今冬重污染：近地层空气流动性较差是雾霾形成的重要原因

            杨学祥，杨冬红

   2016年01月10日08:58北京青年报报道，2015年11月以来，北京市共发生8次雾霾天气。程度重、影响大成为突出特点。特别是上月19日至26日，京津冀及周边地区重度霾面积达35.2万平方公里，北京、河北中南部地区PM2.5峰值浓度均超过500微克/立方米，为入冬以来影响范围最大的雾霾天气过程。频繁出现的空气重污染天气，也给公众带来诸多误解。对此，北京青年报记者就六大热点问题采访了相关部门，对重污染天气的诸多相关问题进行梳理解答。

　　面对频繁发生的雾霾天气，很多公众误以为是污染排放增加造成的。据专家介绍，近地层空气流动性较差是雾霾形成的重要原因。北京受季风影响，冬天盛行西北风，夏天盛行西南风，无论哪种风，风力大都有利于污染物的扩散。不过，相对而言，西北风更有利于北京的污染物扩散。地形上看，北京西、北、东三面环山，是一个簸箕地形。如果刮偏南风，偏南风就好像一个“扫把”，把污染物往簸箕里扫。如果没有强势的西北风把污染物吹出来，脏空气就只能在簸箕里聚集。因此，西北风对雾霾的“杀伤力”最强。

　　去年以来，在超强厄尔尼诺事件的影响下，风速小、小风日数多，都易造成污染物在近地面层积聚。相对湿度大，易造成污染物吸湿增长。静稳天气多，大气环境容量总体偏差。而主导风向的传输作用也加重了污染程度，低层大气盛行东南风气流，偏南风使得外源污染物向京津冀一带输送，加重了污染程度。

　　另外，秋冬季天气比较干燥，降水量少，扬尘等污染增加，加上区域性的秸秆焚烧等，在这些综合因素影响下，北京及周边地区秋冬季污染物扩散条件比较不利，容易发生雾霾天气。

   我们在2015年10月18日指出，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（Li G 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。

   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 

   事实上，环保部数据显示，2015年11月15日到12月31日，北京PM2.5浓度比2014年同期上升75.9%，造成PM2.5全年改善比例损失15.5个百分点。这与月亮赤纬角最小值和潮汐组合有非常好的对应关系，后者是不利气象条件形成的天文原因。

   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 

   我们在2015年11月4日指出，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 

   我们在2015年11月12日指出，这一预测到到证实。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-934660.html 

   我们在2015年10月30日指出，2015年1-4月和8-11月为强潮汐时期，2014年11-12月，2015年5-6月为弱潮汐时期。2015年11月是强潮汐时期第四个月，11月强潮汐出现在月亮赤纬角最大值时期，有利于厄尔尼诺和雾霾的发展，9月至11月地震活动进入高潮。

   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）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-932185.html 

   潮汐组合和月亮赤纬角最小值对雾霾的作用被忽视。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-949007.html

 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-949139.html

   潮汐组合对雾霾的预警作用被忽视。

参考文献

Li G Q. 2005.27.3-day and 13.6-day atmospheric tide and lunar forcing on atmospheric circulation.Adv. Atmos. Sci., 22: 359~374

杨冬红, 杨学祥.2008. 全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”. 地球物理学进展, 23(6): 1813~1818.

吴兑，吴晓京，李菲，等。2010.1951-2005年中国大陆霾的时空分布。气象学报，68（5）：680-688

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. 地球物理学进展, 2014,29(2): 610-615.

相关报道

超强厄尔尼诺叠加排放致冬季重污染 北京1月至2月仍有雾霾

2016年01月10日08:58    来源：北京青年报    手机看新闻

原标题：超强厄尔尼诺叠加排放致冬季重污染 北京1月至2月仍有雾霾

　　2015年11月以来，北京市共发生8次雾霾天气。程度重、影响大成为突出特点。特别是上月19日至26日，京津冀及周边地区重度霾面积达35.2万平方公里，北京、河北中南部地区PM2.5峰值浓度均超过500微克/立方米，为入冬以来影响范围最大的雾霾天气过程。频繁出现的空气重污染天气，也给公众带来诸多误解。对此，北京青年报记者就六大热点问题采访了相关部门，对重污染天气的诸多相关问题进行梳理解答。

　　误区一

　　雾霾频发让公众感觉空气质量越来越差？

　　去年，全市PM2.5年均浓度同比下降6.2%。但是前10个月，PM2.5浓度同比降幅达到21.8%。只不过最后两个月，雾霾天气频发，把北京全年PM2.5平均浓度抬高了10微克/立方米左右。一些公众从感官上产生了“北京的空气质量越来越差”的误解。

　　北京环保监测中心的统计数据显示，去年重污染天气总共为46天，但是仅11月至12月，就有22天重污染，占全年的近一半，比2014年同期增加15天。最后两个月的重污染过程，使北京全年PM2.5平均浓度抬高了10微克/立方米左右。最终，去年北京市PM2.5年均浓度为80.6微克/立方米。即便如此，年均浓度值与2014年的85.9微克/立方米、2013年的89.5微克/立方米相比，仍是明显降低的。

　　误区二

　　冬季频发重污染源于污染物排放量增加？

　　面对频繁发生的雾霾天气，很多公众误以为是污染排放增加造成的。据专家介绍，近地层空气流动性较差是雾霾形成的重要原因。北京受季风影响，冬天盛行西北风，夏天盛行西南风，无论哪种风，风力大都有利于污染物的扩散。不过，相对而言，西北风更有利于北京的污染物扩散。地形上看，北京西、北、东三面环山，是一个簸箕地形。如果刮偏南风，偏南风就好像一个“扫把”，把污染物往簸箕里扫。如果没有强势的西北风把污染物吹出来，脏空气就只能在簸箕里聚集。因此，西北风对雾霾的“杀伤力”最强。

　　去年以来，在超强厄尔尼诺事件的影响下，风速小、小风日数多，都易造成污染物在近地面层积聚。相对湿度大，易造成污染物吸湿增长。静稳天气多，大气环境容量总体偏差。而主导风向的传输作用也加重了污染程度，低层大气盛行东南风气流，偏南风使得外源污染物向京津冀一带输送，加重了污染程度。

　　另外，秋冬季天气比较干燥，降水量少，扬尘等污染增加，加上区域性的秸秆焚烧等，在这些综合因素影响下，北京及周边地区秋冬季污染物扩散条件比较不利，容易发生雾霾天气。

　　误区三

　　机动车尾气排放对空气质量影响不大？

　　2014年上半年，北京发布了PM2.5来源解析的最新研究成果。北京市全年PM2.5来源中区域传输贡献约占28%至36%，本地污染排放贡献占64%至72%。在本地污染贡献中，机动车、燃煤、工业生产、扬尘为主要来源，分别占31.1%、22.4%、18.1%和14.3%。也就是说，在北京本地污染来源中，机动车占比超三成，对PM2.5的“贡献”最大。

　　首先，机动车直接排放PM2.5，包括有机物（OM）和元素碳（EC）等，即一次颗粒物。其次，机动车排放的气态污染物包括挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NOx）等，是PM2.5中二次有机物和硝酸盐的“原材料”，同时也是造成大气氧化性增强的重要“催化剂”。另外，机动车行驶还对道路扬尘排放起到“搅拌器”的作用。

　　误区四

　　启动红色预警应急措施就能赶走雾霾？

　　不少公众发现，即便启动红色预警，采取多项应急措施，雾霾天并没有被赶走，是不是这些应急措施没有效果？

　　实际上，应急措施并不能“赶走”雾霾。环保专家表示，启动红色预警主要有两个作用，首先是降低污染物累积的速度，其次是削弱污染的峰值，并提示大家减少出行，做好健康防护。其中，在冬季采暖不变情况下，实施机动车单双号限行，可以减少一次颗粒物和气态污染物的排放量，削减量在四分之一左右。

　　市环保局发布的北京首个“红色预警”效果评估显示，启动机动车单双号限行措施，发挥了抑制污染的作用，极大减少了高峰时段的怠速排放。交通环境监控站一次污染物一氧化氮（NO）的监测结果显示，早高峰时段的峰值浓度出现了明显下降，与其他重污染日相比，降幅接近40%；外围环线的夜间峰值也有明显下降。

　　误区五

　　治理空气污染总拿机动车说事儿？

　　在空气重污染红色预警的各项应急措施中，机动车单双号限行是与公众关系最密切的措施之一。但实际上，本市在推动清洁空气行动计划中，总共涉及84项重点任务，除了控制机动车排放，还包括压减燃煤、调整产业结构、严查扬尘污染、出台一系列政策标准“倒逼”排污企业治污减排等。

　　通过多年努力，本市先后完成了东城区、西城区30余万户居民采暖清洁化和城六区5万余蒸吨锅炉“煤改气”工程，去年全市燃煤总量压减至1200万吨左右。此外，淘汰退出印刷、家具、建材等行业工业污染企业326家，实现了三年累计淘汰“超千家”。

　　去年本市还出台了一系列新标准，包括汽车制造、印刷、家具等8项大气污染物排放标准，目前本市大气污染防治地方标准达到38项。同时，环保、城管、交管等部门联合开展了贯穿全年的环保执法大检查，全年大气污染类处罚金额达9600万元左右。本市还加强同周边省（区、市）、中央有关部门的协作，区域协作机制进一步健全完善。

　　误区六

　　厄尔尼诺事件只影响华北地区？

　　世界气象组织认为，本次厄尔尼诺事件的强度与历史上的三次强厄尔尼诺（1972年至1973年、1982年至1983年、1997年至1998年）相当，厄尔尼诺现象将持续至今年春季。在这种情况下，容易出现静稳天气，导致雾霾频率增加，程度加重。

　　实际上，超强厄尔尼诺事件并非只影响到我国华北地区，作为一个全球性事件，入冬以来，欧洲多个城市也出现多年不遇的雾霾天气。波黑萨拉热窝州政府一度宣布，所有中小学停课两天；意大利罗马和米兰相继采取机动车限制出行措施。而在印度首都新德里，从今年元旦开始的15日内，实行机动车单双号限行措施。

　　市气象台相关负责人表示，未来一段时间，厄尔尼诺事件仍将持续，北京市在1月至2月期间，雾霾天气依然会出现。

　　对话

　　厄尔尼诺事件导致雾霾频率增加

　　对话人：北京市环境保护科学研究院大气污染防治研究所 黄玉虎

　　北青报：厄尔尼诺事件对北京有哪些影响？

　　黄玉虎：去年11月以来，本市冷空气活动仅有4次，较近五年明显偏弱。另外，北京地区平均风速为1.8米/秒，与常年同期2.3米/秒相比，偏小约22%。小风日数达48天，较常年同期偏多14天。平均相对湿度70.6%，较常年同期和2014年同期明显偏高。过于潮湿的空气不仅造成了颗粒物吸湿性增长，导致能见度下降，且更有利于污染物的二次反应，使PM2.5的浓度骤升。

　　北青报：影响冬季京津冀地区气温异常的主要因素有哪些？

　　黄玉虎：研究成果表明，影响冬季京津冀地区气温异常的主要大气环流因子包括：东亚冬季风、西伯利亚高压，对降水影响的主要大气环流因子是：西太平洋副高、印缅槽。当厄尔尼诺事件出现时，中东太平洋海温增强，西太平洋副高偏强、偏西。西伯利亚高压偏弱、东亚冬季风偏弱，总体上对应着京津冀地区冬季气温偏高，暖冬出现的概率较大。

　　北青报：为什么遇到厄尔尼诺的年份，雾霾频率会增加、程度会加重？

　　黄玉虎：在出现厄尔尼诺事件的年份，北半球一般都会经历暖冬。暖冬期间，极地冷气团（冷空气）向南伸展的幅度会缩小，冷空气势力弱，容易出现静稳天气。京津冀处于高压底部，偏南暖湿气流又源源不断地向华北地区输送水汽，进一步加强雾霾颗粒形成的机制（湿度增加→污染物颗粒会吸湿增长→能见度降低），导致京津冀雾霾的频率增加、程度加重。文/本报记者 王斌

　　责任编辑：董佳兴（QN0008）　　作者：王斌

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