谁偷走了内蒙古的风：内蒙古现50年来最严重雾霾

杨学祥，杨冬红

一、环保部发布10月空气质量状况长春达标天数不足50%

　　据新华社电环保部昨日发布10月份重点区域和74个城市空气质量状况，按照城市环境空气质量综合指数评价，空气质量相对较差的后10位城市(从第74名到第65名)排序依次是济南、衡水、保定、唐山、邢台、郑州、邯郸、廊坊、徐州和武汉；空气质量相对较好的前10位城市(从第1名到第10名)依次是福州、厦门、舟山、拉萨、海口、惠州、昆明、张家口、丽水和贵阳。

　　环保部环境监测司司长罗毅介绍说，10月74个城市达标天数比例在41.9%—100%之间。其中，福州、厦门、拉萨、惠州、昆明和贵阳6个城市的达标天数比例为100%，武汉、济南和长春3个城市达标天数比例不足50%。超标天数中以PM2.5为首要污染物的天数最多，其次是O3。

珠三角区域9个城市空气质量达标天数比例在61.3%至100%之间。超标天数中以O3为首要污染物的天数最多，其次是PM2.5。

http://jl.sina.com.cn/news/b/2015-11-14/detail-ifxksqiu1577809.shtml?cre=sinapc&mod=g&loc=6&r=l&rfunc=9

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

由此可见，内蒙古并不是雾霾的重灾区。

二、内蒙古现50年来最严重雾霾

　中新网呼和浩特11月13日电 (李爱平郭敏)原本以为只是“匆匆过客”，最终却演变为“常客”。内蒙古气象局13日对外披露，今冬持续一周的雾霾天气，迄今仍无褪去迹象。且其持续时间之长、空气质量之差，达50余年来之最。

　　据内蒙古气象局卫星遥感资料显示，12日内蒙古全区持续大雾天气，全区受影响面积为361735平方公里，占全区总面积的30.7%。其中阿拉善盟等中西部地区的最小能见度不足百米，局地能见度仅为10米，大雾天气旷日持久，多地达到有气象记录的50余年来持续时间最长、强度最强的大雾天气过程。

　　记者了解到，持续的雾霾天气给交通带来很大影响，内蒙古境内部分高速公路关闭，民航航班停运，大量客流通向铁路，火车票略显紧俏。

　　鉴于此，内蒙古气象台11月13日09时30分发布霾黄色预警信号称，内蒙古大部可能出现或实况已达到中度霾，并将持续，易形成中度空气污染。因此建议一般人群适量减少户外活动，儿童、老人及易感人群应减少外出。

据悉，15日，内蒙古中东部将有一次较明显的冷空气活动，届时持续多天的雾霾将会得到明显改善。(完)

http://news.sina.com.cn/c/2015-11-13/doc-ifxkrwks3894261.shtml?cre=sinapc&mod=g&loc=22&r=u&rfunc=9

三、2014年谁“偷走”了北京的风

随着2014年冬天的到来，大规模的雾霾又将笼罩京津冀地区。人们不断地探索消除雾霾的有效方式，但目前为止，效果最立竿见影的似乎就是等来一场呼啸而至的大风。而事与愿违的是，近年来北方的风总是非常不给力。人们一边在雾霾中自强不“吸”，一边苦苦思索着大风减弱的缘由。中国国家地理网2014年11月19日发表的《谁“偷走”了北京的风》引发了一场科学大讨论。

　　京津冀地区冬季多刮偏北风，然而从2008年以来，在中国北方的“大风口”内蒙古地区，正发生着另外一场能源巨变。为发展新能源产业，内蒙古地区倾力打造“风电三峡”，装机容量从2007年底的58万千瓦，发展到目前的1848.86万千瓦，五年内暴增了近32倍，跃居全国第一，为中国的风电建设书写了浓墨重彩的一笔。

　　巧合的是，京津冀地区雾霾天气的剧增，也正是从2008年前后开始。以北京为例，根据2008年4月至2014年3月收集到的PM2.5数据显示，2028天当中，“非常不健康”天数约有311天，“有毒害”天数约94天，大大高于往年。

　　内蒙古的风电大发展与京津冀爆发大面积雾霾之间，究竟是纯粹的巧合，还是略有影响，抑或构成因果关系？目前并没有可靠的研究和确凿的结论。但这并不妨碍人们对此进行深入思考。毕竟，亚马逊雨林中一只蝴蝶偶扇翅膀，都可能会在大洋彼岸引发一场龙卷风，更何况是如此大规模的风力阻滞呢？

　　长久以来，人们的传统观念一直认为，风能是永不枯竭的清洁能源，风力发电站可以任意截留，对气候并不会造成任何影响。但近年来，中外科学家的一些研究认为，实际情况可能并非如此。

　　美国斯坦福大学土木与环境工程教授Archer和MarkJacobson的研究显示，海上的风力发电机组可以降低地球上最狂暴的飓风风速。研究人员发现，风力涡轮发电机会让飓风的外旋风波高下降，降低空气往飓风中心的运动速度，从而增加中心部位的压力，加快飓风能量的消耗，并最终导致飓风减弱。

　　清华大学地球系统科学研究中心教授赵宗慈也认为，国内外的相关研究基本上一致认为，风电场对局地风速有明显影响。比如在丹麦一个风电场进行的观测表明，进入风电场的风速是8至9米/秒，经过风电场运行对风量的吸收后，在风电场的下风的风速明显减弱，其下风处6公里的风速与原有风速比率为0.86，下风11公里处的比率是0.90。研究结果与人们的常识极为相符。

　　有人认为，风电场最多只会影响到近地面风速，对高空的大风没有太多影响。而这也是个值得商榷的问题。如果风力发电机数量较少，这也许问题不大。但如果风力发电机数量极为庞大，导致近地面风速大幅降低，那么高空风能会顺势下坠成为低空风能，从而对整体风力产生削弱作用。

　　据中国气象局国家气候中心首席科学家姜彤提供的数据，从上世纪70年代至今，北京城内的风速呈现整体下降趋势，平均每年下降0.014米每秒，其中以冬、春季节尤为明显。另有分析显示，将北京1993-2002年与2003-2012年两个10年间的1月份风力资料进行比对，年均1月风速从2.5米每秒，减至2.3米每秒；相应的，雾霾天日数从2.1天升至4.4天，霾日则从0.8天升至3.9天。

　　风力减弱在北京早已经是一个趋势化事件，但这依然是一个相对缓慢的过程。历史上，北京地区每年有大风（气象领域中将瞬间风力大于17米/秒的风称为大风，即相当于八级风力）的日子在25－30天左右，冬春季大风日数多于夏秋季，春季风力最大，其中4月份平均风力位居一年四季各月之首。

　　然而在今年年初，一份《北京地区2013年气候公报》却让气象学家们也迷惑不解。公报数据显示，2013年北京地区仅有1天出现大风，比常年（12.6天）、近十年均值（7.8天）明显偏少，为1951年以来最少的年份。不出意料，这一年的霾日也暴增至223天，相比2012年（124天）明显偏多。

2013年北京的风力如同断崖式的暴减，引发了人们的诸多猜想。有人认为是三北防护林工程开始发挥作用，但整个防护林工程规划长达70年，并非什么突发性事件。无独有偶的是，在2012年初内蒙古电网风电装机容量尚为1004万千瓦，仅仅一年多的时间，就骤增至2013年的1848.86万千瓦，两者之间的同步性倒是令人咋舌。更令人不安的是，在北京的上风口张家口地区，风力发电也突飞猛进，到2013年底，全市风电装机容量达到585万千瓦，成为名副其实的“中国风电第一市”。

　　面对2013年北京大风骤减的现象，北京市气象台高级工程师张明英的气象学解释为：冷空气系统不强。一般来说，大风天的产生是由冷空气强度决定的。对气象学家来说，冷空气过境情况是无法预测的，所以人们也无法预测以后大风天的天数是否会发生新的变化。

　　根据中国气象局风能太阳能资源中心朱瑞兆教授的研究，影响中国的冷空气有5大发源地，而如果我们能像气象卫星一样置身太空，或许就能极其直观而生动地看到冷空气强力入侵的路径。

　　第一条路径来自俄罗斯新地岛以东附近的北冰洋，从西北方向进入蒙古国西部，再东移南下影响我国；第二条是源于新地岛以西北冰洋面，经俄罗斯、蒙古国进入我国；第三条源于地中海附近，东移到蒙古国西部再影响我国；第四条是源于太梅尔半岛附近洋面，向南移入蒙古国，然后再向东南影响我国；第五条源于贝加尔湖以东的东西伯利亚地区，进入我国东北及华北地区。

　　可以看出，除了第五条冷空气路径由东北转入华北，其他四条冷空气路径都要经过蒙古高原。

　　出于对风能资源的研究，朱瑞兆教授也认为，风速与冷空气性质存在着很大的相关性。在冷空气活动与山脉组合形成的三北地区（即西北、华北和东北），风能资源最为丰富。每当冷空气南下，就会伴随一次大风过程。三北地区首当其冲风速最大，但越向南寒冷的空气慢慢变性，势力变弱，风速也会越来越小。

　　根据能量守恒定理，架在内蒙古地区的无数风机必然要截取巨量的风能。对风力风能造成哪些影响，人们尚且不能确定，但对冷空气气流的消耗，很多人却是有着切身的感受的。

　　不难想象，由于超大规模的风力发电厂的消耗，很大一部分冷空气已经很难像以往那样越过陕西、山西，到达中部的河南，形成降雨。它们骤然停滞在了华北平原，再与京津超级城市群中的热空气发生强烈对流作用，形成突如其来的降雨，却使得中东部地区遭遇连绵干旱。

　　近年来，中国遭遇的各类极端气候灾害，似乎正是这一运转模式的翻版。特别是2011年，北京市年降雨量突破700毫米，创13年来之最；2012年夏季，北京又遭遇1951年以来最大降雨，城区平均降雨量达215毫米。北京这些标志性的突发气候事件，或许并不是无缘无故发生的。

　　时至今日，科学家们基本认同风能开发会导致局部地区风速减慢的观点，但是否会减弱大气环流，目前尚没有定论。但吉林大学地球探测科学与技术学院教授杨学祥始终认为，天下并没有免费的午餐，风能也并非可供挥霍滥用的资源，过度利用风能，同样要付出相应的代价。

　　令人忧虑的是，中国的风能开发在缺乏对于气候影响的整体性评价的前提下仍在突飞猛进。2005年，我国风电装机只有120万千瓦。此后，我国风电吊装规模高速增长，到2013年底，装机总量已经超过9000万千瓦，雄踞世界第一。如此高的发展速度，在世界风电发展史上可谓空前。

虽然人们开发风能的初衷是为了绿色环保，但如果开发计划缺乏科学的论证，过度利用风能发电也可能导致南辕北辙，必须慎重行事。不管如何，凡事皆有度，即便是开发绿色风能，也应如此。

http://weather.news.sina.com.cn/news/2014/1119/0853105121.html

四、2015年谁偷走了内蒙古的风

据内蒙古气象局卫星遥感资料显示，12日内蒙古全区持续大雾天气，全区受影响面积为361735平方公里，占全区总面积的30.7%。其中阿拉善盟等中西部地区的最小能见度不足百米，局地能见度仅为10米，大雾天气旷日持久，多地达到有气象记录的50余年来持续时间最长、强度最强的大雾天气过程。

2014年“谁偷走了北京的风”的讨论在耳犹存，2015年风电之源的内蒙古也重蹈北京的雾霾之苦，这是偶然还是必然？2015年谁又偷走了内蒙古的风？

1.      2014-2015年月亮赤纬角极小值导致南北向风力减弱

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

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-933917.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ec3d95b0102w0ra.html

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）。

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（LiG Q, 2005）。中国气象局的数据显示，2013年12月初的雾霾波及25个省份，100多个大中型城市，安徽、湖南、湖北、浙江、江苏等13地雾霾天数均创下历史纪录。权威数据显示，今年以来，全国平均雾霾日数为29.9天，较常年同期偏多10.3天，达到52年来的峰值。2014-2016年月亮赤纬角最小值导致2013年雾霾高发，并将在今后三年持续高发。52年前，1959-1960年月亮赤纬角最小值导致前一周期的雾霾高发。

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

我们在2014年指出10月长春缘何多霾，2015年的雾霾会继续加重。

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

2.      过度利用风能发电也可能导致南辕北辙

我们在2010年指出，北半球最近30年风速减慢的研究提出如下两个重要课题：其一，风速减慢是否与人为因素有关？其二，利用风能是否存在负面效应。

事实上，大陆集中在北半球，比森林高得多的城市高层建筑密布在沿海地区，阻挡陆海之间的季风循环，是北半球最近30年风速减慢的人为原因。密布在大陆内部的高架桥、高速公路、高速铁路如蜘蛛网，也是减慢内陆风速的重要原因。风力发电机利用风能发电，更是风速减慢的重要人为因素，这表明，天下没有免费的午餐，风能利用也要付出相应的代价。

由温差产生的大气环流是信风和季风形成的主要原因，其结果是均衡赤道和两级、大陆和海洋之间的温差，营造全球正常均衡的气候变化。人为降低风速，阻碍大气环流的正常运作，可造成热带地区更热、寒带地区更冷的极端气候频发，是严重气象灾害发生的根本原因。近年来频繁发生的城市内涝与城市减慢风速、云层阻挡在城市上空有关。由于城市减慢风速和改变风的方向，大城市的无序扩张将导致周围农村大气环流的改变和洪涝灾害的频繁发生，这些问题需要认真深入地研究和解决。

最典型的例子是"三北防护林"工程。三北防护林是防治沙尘暴的成果，也是2013年中国雾霾高峰的生成原因。近年来北京的沙尘暴确实减少了，但是，北京的雾霾也确实在突飞猛进：一种灾害的防治意味着另一种灾害的增强。灾害防治不能头痛医头脚痛医脚，应该综合防治，合理布局。

五、中国处于雾霾聚集的特殊气候环境

雾霾中的固体颗粒不会在几天内沉降到地面，颗粒越细微在大气中漂浮的时间就越长，“自产自销”只是一个美丽的神话，全球循环才是客观事实。

1999年，一个国际科学合作项目——印度洋试验(INDOEX)在印度洋上空发现了所谓的“亚洲棕色云团”(Asian Brown Clouds，简称ABC)，其厚度约3公里，面积相当于美国陆地面积大小。棕色云团的成分包括含碳颗粒物、有机颗粒物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐等，其主要来源是化石燃料、生物燃料的燃烧和火山喷发物。棕色云团对亚洲乃至全球的气候和环境都有很大影响，广州等地经常出现的灰霾天气，就被认为与棕色云团有关。

世界上已有13座超大城市（megacity）被确认为棕色云团热点城市，分别是：北京、上海、深圳、曼谷、开罗、达卡、卡拉奇、加尔各答、拉各斯、孟买、新德里、汉城和德黑兰。绝大部分集中在亚州地区。

棕色云团的活动规律与印尼火山灰相似：火山喷发物到达的高度为1—40 km；持续时间为几星期至10多年。低纬度火山喷发能扩散到全球，在中高纬度保持最大浓度，最后在极冠落下。根据全球大气循环的哈得来环流，印尼火山灰在赤道升入高空，向北流动的部分在北纬30度下沉分成两个分支，向南分支流过中国南方，返回赤道；向北分支流过中国北方，在北纬60度升上高空，因此棕色云团和印尼火山灰可以在中国大部分地区形成雾霾灾害。

在北半球，向北流动气流的雾霾密度随纬度圈周长的缩小而增大（称为聚集区），向南流动气流的雾霾密度随纬度圈周长的扩大而减小（称为扩散区）。这是北纬30度以北地区雾霾较重而北纬30度以南地区雾霾较轻的自然原因。印度的地理纬度处于雾霾的扩散区，中国的地理纬度处于雾霾的集聚区，在同等污染的条件下，中国的雾霾会比印度更严重。

根据工业化规律、地理特殊位置、大气循环特征和地形地貌特征，亚洲是大气污染的重灾区，中国是全球大气污染的主要受害者，发达国家的污染转移政策是主要根源。中国雾霾治理不仅仅是一个城市、一个地区、一个国家的局部工程，而且是全球范围的整体工程。中国的地理位置决定了雾霾灾害集中发生的必然性，亚洲乃至全球雾霾整体防治才能从根源上解决问题。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-776836.html

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.