雾霾天气的两个条件：大气颗粒物浓度和气象条件

           杨学祥，杨冬红

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。前一个是主要的内因，后一个是次要的外因。近年来雾霾频发，大气污染是元凶。雾霾的气象条件受天文因素控制，可以预测预报。

统计数据显示，我国雾霾天气成因具有明显的季节性变化。1981年至2010年，霾天气出现频率是冬半年明显多于夏半年，冬半年中的冬季霾日数占全年的比例为42.3%。

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

夏半年是3-8月，冬半年是1-2月和9-12月。扬城遭受雾霾袭城符合雾霾发生的这一季节性规律。

1． 扬城遭受雾霾袭城的季节性规律

截至2013年12月7日，扬城遭受雾霾袭城已持续一个星期。很多扬州人是第一次感受到雾霾的厉害，不禁感叹，原来雾霾并不是北京、上海一线大城市的“专利”。

   扬州雾霾到底从哪里来？一座森林生态城市，为什么也难逃雾霾之苦？雾霾对人体有哪些危害？如何防范雾霾之害？记者采访了中国社科院及国家气候中心等处权威专家。

  10月份起，雾霾天开始出现

   这场雾霾来得并不突然，环保及气象部门统计数据显示，进入10月份以来，雾霾天气就已开始出现，并愈演愈烈，到了12月以后，雾霾天气终于到了“最危险的时刻”。

  10月污染天气时常出现

   今年7、8、9三个月，扬州空气首要污染物为臭氧。进入9月份，我市首要污染物虽然仍为臭氧，但臭氧并未超标，因此扬州9月空气无污染。

   但进入10月份，扬州气温不断下降，紫外线也随之减弱，首要污染物从臭氧转为PM2.5，加上秋冬季节出现不利气象条件，空气污染物开始堆积。

   从10月开始，扬州污染天就时常出现。10月份，我市空气优秀天数为4天、良好19天、轻度污染7天、中度污染1天。在10月份的空气质量排行榜中，扬州位居全国第22位、全省第6位，环境空气质量综合指数为3.26，处于中上水平。

  11月末雾霾程度飙升

   进入11月以来，扬城的雾霾天气愈演愈烈。从11月20日晚上开始，江苏多地的PM2.5浓度就出现飙升。

   11月21日上午9：07江苏省气象台发布了霾黄色预警信号，南京、镇江、扬州、泰州、南通、苏州、无锡、常州的大部分地区已经出现中度或重度霾，能见度小于5000米且PM2.5浓度值大于等于150微克/立方米。

   当日，扬城发布了今年下半年首个雾霾黄色预警信号。扬州大部分地区已经出现中度或重度霾。

   11月22日，扬州雾霾黄色预警解除。持续污染多日的空气质量终于有了好转，扬州四个国控点空气质量AQI指数分别为——扬州监测站76、扬州四院97、扬州财政所105、邗江监测站97，虽然首要污染物依然为PM2.5，但是城区空气质量已向好。

  12月雾霾卷土重来

  11月雾霾刚刚结束，12月雾霾“卷土重来”。

   12月1日，江苏13个省辖市全部污染。其中南通、泰州、盐城、淮安、徐州五市空气质量为重度污染。江苏省环保厅发出了重度污染预警。扬城最低能见度5公里左右，虽然能见度不算低，但这样的霾天持续了一天。

   12月2日起，包括扬州在内的江苏13市都笼罩在雾霾中，江苏省13市全部重污染，首要污染物为PM2.5。从凌晨3点起，扬州空气质量指数（AQI）超200达重度污染。

   12月3日，扬州于12月3日凌晨3点正式启动重污染应急预案。全省均处在空气重度污染或严重污染状态。其中，盐城、连云港、淮安和泰州4个城市污染状态已达严重污染，空气质量指数（AQI）均超300，扬州空气持续现重度污染，PM2.5浓度均值为220微克/立方米，超标1.93倍。

   12月3日晚10时，省政府紧急发布二级预警，要求各地立即采取预警和应急措施，切实改善大气环境质量。扬州12月3日晚间出现短暂严重污染状态，次日凌晨再次降至重度污染，但空气质量指数AQI已接近300。

   12月4日，省气象部门发布大雾和霾的双色黄警。6时35分，扬州市气象台发布大雾黄色预警；上午9时许，变更为大雾橙色预警；晚7时16分，再次发布大雾黄色预警。

   当日，南京市教育局要求全市中小学幼儿园全部停课，扬州各学校也采取了雾霾应对措施。扬州市教育局表示，根据市政府预案，当空气污染级别达到一级时，中小学将启动停课机制。当日我市空气污染级别为三级。

   12月5日，从早晨5点起，扬州空气污染再升一级，AQI冲过300，达到“严重污染”级别。截至5日晚8时，全省13个地级市中，仅南通和宿迁为“重度污染”，扬州等其他11个城市均“严重污染”。5日晚8时，扬州AQI值高达354，当天傍晚，扬州市大气重污染应急领导小组办公室已发布“做好启动大气重污染二级预警准备工作的紧急通知”。

   12月6日，扬州灰霾污染天气持续加重。从凌晨5点开始，扬州市大气重污染应急领导小组决定将大气重污染三级预警提高到大气重污染二级预警。根据市教育局12月5日发布的《关于切实做好雾霾天气学校应急处置工作的紧急通知》，全市中小学停止一切户外活动。

   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。

   她分析，雾霾的主要的成分包括汽车尾气，还有燃煤、灰尘以及一些工业排放，具体的成分比例根据每个城市的不同情况有一些差异。最近雾霾日数相比过去有所增加，和汽车尾气排放有直接关系，此外，工业排放的废气以及燃煤产生的气体，也是产生雾霾的重要因素。雾霾有一定季节性，冬天明显比夏天更多一些。

   除了人为因素，气象专家分析，从近50年的情况来看，由于气候变化的影响，全国的降水日数减少了10%，平均风速减少了20%，导致稳定性天气出现的频率增加，从而使得空气对污染的沉降和搬运作用减弱，使污染物不能扩散，容易形成雾霾天气。

   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。

   她分析，雾霾的主要的成分包括汽车尾气，还有燃煤、灰尘以及一些工业排放，具体的成分比例根据每个城市的不同情况有一些差异。最近雾霾日数相比过去有所增加，和汽车尾气排放有直接关系，此外，工业排放的废气以及燃煤产生的气体，也是产生雾霾的重要因素。雾霾有一定季节性，冬天明显比夏天更多一些。

   雾霾真的只能靠风吹走？

   短期内只能是这样

   根据市气象专家预测，8日至11日，一股较强冷空气自西向东将影响我国中东部地区，9日早上，上述地区持续多日的雾霾天气将结束。“强冷空气最快8日夜里开始影响我市，9日雾霾天会有明显缓解作用，冷空气一来，雾霾天气将自北向南陆续消散。”

   “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。”昨天，国家气候中心气候与气候变化服务室一位专家对本报记者说。

   该专家给记者举了一个很有说服力的例子：作为雾霾长期的受害者，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。

   “最近一段时间，北京每隔1到2天，就有一波冷空气，受冷空气的影响，北风比较明显，所以污染物很快就给吹散了，如果江苏境内有冷空气，在风的吹动下，相信雾霾会散去。”该专家分析。

   根据市气象专家预测，8日至11日，一股较强冷空气自西向东将影响我国中东部地区，9日早上，上述地区持续多日的雾霾天气将结束。“强冷空气最快8日夜里开始影响我市，9日雾霾天会有明显缓解作用，冷空气一来，雾霾天气将自北向南陆续消散。”

   “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。”昨天，国家气候中心气候与气候变化服务室一位专家对本报记者说。

   该专家给记者举了一个很有说服力的例子：作为雾霾长期的受害者，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。

   “最近一段时间，北京每隔1到2天，就有一波冷空气，受冷空气的影响，北风比较明显，所以污染物很快就给吹散了，如果江苏境内有冷空气，在风的吹动下，相信雾霾会散去。”该专家分析。

   http://www.yzcn.net/broadcast/recommend/2013/1208/361927.shtml

2． 气象条件受天文因素控制

计算表明，地球潮汐形变导致的各圈层差异旋转，可使地壳、海洋、大气分别产生0.2、0.6、80米的固体潮、海洋潮和大气潮的上下震荡，长生各圈层的差异旋转，影响不同风带的风速和强度，对雾霾天气的形成和清除有重要的影响。潮汐组合是潮汐强度极值和潮汐南北震荡幅度极值所形成的活动期组合，中国雾霾的峰值一般出现在增强赤道气流向两极流动的潮汐组合，在增强两极向赤道流动的潮汐组合中，偏北冷空气活动变强，不利于雾霾的形成，在科学网有相关的对应数据。

形成雾霾的静稳天气与天文条件密切相关。

有利于雾霾发生的潮汐组合类型：

表1 2013年1月潮汐组合

潮汐组合A：2013年1月5日为日月小潮（下弦），3日月亮赤纬角达到极小值北纬0.0002度，两者强叠加，赤道和两极潮汐变化幅度变大，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合B：1月12日为日月大潮，10日月亮近地潮，9日月亮赤纬角达到最大值南纬20.5247度，三者两两强叠加，潮汐强度较强，潮汐南北摆动最大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），可激发地震火山活动和冷空气活动。

      潮汐组合C：1月19日为日月小潮（上弦），16日月亮赤纬角达到极小值北纬0.0002度。两者弱叠加，赤道和两极潮汐变化较大，地球扁率变大，地球自转变慢，不利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合D：1月23日月亮赤纬角达到最大值北纬20.92863度， 22日为月亮远地潮，21日为冬至，太阳在南回归线（南纬23度半），23日月亮潮和太阳潮近似在同一纬度，三者强叠加，潮汐南北摆动恨大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合E：1月27日为日月大潮，30日月亮赤纬角达到极小值北纬0.0002度。两者弱叠加，赤道和两极潮汐变化较大，地球扁率变大，地球自转变慢，不利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

http://bbs.sciencenet.cn/blog-2277-637299.html

表2 2013年12月潮汐组合及其对冷空气活动的影响

潮汐组合C：12月17日月亮赤纬角达到极大值北纬19.57002度，12月17日为日月大潮，20日为月亮远地潮，两者强叠加，三者弱叠加，潮汐强度较大，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展，可激发地震火山活动和冷空气活动。

本次潮汐组合中潮汐强度较大，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，赤道空气向两极流动，有利于陕西低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成陕西省关中、陕南地区部分地方出现大雾天气。

潮汐组合D：12月25日为日月小潮（下弦），12月24日月亮赤纬角达到最小值北纬0.00048度，两者强叠加，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展，可激发地震火山活动和冷空气活动。

本次潮汐组合中潮汐强度较小，地球扁率变大，地球自转变慢，两极空气向赤道流动，偏北风的发展有利于雾霾的清除，但强度较弱。

2013年12月中国雾霾天气频发的原因是，日月大潮与月亮赤纬角最大值叠加，地球扁率变小，地球自转变快，赤道空气向两极流动，有利于北半球低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气。日月小潮与月亮赤纬角最小值叠加，潮汐强度较小，地球扁率变大幅度小，地球自转变慢速度小，两极空气向赤道流动规模小，偏北风的发展有利于雾霾的清除，但强度较弱，效果差。

这种情况也出现在2013年的1月，这两个月的潮汐组合类型完全相同，但在1月末得到改变。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-637299.html

不利于雾霾发生的潮汐组合类型：

2014年1月末到2月初，是两种潮汐类型转型期，雾霾有望在1月末逐渐减弱。不利于雾霾产生的潮汐组合类型如下：

潮汐组合D： 2月23日为日月小潮（下弦），2月24日月亮赤纬角达到最大值南纬19.16922度，两者强叠加，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合E：2月28日为月亮近地潮，3月2日月亮赤纬角达到极小值南纬0.00068度，2014年3月1日为日月大潮，三者强叠加，潮汐强度较大，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-751337.html

3． 模型预测

雾霾天气与潮汐组合类型的对应关系，给出了雾霾天气出现的天文原因，对雾霾天气的预测和预防有重要意义。

2012年11月至2013年1月的潮汐组合类型有利于雾霾的形成，2013年2月-4月的潮汐组合类型不利于雾霾发生；2013年5-7月潮汐组合类型有利于雾霾发生，2013年8-10月潮汐组合类型不利于雾霾发生，2013年12月-2014年1月的潮汐类型有利于雾霾发生。2014年2-4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。

与雾霾季节性相叠加，2013年雾霾频发期是1月、12月和2014年1月。

预计2014年1月末雾霾将逐渐变弱，进入2-4月的相对平静期。

特别声明：本文是最新的科学创新，为了雾霾的治理和预测而提前在科学网发表，版权所有，转载和引用必须注明出处，否则将追究责任。

参考文献

Li GQ.27.3-day and 13.6-day  atmospheric tideand lunar forcing on atmosphericcirculation. Adv. Atmos. Sci., 2005, 22: 359~374

杨学祥, 陈殿友.构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48

杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15~23

杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

杨学祥, 陈殿友.地球差异旋转动力学, 长春：吉林大学出版社,1998

杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。http://manu16.magtech.com.cn/geoprog/CN/volumn/home.shtml

杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.