地磁场减弱和中国雾霾增强：雾霾为什么集中在京津冀？

                                               杨学祥，杨冬红

凤凰科技讯北京时间2014年6月24日消息，科学日报报道，欧洲空间局(ESA)的三颗SWARM卫星产生的第一批高分辨率结果揭示了地球磁场的近期变化。过去6个月进行的测量证实了地球磁场正在逐渐减弱的趋势，且西半球的减弱程度最为剧烈。而其它地区，例如南印度洋，磁场自1月起有所增强。最新的测量也证实了磁场朝北西伯利亚地区的移动。

图1 地球磁场正在逐渐减弱（红色阴影部分代表磁场增强地区，蓝色则显示了在过去6个月磁场减弱的地区）。

http://tech.ifeng.com/discovery/geography/detail_2014_06/24/36982839_0.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-836910.html

在东半球的欧亚地磁增强区（红色区域），覆盖了大部分中国，是雾霾的高发区；而美洲地磁减弱地区，尽管2012-2014年美国发生严重高温干旱，也未见雾霾高发的报道。地磁变化和雾霾变化有关系吗？

一、地磁场减弱导致中国雾霾增强 美国雾霾减弱

我们的研究表明，地磁异常和地电异常是相辅相成的。地磁场的异常变化使地表地电场也发生变化，形成地电正异常区和负异常区。地表水从地电正异常区蒸发到高空，带的是正电；从地电负异常区蒸发到高空，带的是负电。由于同种电荷相吸，异种电荷相斥，带有异种电荷的云团最容易相互吸引而形成雷雨。相反，带有同种电荷的云团相互排斥，形成该地区的干旱。冰岛、非洲中西部和南大西洋是三个负电异常区，它们之间的地区是明显的干旱区，其中就有最干旱的撒哈拉沙漠；其两侧的北美洲和亚洲是正电异常区，在正、负异常的交界带，是高降水量区。当磁异常区发生变动时，电场的强度和极性也发生相应变化，由此引起的降水量改变导致全球旱涝灾害在不同地区发生。

http://guancha.gmw.cn/2004-4/6/1203001.htm

http://tech.ifeng.com/discovery/special/earth-magnetic-field/detail_2014_02/12/33733486_0.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-767400.html

http://www.envir.gov.cn/forum/20042838.htm

造成雾霾的棕色云团生成于不同的电极性地区而带有不同极性的电荷，在电场力的作用下向异性电极地区漂移集中，因此地电异常区的电极中心就是雾霾的高发区（见图2）。

      图2 雾霾集中发生在地表电磁异常中心

在1947-1976年拉马德雷冷位相时期，西方工业化国家雾霾事件频繁发生：

1948年10月26~31日,在美国宾夕法尼亚州多诺拉镇发生因烟污染而导致43％的人受二氧化硫的刺激性气味而病倒, 17人死亡事件;

1952年12月5~8日, 伦敦烟雾事件,造成4000人死亡,8000多人得病;

1946、1948年在美国洛杉矶两次发生光化学烟雾事件,

1955年8-9月, 又在洛杉矶发生光化学烟雾事件,造成400老人死亡, 在该地的250万辆汽车,日排1000多吨碳氢化合物石油烃废气、一氧化碳和氧化氮,铅烟进入大气与空气中其他化学成份反应产生浅蓝色烟雾, 由于地势使之长期滞留造成污染。

1970年7月8日, 在日本东京也发生光化学烟雾和二氧化硫废气使万人受害事件。（《当代世界五十年，1945-1995》第109-110页，四川人民出版社，1997年版）

2013年中国雾霾事件频发也是在2000-2030年拉马德雷冷位相时期，显示了雾霾发生的拉马德雷周期性。

英国、美国和中国都是地表电磁异常的中心地区，与图2-3有很好的对应关系。地球的电磁异常场就是一台巨大的电磁除尘器，在无风的天气条件下带电的烟气和灰尘颗粒向相反极性电磁中心集聚，形成雾霾高发区。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-772079.html 

图3 1950年地磁场与地电场对比

英国《每日电讯报》2014年4月2日报道称，污染和撒哈拉沙尘暴正在肆虐英国大部分地区，有些地方的污染等级达到“极高”。政府已发出健康警告，提醒老人、心脏病或肺病患者避免户外剧烈活动。此次污染主要来自英国和欧洲的污染排放以及撒哈拉的沙尘暴，英格兰中部、南部和东英吉利地区情况较为严重。

美联社2日称，英国南部本周遭受罕见的雾霾及“红雨”天气，民众惊奇地发现车辆和房屋天窗上蒙着一层红色尘土。英国环境、食物及农村事务部发言人称，这种奇怪现象是来自撒哈拉的沙尘混合了当地的空气污染物所致。气象专家解释说，非洲北部的强风将撒哈拉沙漠的尘土带往欧洲，当这些沙尘飘到英国上空时，由于风力减弱等因素，沙粒随降雨落到地上。英国媒体将这种天气现象称为“血雨”（见图4-5）。

图4 非洲撒哈拉沙漠的沙尘暴导致欧洲雾霾

http://www.guancha.cn/europe/2014_04_03_219204.shtml

统计分析表明，严重低温冻害、8.5级以上强震、猛烈的台风和飓风、严重的旱涝、强烈的沙尘雾霾和流感世界大流行主要集中发生在拉马德雷冷位相时期，呈时空有序的链状分布，称之为“拉马德雷冷位相灾害链”。据专家的研究，雾霾的六成污染物来自沙尘，而沙尘在拉马德雷冷位相处于高峰期。

据康杜娟和王会军的研究，沙尘暴在1954-1956年、1964-1967年和1974-1976年出现三个高峰期。康杜娟和王会军的文章揭示：在沙尘活动频繁年代(1956~1970)和稀少年代(1985~1999)冬、春季的气候和大气环流有显著差别[1]。1956-1970年处于拉马德雷冷位相时期（1947-1976），1985-1999年处于拉马德雷暖位相时期（1977-1999）。沙尘暴与雾霾有一个共同的重要特征，即在拉马德雷冷位相时期频繁爆发，在拉马德雷暖位相时期逐渐减弱。目前处于2000-2030年拉马德雷冷位相时期，拉尼娜和沙尘暴处于活动高峰，2010 -2012年连续发生两次拉尼娜事件，2013-2014年雾霾就在中国、英国和法国相继发生。

图5  非洲撒哈拉沙漠的沙尘暴导致欧洲雾霾的路径

http://www.guancha.cn/europe/2014_04_03_219204_2.shtml

据有人研究，非洲负磁异常(AF)、北美正磁异常(NAM)区域、东亚正磁异常(EA)区域和北大西洋负磁异常(NAT)对应的地电场，成为巨大的静电除尘器，雾霾向磁异常中心集聚，形成菱形的雾霾通道。伴随磁异常强度变化，菱形通道有三条变弱，唯独非洲负磁异常(AF)和东亚正磁异常(EA)区域的通道变强，与2001-2006全球空气质量图的雾霾分布完全一致，与非洲到欧洲的沙尘暴通道一致。

图6 2001-2006年NASA近日发布的全球空气污染形势图

非洲北部的强风将撒哈拉沙漠的尘土带往欧洲，当这些沙尘飘到英国上空时，由于风力减弱等因素，沙粒随降雨落到地上。英国媒体将这种天气现象称为“血雨”。非洲负磁异常(AF)和北大西洋负磁异常(NAT)阻碍了这条通道，而非洲负磁异常(AF)的增强和北大西洋负磁异常(NAT)减弱打通了这一通道（见图5-7）。

图7 1900,1940,1980和 2010非偶极磁场垂直强度（Z）分布和雾霾通道图

黄土是西北地区戈壁、沙漠中的细粒物质被风吹到黄土高原上堆积而成的，灰霾是否也是西北地区戈壁、沙漠中的更细粒物质被风吹到中国东部而成的？在历史上这一过程难以找到证据，但理论上应该是成立的：在沙尘暴由西向东传送的过程中颗粒大的物质先沉降，颗粒小的物质后沉降，直到最小的颗粒物质沉降到大海。这应该是灰霾远距离传送的大背景。静稳天气有利于大气中灰霾的沉降，并与当地的大气污染相配合，形成严重的雾霾灾害。这是严重雾霾集中在中国东部平原地区的原因。

中国地形为西高东低，从西到东有4000-5000米的青藏高原、1000-2000米的黄土高原、50米以下的华北平原。西风由西向东而过，气流横截面积逐渐扩大，流速不断缩小，漂浮颗粒物质由大到小逐段沉降，先细沙，后微尘，中间是黄土。

中国西部的开发，导致西部大城市大气污染加剧，西风远距离输送是导致东部城市雾霾加剧的重要原因，根据这一模型，兰州和西安的雾霾强度在相同天气条件下与河北正相关。

这是我们2013年12月提出的新观点，现在得到2014年4月1-4日非洲撒哈拉沙漠的沙尘暴导致欧洲雾霾的证实。

 图8 黄土沉降和灰霾沉降

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-751953.html 

从图7中可以看到，1980年以来，美国和欧洲地磁场减弱，非洲和中国地磁场增强，这截断了非洲沙尘通向美国的通道，拓宽了非洲沙尘直通中国的通道，导致美国雾霾消失或减弱，中国雾霾直线上升，特别是在2013-2014年上升速度出人意料。

在中国，霾在最近十几年骤然增多增加200%以上。气象名人宋英杰对1961年至2013年全国气象观测的统计分析表明，最近这二十多年，雾在显著消减；而霾在最近十几年骤然增多。从气候平均值来看，雾日与霾日之比大约为3:1。但从2013年的情况看，雾日与霾日之比几乎快到了1:3（见图9）。

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4934cc2b0101sehs.html?tj=1

图9 1960-2013年中国雾霾变化趋势（宋英杰，2014）

中国雾霾的急剧增加与东半球磁场增强、美国雾霾消失与西半球地球磁场快速减弱有很好的对应关系。

二、电磁除尘的理论和试验

我们在2014年3月1日指出了雾霾与电磁异常的关系：英国、美国和中国都是地表电磁异常的中心地区，与雾霾集中有很好的对应关系。地球的电磁异常场就是一台巨大的电磁除尘器，在无风的天气条件下带电的烟气和灰尘颗粒向相反极性电磁中心集聚，形成雾霾高发区。

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解决的发法有两种：其一、在雾霾天气条件下消除或减弱当地的自然电场，制造反向电场，驱散雾霾离子反向漂移；其二、利用和改进静电除尘原理，建立大城市静电除尘装置。为降低成本，可考虑回收物的综合利用。

荷兰发明家达恩˙罗塞加德发明一项技术，利用铜线圈通电制造静电场，以吸附空气中的颗粒物，实现局部除雾霾效果。只是，这一设想的可行性尚无定论，有待实际验证。

全球知名建筑和设计杂志Dezeen网站2013年10月21日刊载对罗塞加德的专访。罗塞加德说，根据他的设想，把一些铜线圈埋置在城市公园的草坪等场所地下，通电后形成一个弱静电场。借助这一静电场，飘浮的一些雾霾颗粒将被吸落至地面，从而在空中辟出一片“空气清新”的区域。同时，落至地面的颗粒物易于收集清扫。

“原理类似于大家用一个带静电的气球去吸附毛发，”罗塞加德说，“如果大家把那用于处理雾霾，制造出静电场，吸附或磁化雾霾，待雾霾颗粒物落下，便能清扫，就像吸尘器。”

“净化空气，大家能再次呼吸，”他说，“那能制造出一个直径大约50米至60米、空气清新的空洞，大家便能再次看到阳光。”

问及这一设想的可行性，罗塞加德在荷兰南部城市艾恩德霍芬举行的荷兰设计周上告诉Dezeen杂志记者，他与荷兰代尔夫特大学的研究人员合作，已于上周完成室内试验。

“我们在一个5米乘5米、满是雾霾的房间里，制造出一个大约1立方米、没有雾霾的空洞，”他说，“现在的问题是，这一技术有待于在公共空间测试应用。”

对于这一设想能达到的效果、可影响多高的空域，罗塞加德说：“那是我们如今正在测试的方面。雾霾高度相当低……总而言之，输入(铜线圈)的能量越大，(静电场)能达到的高度越高。它是高压电，低电流，输入的电力越大，越能吸附雾霾颗粒物。”

罗塞加德说，研发仍在继续，可能需要至少一年时间才能实际验证，“但我们知道那可行，有一名科研人员说那有可能，而我作为一名发明家提出这一设想……如今我们需要做的是找到‘结合’点。这是一项新挑战。”

谈及安全性，罗塞加德说：“我们把铜线圈埋在地下，上面种上草坪……听起来有点危险，但十分安全。大家可以从上面走过，静电场相当弱。”

他畅想，届时，人们只要一开按钮，便会看到雾霾消失、颗粒物落至地面，“我想要做的是捕获所有雾霾颗粒，压缩它们。”

不过，罗塞加德承认，这无法从根本上解决雾霾问题。“这将是第一步，让人们意识到(雾霾)情况有多糟，因为大家看到(净化前后的)区别非常明显，”他说，“当然，真正的解决之道在于以其他方式应对这一现实。这(雾霾污染)是人类问题，不是技术问题。”

他说：“但我确信，我的目标将是把这一技术应用于公园、公共空间，针对所有人，让他们能够再次享受生活。”

http://news.bjx.com.cn/html/20131023/467388.shtml

http://news.bjx.com.cn/html/20131023/467388-2.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-782877.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-795535.html  

三、结论

理论和实验表明，地球磁场快速减弱，导致非洲沙尘通往美国的路径被截断，形成直通中国的畅通渠道，使中国雾霾与日俱增。降低中国的磁异常，采用电磁除尘是最有效的方法。这种方法既可作为电磁武器，又可和平利用于造福人类。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-795535.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-798473.html