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中国城市霾污染分布蛋形结构的启示 精选

已有 6946 次阅读 2015-3-3 05:20 |个人分类:科研试验|系统分类:科研笔记| 雾霾, 穹顶之下, 空气污染, 遥感监测

《穹顶之下》的发表在世界范围引起了巨大的冲击和反响。翔实的调查,推论和分析,以一个母亲的名义向我们的企业,行政部门以及整个社会呼吁,解决严重的霾污染问题时不我待。纵观《穹顶之下》,就是作者指出的三个问题:雾霾是什么?它从哪里来?我们怎么办?

雾霾是什么?雾是自然现象,霾主要是人类活动的结果。实际上,我们的周围霾无时不在,只是强度不同而已。一定强度的霾遇到了相对大的雾,就可能形成大规模的雾霾现象。大气环境和我们的身体都有自净能力。当空气中的霾强度超过了大气的自净能力,污染就会持续存在,还可能不断增强。如果通过呼吸进入身体的霾的成分超过了人体的自净能力,人类的健康就会受到损害。

那么霾到底是从哪里来的呢?可以说不同的区域,霾的来源不同。在重点的城市区域,通过每小时的空气质量监测,看到的是十到几十个点的零散分布和每个点24小时的连续曲线。很难给出霾污染详细的地理分布。“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。卫星遥感技术我们提供了直接监察霾污染源的工具。《穹顶之下》中引用的应当是公开发表的0.25-0.5公里分辨率的NASA-MODIS卫星图像,可以做大尺度或者说天气尺度的观测分析,但很难说明霾的形成和源。高分辨率(<10米)卫星图像可以直接用于霾生成源的监测分析,进一步甚至可以成为执法的依据。根据我们对中国几个城市的高分辨率卫星图像分析,霾生成源的分布基本都形成了一个蛋形结构(图1,a & b

1 a) 法国SPOT卫星图像(5米分辨率)北京市 2012/9/29), b)提取的霾分布层

12012929日,晴空,无风,北京市区的法国SPOT卫星图像(5米分辨率)和分离的霾分布层。可以明显地看出一个蛋形结构的分布。蛋黄和蛋清部分分别对应于市中心的汽车尾气和城市外缘扩展地区扬尘所造成的霾污染。通过卫星图像的谱分析可以断定,市中心区域汽车尾气造成的霾成分的颗粒的直径,远远小于城市外缘的扬尘,甚至远小于PM2.5。这种蛋形结构在北京市不同时间的卫星图像中,以及中国的其它城市的卫星图像中,也可以发现。

这个蛋形结构告诉我们,先不要责怪周围城市的污染对北京市的影响。北京市当地的空气环境本身就不健康,足以造成空气质量的超标污染。而由大规模的天气状况带来的其它城市的雾霾,只不过是雪上加霜,或者霜上加雪?

那么,面对这样的蛋形霾污染分布,我们应当怎么办呢?长期来说,当然,我们可以进行产业结构调整,汽车和汽油的质量改进等等。但这将是一个复杂的系统工程,政府和各个方面来参与和执行,至少需要几年甚至十几年时间。其实根据以上结果,我们在短期之内就可以对工地扬尘造成的霾污染源进行治理,没有难度,也不需要很高的成本,只要加大执法的力度,会很快见到效果。

表面上,看似蛋黄和蛋清的分布没有相互关系。实际上,城市外缘的扬尘直接影响到城市空气的自净能力,或者说促使城市的空气自净能力达到饱和。从而直接影响到市中心汽车尾气的扩散和分解。可以预期当城市外缘的扬尘得到有效的控制,市中心汽车尾气所产生的霾污染也将会同时得到改善。






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