雾霾沉降和远距离输送：被风吹走的雾霾最后都去了哪里?

                         杨学祥，杨冬红

雾霾沉降和远距离输送

我们在2013年12月22日之出，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。

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

被风吹走的雾霾最后都去了哪里?

雾霾短期内消散只能靠风吹散，那么被吹走的雾霾是不是会影响下风处的城市？pm2.5颗粒如果不能从本质上消失的话，会不会以后有一天全世界各地全部都是重度污染？

网上的答案是，回归陆地或水面。

不要忘记PM2.5还会沉降，即从空气中转移到下垫面（包括陆面和水面）。

1、雾霾短期内消散，还可以靠下雨。我们把它称为湿沉降。这个相当有效果。实际上路上的洒水车对贴近地面的雾霾的消除就很有效。

2、相对还有，干沉降，就是PM2.5接触到下垫面（陆面或水面）后，吸附在下垫面上，不回空气中了，这个效果并不能忽略。当然下垫面从吸附功能上也包括自强不息的动物们的肺部和植物们的叶片。

3、确实会影响到下风处城市，但下风处的城市并不是最应该叫苦的。在风吹的过程中，很多已经水平扩散到乡村地区了，下风区的城市只是分到了小小的一点（下面三张图）。

4、所以单靠这点工业污染，应该不会出现全球都空气重度污染。

这一观点适用于点源，即一个城市的雾霾污染。污染物数量小，扩散后易于消失。对于大面积的区域性污染，下风区的城市雾霾会更为严重，远距离输送的雾霾会占很大比重。相关证据为：

中新网12月3日电中国气象局今天召开新闻发布会，中国气象科学研究院研究员刘洪利介绍，在北京这次雾-霾爆发性增长过程当中，外来输送起了很重要的作用。从11月30日到12月1日，从黄淮一直到华北平原再到北京，存在一个系统性的低空偏南风的输送带，这导致黄淮和华北地区的污染物在北京和河北省的中南部聚集，同时天气很稳定，不容易扩散，这个是此次雾-霾形成的重要原因。

http://news.sina.com.cn/c/2015-12-03/doc-ifxmihae8907308.shtml

除此之外，不利主导风向的传输作用加重污染程度。前两次重污染过程期间，不仅地面风速小，而且低层大气盛行东南风气流，这使得外源污染物向京津冀一带输送，反倒加重了污染程度。

http://news.cntv.cn/2015/12/19/ARTI1450506490222879.shtml

这为我们的雾霾远距离输送理论提供了证据。雾霾绝非静止不动，而是连续缓慢流动的雾霾流。

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

由于西南风的作用，雾霾从西南流向东北，浓度逐渐增强（见图1）。

 　图1 2015年11月30日中国雾霾卫星图

12月1日是北京今年以来最严重雾霾持续的第五天， PM2.5每小时浓度最高曾超过900微克/立方米。当不少北京市民今天早上“12月你好”的朋友圈都变成灰色的时候，美国国家航空航天局（NASA）的“地球观测台”首页上也发布了一张中国卫星图，图上大片的雾霾呈条状笼罩在城市上空。

　　这张卫星图拍摄于11月30日，“图上显示，中国的东部正在被广泛的雾霾笼罩，云层很低。图中最明亮的部分就是雾和云，因为空气污染，这些区域显示在卫星图上的时候边缘是黄色或是灰色的。其他没有云层的地方，城市都被雾霾完全遮住了。大片雾霾从北京一直向西南方向延伸，在关中平原尤其严重。”NASA的文章说，“我们拍下这张图的时候，据美国大使馆的信息，PM2.5突破了666微克/立方米。这种颗粒物因为轻薄且可漂浮，是人类一根头发宽度的三十分之一，足够对人类的肺部产生威胁。”NASA的文章写道，世界卫生组织规定的PM2.5安全值是25微克/立方米以下。

　　此外，NASA文章还分析了雾霾天气阶段性袭来的原因：这类雾霾产生的原因大多是逆温现象。一般情况下，空气温度随着海拔的上升而降低。逆温现象发生时，有一层暖空气浮在地表冷空气的上面，形成温室效应，把污染物“锁在”地表。“燃煤是中国三分之二的能量来源，中国北方城市每年冬天更是依靠大量燃煤供暖。当燃煤产生的二氧化硫遇水时，就会产生雾霾和酸雨。”雾霾天还有另一个“功效”，NASA的文章写道，这样的天气虽然严重危及人类健康，但是雾霾却可以反射阳光，从而起到抑制全球变暖的作用。但是，“因为中国已经开始进行二氧化硫减排，气候学家认为温室效应可能会在中国变得更加明显。”

据美国广播公司（NBC）报道，中国是世界上排放碳污染物最多的国家，2013年的排放量就达到了110亿吨。

http://news.sohu.com/20151201/n429049946.shtml

全球气溶胶的排放和传输过程

图2 2006年9月1日至2007年4月10日期间，全球气溶胶的排放和传输过程

我们来看一段取自Terra 和 Aqua卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)上视频，描述了2006年9月1日至2007年4月10日期间，全球气溶胶的排放和传输过程，也就是亚洲和其他大陆产生的污染物相互融合并扩散到全球的过程。

不同颜色代表了大气中的不同颗粒，蓝色的是海盐颗粒，绿色的是燃烧产生烟雾，主要来自自然界的火灾，橙红色的是来自沙漠的尘埃颗粒，白色是化石燃料或火山活动排放的硫化物。在视频中可见，南美洲和非洲南部的火灾很多，北美和欧洲排放的烟雾朝东飘去，来自撒哈拉沙漠的沙尘大面积向大西洋上空飘去，当视频进入到亚洲部分，中印上空的白色烟雾朝着太平洋方向飘去，与太平洋上空的风暴混合在一起

http://www.zhihu.com/question/25980524

图2证实了以下几个问题：

首先，中印上空的白色烟雾朝着太平洋方向飘去，形成一条印度-中国京津冀的雾霾带，印度在上风头，京津冀在下风处，这是京津冀雾霾严重的原因之一。图1也是证据之一。

其次，中国西部沙漠的尘埃颗粒向东飘移，被印度【京津冀雾霾带阻隔，转而向东北漂移。这验证了我们的雾霾沉降和远距离输送理论。

第三，北美和欧洲排放的烟雾朝东飘去，处于上风头，没有雾霾积累，容易治理，而下风处是地广人稀的俄罗斯，不会形成严重的雾霾灾害。

棕色云团危机

图3 全球棕色云团年变化

2008年11月，联合国环境规划署（UNEP）最新发布的一份报告警告，中国北京、上海和深圳等地区的上空已经被棕色云团所笼罩。这种污染不仅带来大气能见度下降，还造成居民健康受损等一系列问题。包括石广玉在内的多位中国科学家，参与了这一报告的起草。

棕色云团这个名称，或可追溯到上个世纪90年代后期实施的一个国际科学合作项目——“印度洋试验”（INDOEX）。

当时，该项目的研究人员在印度洋、南亚、东南亚和中国南部的上空14公里处，都发现了厚度约3公里的棕色云团，其总面积相当于美国陆地面积大小。由于其分布在亚洲上空，当时被称为“亚洲棕色云团”（AsianBrownClouds，简称ABC）。已有研究报告称，其漂移速度很快，可以在一周之内绕地球半圈。

所谓棕色云团，是指状如云团、以细颗粒物为主出现在对流层中的一大片污染物，其成分包括含碳颗粒物、有机颗粒物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐以及沙尘等。

“亚洲棕色云团”命名一经提出，就在国际上引起轩然大波。有人甚至将其等同于“亚洲毒雾”。石广玉研究员当时为此深感不安。“棕色云团不一定只发生在亚洲。如果被叫成亚洲棕色云团，中国和印度在国际上就会承受非常大的压力。”他告诉《财经》记者。

2003年2月，作为联合国环境规划署棕色云团科学工作组成员的石广玉，参加了在瑞士日内瓦举行的工作组会议。这次会议上，他发言要求取消“亚洲棕色云团”这一名称，随即得到了印度同行的强烈支持。

最后，大家决定保持“ABC”这一简称不变，但将其解释更改为AtmosphericBrownClouds，即“大气棕色云团”。

石广玉以及众多中国、印度专家的异议，是有根据的。棕色云团的确不是亚洲“特产”。联合国环境规划署上月发布的报告就显示，除了中国所在的东亚地区，南部非洲、南美的亚马逊盆地等地区，一样属于棕色云团重点区域。此外，北美东海岸和欧洲也有部分地区被棕色云团覆盖，只不过影响程度相对有限而已。

对绝大多数公众来说，棕色云团或许是一个新名词。但如果提起灰霾，大家或许就不会感到陌生。复旦大学环境系大气化学研究中心主任庄国顺教授对《财经》记者表示，在学术上，灰霾与棕色云团所反映的大气状况其实是一回事。因为棕色云团的图像主要来自于卫星遥感图片，根据不同状况，其颜色可深可浅，包括“褐色”“灰褐色”“灰色”等不同色系。

不过，两者之间也有着微妙的区别：一次灰霾天气，其影响范围也可能只局限在某座城市；但成片的棕色云团，却可能覆盖整个中国东部乃至更为广阔的地区。

棕色云团危害

　　在联合国环境规划署的报告中，北京、上海和深圳这三个中国城市，均被纳入了全球13个棕色云团热点城市（hotspots）行列。其他10座城市分别是：泰国曼谷、埃及开罗、孟加拉国达卡、巴基斯坦卡拉奇、伊朗德黑兰、尼日利亚拉各斯、韩国首尔和印度的加尔各答、新德里、孟买。复旦大学环境系大气化学研究中心主任庄国顺教授表示，尽管联合国环境署的报告只选择了中国的三大城市，但实际上棕色云团的覆盖范围很大，从郑州、西安一直到北京、上海和广州，基本上连成一片。此外，乌鲁木齐、兰州等地的情况也很严重。

棕色云团对于人类健康有着很大危害。联合国环境规划署报告称，空气中直径小于2.5微米的可吸入颗粒物(PM2.5)浓度上升每立方米20微克的话，中国和印度每年会有34万人因此而死亡。因为那些细小的颗粒物不仅可以进入血液，影响肺部组织，诱发慢性呼吸系统疾病，甚至还会引起癌变。

雾霾沉降和远距离输送是棕色云团增强途径城市雾霾浓度的两种方式，加剧逆温效应则是形成静稳天气的主要方式。

春时节的早晨或傍晚，在城市和市郊，常常见到烟雾上升到一定高度之后，就向水平方向漂浮起来，弥漫四方。如果无风又降温剧烈的情况下，整个视野很快就变得模糊起来，随着烟雾的袭来，天气阴沉，太阳无光，压得人透不过气来，同时也便会闻到煤烟味和其它难闻的气味。身体抵抗能力较差的人，便会出现胸闷、咳嗽、喉痛、呕吐、呼吸困难等症状。这是由于空气中形成了逆温和逆温层，使低层空气迅速污染而造成的。

　　什么叫逆温和逆温层呢？一般情况下，在低层大气中，通常气温是随高度的增加而降低的。但有时在某些层次可能出现相反的情况，气温随高度的增加而升高，这种现象称为逆温。出现逆温现象的大气层称为逆温层。

　　逆温层的形成原因主要有以下几种：一是地面辐射冷却；二是空气平流冷却；三是空气下沉增温；四是空气的乱流混合；五是锋面上形成的逆温。按形成的原因不同，将逆温层可分为辐射逆温层，平流逆温层，下沉逆温层，锋面逆温层和乱流逆温层。但不论哪一种逆温层，都对天气有一定的影响。

在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，就象一个锅盖一样，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着空气的对流运动，由于这种原因，近地层空气中的水汽、烟尘以及各种有害气体，上天无路，人地无门，只有飘浮在逆温层下面的空气层中，有利于云雾的形成，而降低了能见度，给交通运输带来麻烦，更严重的是，使空气中的污染物不能及时扩散开去，加重大气污染，给人们的生命财产带来危害。近代世界上所发生的重大公害事件中，就有一半以上与逆温层的影响有关。

http://baike.sogou.com/v7645556.htm

人们忽略了棕色云团对逆温层的影响：

在众多城市和工厂密布的珠三角地区，天空经常灰蒙蒙一片，大气能见度很差。很多市民可能并不清楚，棕色云团正是能见度下降的“罪魁祸首”：棕色云团中的一些微小颗粒，会吸收阳光，或者将部分阳光反射回大气。联合国环境规划署的棕色云团报告就显示，自上世纪70年代以来，广州的日光强度已经下降了五分之一以上。棕色云团带来的一个正面影响，就是通过反射阳光和吸收热量，可以减缓全球气温上升的幅度。棕色云团一夜之间消失，全球气温可能迅速上升多达2度，而这正是一些科学家认为地球还能容忍的最大升温幅度。

在地面上空14公里处厚度约3公里的棕色云团，吸收了部分太阳能量，使本身增温，使下层大气降温，从而形成逆温层，加剧底层大气雾霾的发生几率。