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1、雾霾天气成因分析及应对思考摘要：2013年我国中东部地区先后遭遇多次大范围持续雾霾天气，给人们生产生活造成了严重影响。本文详细分析了雾霾天气产生的原因及特点，列举了国外工业化过程中出现的雾霾影响和治理过程，以及我国近期为防止大气污染已经采取的多项措施，提出从根本治理大气污染、改善空气质量需要在制度上实现保障，从源头上进行防治，建立长效的协同治理的联动机制。关键词：雾霾；大气污染；静稳天气；大气气溶胶引言雾霾是秋冬季常见的天气现象。雾和霾虽同为视程障碍物，但二者之间却有很大差别。雾是空气中的水汽凝结现象，是自然的天气现象，和人为污染没有必然联系；霾是排放到空气中的尘粒、烟粒或盐粒等气溶胶的集合体
2、，是大气污染所导致。两者可从空气湿度上作出大致判断，通常在相对湿度大于90%时称之为雾，小于80%时称之为霾，80%90%之间则为雾霾混合物1。雾和霾在一天之中可以变换角色，也可能在同一区域内有些地方是霾有些地方为雾。当雾和霾同时存在，且区域性能见度低于10公里的空气普遍浑浊现象被称为“雾霾”天气。由于能见度的降低不仅有“积极”参与的云雾滴的作用，还有气溶胶粒子的贡献，且其中的细粒子排放主要来自人类活动，因此雾霾不是纯粹的自然现象，雾霾天气的出现是气象问题，更是环境问题。2013年1-10月，我国中东部地区先后遭遇多次大范围持续雾霾天气，其影响范围、持续时间、雾霾强度历史少见。雾霾天气导致空气
3、质量和能见度下降，造成呼吸系统和过敏等疾病的发病率增加，高速公路封闭，航班延误或取消，给人民群众的身体健康和生活造成严重影响。本文就2013年雾霾天气的特点、出现原因、目前对大气污染已经采取的措施，以及未来如何应对等问题进行了探讨。 一、2013年雾霾天气特点及成因分析（一）雾霾天气特点1.雾霾日数多雾霾是气象部门的常规观测项目，根据历年的观测资料统计分析显示，2013年我国雾霾日数较常年同期明显偏多，其中1月和10月的月平均雾霾日数均为1961年以来同期最多。1月，全国平均雾霾日数为4.4天，较常年同期偏多1.4天；10月达4.7天，偏多2.3天（图1A、1B）。雾霾日数偏多在我国东北、华北
4、、黄淮、江淮等中东部地区最为显著。以省会城市为例，1月合肥雾霾日数达30天、南京和杭州均为29天，几乎整月都被雾霾笼罩；北京雾霾日数有25天，较常年同期偏多13.6天，为1954年以来同期最多。图1A 1961-2013年1月全国月平均雾霾日数变化图1B 1961-2013年10月全国月平均雾霾日数变化与往年比，在雾霾日数中霾的增加尤为明显。我国年均霾日数为9天，呈逐渐增加的趋势，尤其是2004年以来增长迅速较快，年均值在1220天，明显超过常年平均（图2）；而2013年1-10月全国平均霾日数已达26天。与之相对应的是我国能见度逐年下降，从上世纪60年代为近26公里，下降至近十年为平均22公
5、里左右。图2 1961-2012年全国年均霾日数变化2.覆盖范围广据风云二号气象卫星遥感监测显示，2013年1-10月，全国有20个省（区、市）出现持续性雾霾。1月份平均每天雾霾覆盖范围有71.6万平方公里，其中1月22日达222万平方公里，几乎覆盖了整个中东部地区；10月20-22日，北方地区出现严重雾霾天气过程，内蒙古东部和东北地区影响范围约40.8万平方公里，大部地区都为雾霾所覆盖（图3A、3B）。图3A FY-2E气象卫星2013年1月22日大雾监测图图3B FY-2E气象卫星2013年10月21日大雾监测图3.强度大2013年1月，在全国2400余个气象观测站中，能见度小于等于100
6、0米、500米、200米的站次数分别达到8233站次、5218站次和3374站次，分别为近7年平均值的2.7倍、2.6倍和2.5倍。环保部门数据显示2，对第一批实施环境空气质量新标准的74个城市监测结果表明，1月份总体超标天数达68.4%，其中严重污染占10.0%，重度污染20.2%，中度污染13.5%，轻度污染24.7%；PM2.5的平均超标率为68.9%，月均浓度为130微克/立方米（表示每立方米空气中可吸入颗粒物的含量，值越高代表空气污染越严重），最大日均值达766微克/立方米。10月份，总体超标天数为47.8%，超标天数中以PM2.5为首要污染物的天数占到61.7%；哈尔滨10月19日
7、至23日连续5天空气质量为严重污染，21日PM2.5小时浓度一度达到1000微克/立方米。4.影响程度重雾霾天气导致的空气质量和能见度下降给人民群众的身体健康、交通出行和日常生活造成严重影响。1月份，北京、天津、石家庄等地医院就诊人数明显增加，其中呼吸道感染的病人偏多，且表现出明显的过敏症状，比如流鼻涕、打喷嚏、眼睛痒、干咳、痰多、憋气、气短等。雾霾天气还给航空、道路交通带来严重影响，1月17日济南机场因雾霾取消航班近70架次，1月29日北京首都机场因雾霾取消航班49架次；1月13日雾霾天气造成沪昆高速16辆车连环相撞，2人死亡。10月2022日东北地区出现严重雾霾天气时，哈尔滨宣布全市中小学
8、停课两天，这是国内城市首次因雾霾天气发布停课的强制性行政命令；哈尔滨机场400余架次航班取消，近5万人出行受影响；吉林长春部分中小学、职业学校取消课间操；辽宁省内京哈、丹阜、沈海等多条高速部分路段封闭。（二）雾霾天气成因分析2013年我国出现多次大范围的雾霾天气过程，是有利于雾霾产生的气象条件和由于人类活动造成的不断增加的污染物排放共同作用的结果。1.大气环流异常导致静稳天气多，有利于形成雾霾静稳天气是指当大范围近地面大气层持续或超过24小时出现气压场较均匀、静风或风速较小的天气。在静稳天气条件下，湍流受到抑制，特别是当逆温层出现时，低空中的水汽和颗粒物不易扩散，极易形成雾霾天气。静稳天气在秋
9、冬季更易出现。2013年1月大气环流异常而导致静稳天气偏多，为大范围持续雾霾天气的出现提供了有利条件。1月份，西北利亚地区冷高压异常偏弱，北半球西风指数较常年明显偏大，表明高空西风分量较强，环流比较平直，纬向型环流较弱，不利于引导极地冷空气进入我国；中东部大部地区的海平面气压值较常年偏小15hpa（百帕），处于弱气压梯度区，地面风速不大，垂直和水平方向扰动小，静风和小风天气多，形成持续静稳天气。气象资料分析表明，2013年1月我国中东部大部地区稳定类天气出现的频率较常年明显偏多，其中华东地区为56.5%、华南57.3%、西南63.7%，而华北地区高达64.5%，与2006年并列为近10年最高。
10、加之南方暖湿气流相对较强，上述地区近地面空气湿度大，因此出现大范围持续雾霾天气。2.我国大气气溶胶浓度高有利于形成雾霾我国大气气溶胶浓度在世界范围来说处于较高水平，有利于催生雾霾天气的形成。大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称,主要包括沙尘、碳（有机碳和黑碳）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐和海盐等六大类3。我国各地大气气溶胶有不同的时空分布特点。冬季北方地区燃煤采暖、春秋季农村地区秸秆焚烧都会造成碳气溶胶的浓度明显增加；春季，西部地区受沙尘天气影响，以沙尘气溶胶为主。我国华北地区工业相对比较发达，排放的二氧化硫较多，由于气温高可加速二氧化硫转化为硫酸盐，所以夏季华北地区硫酸盐气溶胶浓度较
11、其他季节和地区都高。因城市汽车使用量大大高于农村，所以城市中硝酸盐和硫酸盐气溶胶浓度大大高于农村3。气溶胶中空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10，2.5微米以下的称为PM2.5. Aaron利用Terra卫星遥感数据反演得到全球PM2.5浓度分布4，结果表明全球大部分地区年均PM2.5浓度 100微克/立方米，明显处于较高水平；我国PM10的浓度也远高于欧美地区5。近年来，由于煤炭消耗量和机动车数量增长等因素，我国气溶胶浓度不断上升，1995年到2012年，二氧化硫排放总量已由1.89107t（吨）增加到2.12107t6。大量研究表明，气溶胶中PM10和PM2.5的浓度与能见
12、度密切相关。有研究证明，济南能见度与PM10、PM2.5 浓度的相关系数分别达到-0.622、-0.6947，当PM10、PM2.5浓度上升时，能见度将明显下降。能见度降低的主要原因是颗粒物对光的散射和吸收效应，并由于散射作用减小了目标物与天空背景之间的对比度而造成。大气气溶胶中，起散射作用的主要是粒径为0.1-1微米的细粒子,对光的吸收效应几乎全部是由黑碳和含有黑碳的颗粒所引起8。由此可见，气溶胶浓度对能见度的影响非常大，我国气溶胶浓度高是雾霾天气多发的主要原因，而冬季北方地区采暖燃煤释放的大量黑碳则加剧了雾霾的形成。3.雾霾天气使近地层大气更加稳定，加剧雾霾发展大气中污染物和雾霾相互影响和
13、作用，其主要媒介是气溶胶9。雾霾中污染物的加入显著改变了气溶胶浓度，可促进水汽凝结，形成更多的云雾滴，水汽凝结时释放的潜热又有利于雾区的抬升和扩展；另一方面，云雾滴和气溶胶的增加将更多的太阳辐射反射、散射回大气中，使到达地面的辐射减少，地面气温下降，大气层结稳定度增加，造成每日正常排放和转化的气溶胶粒子更易在近地层大气中集聚，能见度进一步降低。由此可见，气溶胶的增多通过影响近地面层动力和热力场，对雾霾的发展起正反馈作用10。4.气溶胶二次反应导致污染物浓度增高气溶胶按照形成过程可分为一次气溶胶和二次气溶胶。人类活动产生的污染源排入大气中，其中二氧化硫、碳氢化合物、氮氧化合物等一次气溶胶通过化学
14、反应和气粒转化过程，形成硫酸盐、硝酸盐和氯化物等新的比较稳定的颗粒，即二次气溶胶。大量观测数据表明，大气中二次气溶胶对PM2.5浓度的贡献很大，大气污染物中有近5成的颗粒物来自于二次反应11。二次气溶胶参与形成更多的云（雾）滴，使本已严重的大气污染状况变得更为复杂，雾霾天气更严重。二、雾霾是工业化高速发展时期的常见现象，发达国家通过立法防治大气污染取得较好效果雾霾天气在西方工业化的进程中曾是一种常见的现象，发达国家通过立法和行政手段，采取各种措施防治大气污染，陆续消除雾霾危害，他们的经验值得我们认真研究和借鉴。在工业化高速发展时期，排放到空气中的大量工业废气、燃煤烟尘以及逐渐增加的汽车尾气都是
15、大气污染物的主要来源。当近地面大气层出现逆温时会导致污染物无法扩散，如果逆温层维持较长时期，污染物出现长时间堆积，发生光化学反应，产生毒性更大的物质，就有可能导致恶性大气污染事件，造成大量人员伤亡。1930年，比利时发生马斯河谷烟雾事件。马斯河谷是比利时重要的工业区，该地处于狭窄的盆地中。当年的12月1日至15日，马斯河谷上空出现了很强的逆温层，在其持续作用下，马斯河谷工业区排放的大量烟雾弥漫在河谷上空无法扩散，越积越厚。第3天开始，河谷工业区有上千人发生呼吸道疾病，一周内就有60多人死亡。1948年，美国的多诺拉出现类似事件。多诺拉是美国宾夕法尼亚州山谷中的一个小镇，是硫酸厂、钢铁厂、炼锌厂的集中地。 1948年10月26日至31日，该镇持续出现大雾和逆温层现象，工厂排出的大量烟雾被封闭在山谷中，小镇中6000人突然发病，其中有20人很快死亡。1952年，英国出现骇人听闻的“伦敦烟雾事件”。12月5日至8日，伦敦上空维持逆温层，高压中心控制下一连数日无风，大雾笼罩城市，燃煤排放的煤烟粉尘等污染物在无风状态下蓄积不散，呼吸道疾病患者剧增。仅4天时间死亡人数就达4000多人，之后的两个多月又有8000多人陆续丧生。饱受雾霾危害之后，发达国家陆续开始治理雾霾的探索，通过各种立法和行政手段，严格整治污染源头
