平向东拉伸了。这造成了地壳构造、力学和物理的突然有序变化:微地震东移、地壳岩体孔隙增大。地下各种气体就容易被微地震震出来了。这给华北、东北和华中的广泛地区提供了大量雾霾气体物源。因此,我国东部,雾霾天气也就容易突发形成了。

2011年4月9日的博文“日本地震和天然气成因http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-431255.html中,我介绍了东日本大地震造成的日本岛中西部和朝鲜半岛地壳东移的情况。日本中部主岛向东移动了2到4米,朝鮮半岛地壳向东移动了数厘米。特別地,首尔地壳东移动了2.11厘米。参考文献[1]进一步地给出了,东日本大地震导致的我国东部地壳水平向东移动的具体数据和分布(图1)。这种东部地壳突然大幅度东移可能至今还没有完成、还在继续进行。

因此,2011年3月11日东日本大地震造成的中国东部地壳东移,在时间和空间上,同自2012年以来,中国东部(包括华北、华东和东北)突发严重雾霾天气发展迅速,是相当一致的。

2表示了,中国东部的历史地震分布图。最为著名的是,1966年7.2级邢台地震,1969年7.4级渤海地震,1975年7.3级海城地震,1976年7.8级唐山地震,以及1933年7级菏泽地震和1830年7.5级磁县地震。可见,雾霾天气严重的地区都是地震活跃地区。图3表示了,中国东部的油气田和煤田分布图。可见,雾霾天气严重的地区地下大都有油气田区或煤田。环保部公布的2015年全国74个城市的空气质量情況中,最差城市的10个城市为保定、邢台、衡水、唐山、郑州、济南、邯郸、石家庄、廊坊和沈阳。它们均在东日本大地震造成的地壳水平向东拉伸区和地震带,它们的地下均富有油气和煤田。油气田和煤田中有大量气体。

众所周知,地震可以造成大范围、大面积地面波动、振动和晃动。由于东日本大地震造成的中国东部地壳岩体的向东水平拉伸,改变了地下岩体的应力场和变形场。它也改变了东部的微小地震的时间和空间活动性。2016年2月24日,中国科学院大学石耀霖院士在香港做了题目为“漫谈数值地震预报”报告http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-958646.html。在报告中,石院士指出,根据他们的的计算和分析,东日本大地震造成了我国东部东西向应力引张从东向西应力变化量级从数千到数百帕斯卡(Pa)。

从这些地表东移观测和地应力场计算分析可知,中国东部岩体孔隙均可增大。地震(微小地震)可以快速地、大范围地将地下岩体、油气田和煤层中的各种气体和粉尘带到大气中。在适合的气象条件下,微小地震动可导致的气体和粉尘或许可以形成雾霾。

在微信群中,有北大地质系79级同学问,1966年邢台地震、1969年渤海地震、1975年海城地震和1976年唐山地震之后,华北地区有没有大面积的雾霾?

恰好,我研究了相关的雾霾天气资料(参考文献[2])。图4给出了1961年到2011年华北地区每年的霾天数。可见,华北霾天数是从1966年邢台大地震后开始每年增多,一直到1979年才开始下降。在1983年达到小低谷,再上升。到1988年到高峰。之后,就一直下降,到1995年见底谷。之后,年霾天数变化有限。这种年霾天数的变化恰好同这段时期华北地震活动性一致。

5给出了1961年到2011年东北地区每年的霾天数。可见,东北霾天数是从1961年到1980年仅有1到3天,从1981年到2011年,几乎都是小于一天。但是,大家知道,自2012年以来,东北(哈尔滨、长春和沈阳)时常发生严重雾霾。当然,多年来,大庆开采了大量地下石油和天然气,大庆市的雾霾天气应该相对较轻(这纯是我的推论,需要验证)。推论是不正确的!今天朋友微信告诉,大庆、绥化、哈尔滨,雾霾极其严重,空气质量等级:极度污染。长春PM2.54872016115日星期六,参见附件图A1


没有想到,这位同学思路敏捷,他又再问我,北朝鲜有没有雾霾?

现在人们总是把北京和中国东部其它城市突发严重雾霾天气的成因归咎于人类各种工业活动因素。北朝鲜的工业活动应该相对较低。如果严重雾霾天气仅仅是过工业活动造成的,那么,北朝鲜应该不会发生雾霾。在另一方面,如果中国东部突发严重雾霾是东日本大地震造成的,那么北朝鲜也应该在这段时间发生严重雾霾天气。

在这个疑问的指引下,我就在网络上查询北朝鲜的雾霾天气情况。没有想到,北朝鲜和南韩(或整个朝鲜半岛),在2012年以来,均有突发严重雾霾天气发生。具体情况参见以下的新闻报道:

1)高清:朝鲜韩国雾霾严重 中国北方雾霾消散,来源:人民网-国际频道;2014年02月26日14:41:http://world.people.com.cn/n/2014/0226/c1002-24470869.html

2)韩媒“统一口径” 只要空气不好便称雾霾来自中国,来源:环球网,国际新闻; 2015-03-1302:18:00:http://world.huanqiu.com/exclusive/2015-03/5896141.html

3)韩媒:朝鲜半岛雾霾严重 民众抢购口罩空气净化器,来源:中国新闻网;2015年10月22日 09:47:http://www.chinanews.com/gj/2015/10-22/7583109.shtml

4)韩国出治霾新政 但没搞清雾霾来自烤鱼还是中国,来源:第一财经世界;2016-07-02 20:55:http://www.yicai.com/news/5037081.html

我又进一步地在网络上查询日本的雾霾天气情况。同样地,日本中部和西部(东日本大地震震中以西南地区),在2012年以来,均有突发严重雾霾天气发生。具体情况参见以下的新闻报道:

5)日本惊呼中国雾霾“飘来了”,来源:环球时报;2013年02月05日07:34:46:http://news.xinhuanet.com/world/2013-02/05/c_124322292.htm

6)日本各地PM2.5浓度升高 城市为雾霾高发地,来源:环球网;2014年02月27日:http://www.chinanews.com/gj/2014/02-27/5892225.shtml

7)日韓陷霧霾 矛頭指中國,来源:星岛日报,2014年02月28日00:03:http://sina.com.hk/news/article/20140228/0/1/4/%E6%97%A5%E9%9F%93%E9%99%B7%E9%9C%A7%E9%9C%BE%E7%9F%9B%E9%A0%AD%E6%8C%87%E4%B8%AD%E5%9C%8B-4463409.html?cf=o.news

8)日本官员澄清:中国雾霾“飘”到日本没定论,来源:环球时报;2014-12-1010:06:00:http://world.huanqiu.com/exclusive/2014-12/5233630.html

9)日本九州出现高浓度PM2.5能见度不足10公里,来源:环球网;2016-01-0507:33:00:http://world.huanqiu.com/exclusive/2016-01/8316470.html


现在,人们总是把突发严重雾霾天气的成因归咎于人类各种工业活动因素。因此,韩国和日本媒体(或民众)总是认为,当地雾霾物源应该来自中国的雾霾天气(图6)。这种当然的观点是很有市场。它基于以下事实:韩国和日本的工业活动不强烈且已经受到严格的环境保护限制,北朝鲜的工业活动应该更有限;相反,中国(特别是东部)工业活动强烈且环境保护限制相对有限。工业活动和人类活动是要排出各种大量气体到大气中去的。大气又是水平和环向流动的。

这就形成了日本中西部、朝鲜半岛和中国东部突发严重雾霾天气的第一个可能共同成因。

我不认同这第一个可能共同成因!

现在,我给出了日本中部和西部、朝鲜半岛和中国东部突发严重雾霾天气的第二个可能共同成因。

这第二个共同成因就是,东日本大地震导致了日本岛中、西部地壳、朝鲜半岛地壳和中国东部(华北、华中和东北)地壳水平向东移动(图1)。它造成了当地的地应力场东西向压应力微降、东西向拉张应变微增、岩体孔隙微增和地震活动变化。在当地地震(或微小地震)作用下,距离震中数十公里或百公里空间范围内的、地下岩体孔隙内部储存的各种气体,就会有不同程度的、同一时间的活动、溢出和排出地表。它们就可向大气,突然提供大量雾霾气体粉尘霾源。在当地有利气候的配合下,它们就可产生突发大面积大范围的雾霾天然。这种有利气候包括,无风,弱风,天晴和低大气压强。1给出了,大气风力、人为活动和微震活动三类因素可能导致的27种晴朗和雾霾天气程度的结果。

根据张学文先生的建议,这个表可以用以下数学公式表示:


我相信,随着时间的推移和与雾霾天气事件相关的规律认识增多,人们会对这三个地区严重雾霾的真正成因有更加客观的认识和理解。特别地,过去和将来,一定会发生,日本、韩国和朝鲜的严重雾霾天气与中国(东部)严重雾霾天气不在同一段时间发生。它们分别发生在不同的时间段(时间间隔天数大)。这种事件将会使得人们对第一个共同成因产生质疑,也将会增加对第二个共同成因的理解和信心。

如果第二个共同成因是正确的话,我相信,这三个地区的突发严重雾霾天气将会随着它们所在地壳东西向挤压地应力的增大而逐渐消失。这段时间可能在10到20年之间(从今天开始)

参考文献:

[1] 谭成轩、胡秋韵、张鹏、丰成君、秦向辉,2015。日本MW9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义探讨,《地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)》,第22卷第1期:345-359;作者单位:中国地质科学院地质力学研究所,国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室,和中国地质调查局

[2] 丁一汇,柳艳菊,2014。50 年我国雾和霾的长期变化特征及其与大气湿度的关系,《中国科学: 地球科学》,第 44 卷第 1 期: 37-48;作者单位:中国气象局国家气候中心

2016年10月23日11:16写成于香港大学黄克競楼办公室


附件:图A1 http://news.mydrivers.com/1/506/506247.htm






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