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京津冀近期缘何大雾严重,入冬以来京津冀重霾

发布时间:2019-09-30 20:22编辑:科学浏览(144)

    京津冀近期缘何雾霾深重 大气环境容量本来就低,气象条件又诸多不利,再赶上超强厄尔尼诺

    2016年冬天为何全球多地出现严重霾天气

    本报北京12月29日电 据中国气象局统计,2015年入冬以来,京津冀地区经历了四次严重雾霾过程。中国气象局预测,未来几天,包括元旦假期在内,京津冀地区出现严重雾霾过程的可能性较小。中国气象局环境气象中心首席预报员马学款认为,京津冀的雾霾日数多、过程重,既与污染物排放源强度和分布有关,也与不利气象条件有关,污染排放是内因,气象条件是外因、是控制因子。今年京津冀的冷空气强度弱,小风日数多,导致污染物水平扩散能力差。此外,大气层结稳定,混合层顶高度低,抑制了污染物的垂直扩散,空气湿度大也利于雾霾积聚。国家气候中心气候监测室首席专家周兵认为,小风日数增加、湿度偏高等加剧雾霾过程的气象因素,与不断增强的厄尔尼诺现象有所联系。入冬以来,华北、黄淮及东北地区在对流层低层表现为异常的偏南风,一方面利于东南暖气水汽“北上”,使近地层空气湿度增大,污染物吸湿增长,大气能见度降低;另一方面较弱的偏南风会造成外源污染物向京津冀地区的输送,从而加重空气污染程度。为完善雾霾预警机制,气象局采用了“大气环境容量”分析。国家气候中心朱蓉博士指出,大气环境容量是指由气候背景条件决定的城市最大允许排放量,其系数反映了大气对污染物的通风稀释和雨洗作用。据周兵介绍,今年京津冀大部分地区的大气环境容量较近10年同期偏低60%以上。中国气象科学研究院大气成分研究所副研究员刘洪利认为,综合评估对治理空气污染至关重要。地面只能监测单点和大气底层数据,无法掌握大气污染物垂直和水平输送,而大气流动必然导致污染物跨界传输。环保部门源解析表明,北京地区污染物有将近1/3是跨界输送的结果。因此,立体化监测网络是分析、治理雾霾的前提。

    近期频繁袭来的大范围严重雾霾,不时启动的空气重污染预警,让京津冀及周边地区的人们心中焦虑。

    ■本报记者 王超

    2016年11月至今,我国京津冀地区共发生8次持续性中到重度霾天气过程。2016年冬天,不仅是中国华北地区,印度新德里、法国巴黎、西班牙马德里、韩国首尔等全球多地均遭遇严重霾天气过程。

    “到底是哪些原因导致这么严重的雾霾?”“这几年治霾究竟有多大成效?”“什么时候能一直呼吸洁净的空气?”……当“跨年雾霾”等空气重污染过程频繁时,不少人发出疑问。连日来,记者专访了多位相关领域的专家学者,对这些问题进行了分析。

    “自入冬以来,仅京津冀地区就发生了4次3天以上的严重雾霾过程,拿上个月底最近一次污染过程来说,重度霾影响35.2万平方公里,持续7天,比常年同期持续过程长了2天左右。”近日,中国气象局环境气象中心首席预报员马学款对《中国科学报》记者表示。

    严重霾天气过程与全球气候变暖有关系吗?霾和气象条件有何关系?哪些气象条件有利于霾的消散?记者近日就这些问题采访了相关专家。

    1、哪些原因导致这么重的雾霾?

    京津冀:大气环境容量低值中心

    去年冬季全球霾天气相对多发重发

    “主因还是污染排放大,不利气象条件也是重要的配合因素”

    霾天气过程明显偏多、平均持续时间长以及大气污染程度重,是如今生活在京津冀地区人们的切身感受。“十面霾伏”的背后,既与污染物排放源强度和分布有关,也与“大气环境容量”有关。

    据中国气象局的数据显示,2016年11月以来,我国京津冀地区共发生8次持续性中到重度霾天气过程。其中2016年12月16日至12月21日、2016年12月30日至2017年1月7日两次过程,范围广、持续时间长、污染程度重。尤其是2017年1月2日,风云三号气象卫星监测显示,我国中东部霾区面积超过70万平方公里。

    贺克斌:1990年以前,北京也有类似扩散条件不利的天气,但并没有发生重污染。经过这些年的快速发展,京津冀及周边地区燃煤、机动车等排放的污染物翻了四五番。随着污染物排放量上升,成霾的气象门槛逐年降低。气象条件稍微差一点,就发生雾霾,再差一点,就发生重雾霾污染。

    根据国家气候中心朱蓉博士给出的定义,“大气环境容量”是由气候背景条件决定的城市最大允许排放量,单位为“吨/天/平方公里”,其系数可由大气混合层内风速与高度的乘积组成的大气通风量、雨洗常数与降水量乘积组成的湿沉降速度、PM2.5达标浓度、城市面积等经过积分计算得到。

    世界气象组织近期发布的全球气候状况指出,2016年为全球有气象记录以来气温最高的年份。在气候变暖的背景下,特别是冬季温度升高,高纬度温度升高大于低纬度,高低纬度的温度差异缩小,不利于冷空气南下,使得冷空气过程少,强度总体偏弱,去年冬季全球多地区霾天气较近几年相对多发重发。据介绍,10月印度新德里、11月伊朗、12月法国巴黎、西班牙马德里、韩国首尔等多地均遭遇了严重霾天气过程。

    目前,全国二氧化硫、氮氧化物等主要大气污染物排放量均在近两千万吨,而且污染物主要集中排放在东部、在京津冀及周边地区。

    “我们用‘大气环境容量系数’反映大气对污染物的通风稀释和雨洗作用。其数值越小,表明污染物越容易累积,大气对污染物的清除能力就越弱。”国家气候中心气候检测室首席专家周兵对《中国科学报》记者说。

    全球气候变暖对霾天气形成有影响

    张小曳(国家大气污染专项项目“我国大气重污染累积与天气气候双向反馈机制研究”首席科学家、中国气象学会大气成分委员会主任委员):主因还是污染排放大,不利气象条件也是重要的配合因素。气候变化和霾之间的联系机制,科学界还在研究。中国工程院对《大气十条》实施情况的中期评估显示,京津冀区域的污染气象条件,2014年比2013年转差17%,2015年比2013年转差12%。总体来讲气象条件是比较不利的。当然,主要是目前污染物排放还没有降到位。如果能降到位,即使在不利气象条件下,雾霾持续时间和出现次数都会减少。

    根据周兵的研究,大气环境容量低值区分布范围很大,以京津冀、山东北部及山东半岛、山西南部部分地区的数值与近10年同期相比较,数值偏低了60%左右。而唐山、北京、石家庄、邢台等地成为低值中心,这与低大气环境容量造成的大气污染难以扩散并不断累积有关。

    金莎娱乐,“全球气候变暖导致冬季气温偏高,对霾天气过程有推波助澜的作用。”中国气象局国家气候中心气候服务首席专家周兵告诉记者,温度、气压、风力、湿度等气象条件都跟霾或多或少有关,同时,雾霾还受到气候变化的影响。以全球变暖为主要特征的气候变化会使大气层结更加稳定,容易导致雾霾加重。

    欧阳志云:发生重污染天气,我觉得人为的污染物排放是主因。天气条件是形成雾霾的外部环境,如果没有那么多污染物排放,即使天气不好,污染物浓度也不会那么高。

    气象条件:水平垂直两不利

    “而大气环境容量低、大气自净能力弱等不利气象条件是近期京津冀地区霾天气多发重发的诱因。”周兵表示,除了人为污染因素,2016年11月以来京津冀地区冷空气次数少、平均风速小、小风日数多,大气自净能力弱。另外,京津冀地区的地形条件也不利于污染物的扩散:西部和北部“弧状山脉”包围,霾天气过程往往易出现偏南气流,将南部污浊空气吹向华北平原并停滞,加剧了京津冀污染物和水汽的聚集。

    金莎娱乐 11月4日,哈尔滨在当日中午发布“重污染天气二级预警”。

    在大气污染排放短期内难以根本改善的情况下,气象条件实际上已成为重污染天气消散的首要因素,而污染物在水平和垂直两个方向的弱扩散能力和污染物的吸湿性增长则成了霾天气多发的气象成因。

    北京市气候中心气候预测室张英娟博士也认为,近十年来,京津冀地区气温升高,降水减少,风速减小。京津冀地区的大气环境容量,也就是大气容纳污染物的能力总体在变小。刚刚过去的2016年12月,是我国1951年以来最暖的12月,全国平均气温比多年平均情况偏高2.6℃,北京偏高1.6℃左右,暖冬为严重霾天气过程提供了重要条件。

    2、全球气候变暖对雾霾的形成有影响吗?

    众所周知,污染物水平扩散能力就是人们常说的“等风来”;而垂直扩散能力,则与大气层结稳定性、混合层顶高度有关。

    冷空气有利于霾的消散

    “冬季气温偏高,对霾有推波助澜的作用”

    混合层高度是指近地层大气湍流混合所能达到的高度,主要取决于大气稳定度和风的大小,大气稳定度越高、风越小,混合层高度越低。

    “一般来说,冷空气有利于霾的消散。”中央气象台首席预报员马学款表示,大气污染物除了水平扩散,还能向天空垂直扩散。如果大气层结稳定,气温呈现下低上高的状态,即出现“逆温层”的时候,它就像大被子一样覆盖在近地面,阻碍空气的垂直对流运动,使混合层高度由较高时的上千米,大幅降低至几百米甚至几十米,导致污染物的扩散受到抑制,必须要有一个天气过程带来的冷空气,才能破坏这种循环。

    周兵:天气气候条件在霾的发生、发展、消散等多个环节中都有重要作用。随着全球变暖,大气边界层稳定度、冬季小风日数、大气环境容量等方面发生变化,对霾的形成有一定影响。

    “以北京为例,近期大气混合层顶高度仅为550米左右,但常年同期有1050米左右,不利于污染物垂直方向的扩散。”马学款说。

    “风速增大、风向转变、湿度减小、有效降水、逆温层结破坏、大气垂直扩散能力加强等因素,均有可能对霾起到减缓作用。”北京市气象台台长兼京津冀环境气象中心主任乔林也表示,近地层的风速达到一定的量级,对污染物有明显的清除作用;另一种可能性是在持续弱偏北风的作用下,近地层相对湿度显著降低,污染物会逐步稀释扩散。

    2014年以来,全球温度不断打破记录。2014年曾经是全球最暖年,但2015年打破了2014年的纪录,2016年又将会再次打破2015年的纪录,而且破纪录的幅度进一步增大。气象监测数据显示,近十年来,京津冀地区气温升高,降水减少,风速减小。京津冀地区的大气环境容量,也就是大气容纳污染物的能力,总体在变小,这一点是明显的。

    除冷空气活动弱、频次低,近地面平均风速小以外,近地面夜间辐射逆温明显、大气稳定度高,雾霾自身阻碍白天地面的太阳辐射升温、抑制混合层高度上升,也是造成近期平均混合层高度比常年明显偏低的原因。

    刚刚过去的2016年12月,是我国1951年以来最暖的12月,全国平均气温比多年平均情况偏高2.6℃,北京偏高1.6℃左右。这是极其极端的状况。这么暖的温度为大雾霾过程提供了重要背景,冬季气温偏高,对霾有推波助澜的作用。

    而中国气象科学研究院大气成分研究所副研究员刘洪利则向记者表示,相对湿度大造成污染物吸湿性增长,使气溶胶粒子体积增长为之前的4~8倍,从而活化为云凝结核,导致能见度进一步降低,加重雾霾。

    张小曳:温度、气压、风力、湿度等气象条件都跟霾或多或少有关,同时,雾霾还受到气候变化的影响。以全球变暖为主要特征的气候变化会使大气层结更加稳定,这是国际上已形成的共识。也就是说,在全球变暖的气候变化背景下,导致污染的天气条件总的来讲是不利的,容易导致雾霾不断加重。前不久,欧洲一些地方也遭遇了空气污染现象。

    超强厄尔尼诺事件:“火上浇油”

    3、“逆温层”是怎么回事?

    在周兵看来,大气环境容量低、极涡盘踞北极、超强厄尔尼诺事件也为污染物盘踞不散推波助澜。

    “逆温形成污染,污染加剧逆温,恶性循环,越来越重”

    2015年11月25日,世界气象组织发布的《2015年全球气候状况声明》指出,2015年可能成为有记录以来的最暖年份。而2.3摄氏度的厄尔尼诺综合指数更是接近1997~1998年2.5度的峰值。

    马学款:逆温现象是自然界一直都有的。一般情况下,大气温度随着高度增加而下降,可是在某些天气条件下,地面上空的大气中会出现气温随高度增加而升高的现象,气象学上称它为“逆温”,发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。

    “超强厄尔尼诺事件使得东亚冬季风和西伯利亚高压强度双双减弱,对于中高纬度环流尤其是北极极涡产生影响。”周兵表示,极涡空间模态的结构可以用“北极涛动指数”来表征,目前该指数处于正位相,表明极涡盘踞在北极,没有偏出到东半球或西半球,使得冷空气不利于向中低纬度扩散。

    逆温的种类很多,大家常说的逆温往往指辐射逆温,它是由夜间地面长波辐射导致近地面温度快速下降而形成的。逆温是一种典型的大气层结稳定现象,这种现象在冬季尤其常见。

    同时,厄尔尼诺对西太平洋和副热带高压的影响显著,出现的反季节性环流和增强的高压系统,使得北方地区出现异常的偏南风。“一方面使中低纬度近地层空气湿度增大,污染物吸湿增长;另一方面也使得污染物在弱的偏南风作用下向京津冀地区输送,加重污染。”周兵说。

    大气污染物除了水平扩散,还能向天空垂直扩散。如果大气层结稳定,气温呈现下低上高的状态,即出现“逆温层”的时候,它就像大被子一样覆盖在近地面,阻碍空气的垂直对流运动,使混合层高度由较高时的上千米,大幅降低至几百米甚至几十米,导致污染物的扩散受到抑制。

    专家表示,重污染天气是气象条件和污染排放共同作用的结果,只有在不同的气象条件下,根据重污染天气形成的机理、传输路径的不同,因地制宜地设计区域减排措施和主要污染物减排方案,不断提高公众的环保意识,调整经济、能源结构,对气象条件实时监测、准确预报、提前预警,才能有效应对重污染天气,为雾霾治理提供科学依据。

    张小曳:人类活动对逆温现象也有影响。污染物集中在低层大气中、出现霾时,气溶胶的总效应是“冷却效应”,使得低层降温幅度高于上层降温,会使得逆温加重,大气层结更加稳定。逆温形成污染,污染加剧逆温,恶性循环,越来越重,必须要有一个天气过程带来的冷空气,才能破坏这种循环。

    《中国科学报》 (2016-01-18 第4版 综合)

    4、哪些自然条件有利于雾霾的消散?

    “逆温层结的破坏、大气垂直扩散能力加强等因素,均有可能对霾起到清除作用”

    张恒德:风速的增大、风向的转变、湿度的减小、有效的降水、逆温层结的破坏、大气垂直扩散能力加强等因素,均有可能对霾起到清除作用。受建筑物遮挡等因素影响,有时体感风速较小,但近地层的风速已经达到一定的量级,对污染物有明显的清除作用;另一种可能性是在持续弱偏北风的作用下,近地层相对湿度显着降低,污染物逐步稀释扩散;另外,大气的逆温层被破坏、污染物垂直扩散能力加强等原因,也可能使得霾减弱消散。

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    5、空气重污染期间,治理雾霾的重点是什么?

    “把氮氧化物排放降得更低一点,可能效果更明显”

    贺克斌:《大气十条》针对的是以下几种污染物:一次颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物。这一顺序也是按照实际减排力度大小排列的,一次颗粒物、二氧化硫减得多些,氮氧化物次之,挥发性有机物减得少些。

    氮氧化物的主要来源包括燃煤、机动车等。氮氧化物既是硝酸盐的前体物,也是形成硫酸盐的氧化剂。在冬季应对PM2.5重污染时,在多种污染物协同减排的基础上,把氮氧化物排放降得更低一点,可能效果更明显。目前,电厂已经做到超低排放,进一步的减排空间已经很小了。下一步要加大力度治理工业锅炉、散煤、机动车等。

    “十一五”时期,有专家建议将二氧化硫、氮氧化物同时列入总量控制,但最终只有二氧化硫列入。“十一五”期间,全国二氧化硫排放量减少14%,氮氧化物排放上升超过30%。从“十二五”开始,氮氧化物被列入总量控制。相对于二氧化硫,氮氧化物控制技术的时间积累比较短,这也是其减排面对的挑战。

    目前,挥发性有机物还没有纳入总量控制,氨的治理还没有实质性动作,这会对整个大气环境治理效果产生较大影响。氨是大气细颗粒物的重要前体物,其排放量的增加有可能抵消其它措施的减排效果。

    6、什么时候才能一直呼吸到洁净的空气?

    “雾霾是几十年的发展积累形成的,必须要有中长期的防治战略和科学措施”

    贺克斌:如果京津冀一体化顺利推进,能够在能源结构、产业结构方面有所突破的话,减排会加速。但是,北京等地PM2.5浓度要降到35微克/立方米,需要10到15年,要到2025年以后。

    治霾,没有一招制胜的办法,需要较长期和多方面的努力。对于雾霾治理,我们要有信心,也要有耐心。

    欧阳志云:随着人们对雾霾危害的认识,对控制雾霾污染的重视,通过调整产业结构,提高技术水平、管理水平等,雾霾会逐渐得到控制,我们可以有信心。

    常纪文(国务院发展研究中心资源与环境政策研究所副所长):经过治理,目前京津冀地区PM2.5年均浓度有所下降,但PM2.5前体物的浓度仍然是发达国家的10倍左右。总的来看,今后10年,中国的主要污染物排放总体上处于跨越峰值并进入下降通道的转折期,到“十三五”末期和“十四五”初中期,主要污染物排放总量的拐点可能全面到来。

    补齐生态环境这个经济社会发展的突出短板,既要有解决环境问题的历史紧迫感,在战略部署上也要有必要的耐心,以与经济社会发展相协调的方式、污染防治与生态建设相结合的方式,在发展中科学、稳妥、分阶段地解决环境问题。雾霾是几十年的发展积累形成的,不是一年两年可以根治的,必须要有中长期的防治战略和科学措施。

    7、治理雾霾,还需要哪些更有力的措施?

    “减排必须在能源结构、产业结构调整上下更大功夫”

    贺克斌:头三年的减排取得了一些成绩。不过,目前各地更多是在末端治理上使劲,包括超低排放、提标改造等,要找新的减排量,必须在能源结构、产业结构调整上下更大功夫。现在排放量有所减少,但留在空气中的污染物还足够多,因此效果还不明显,必须进一步大幅度削减污染物。

    目前有30多个城市正在进行大气污染物排放源清单的编制试点工作,对各种排放源的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、PM10、PM2.5等9种污染物进行调查,做到大气污染物全覆盖。这对搞清楚并控制住污染源非常重要。

    环保部每次开展空气重污染督查时,都能发现不守规矩的企业。有减排技术、设备,如何保证技术、设备得到充分使用,还需加大监管力度。完全靠人的“自觉”是靠不住的,抽查也不容易。监管需要好的技术手段,国家应该多投入一些资金研究监管技术。排污总会留下痕迹,通过技术手段可以追踪,把漏洞、歪路堵住。否则,可能纸上统计减了很多污染物,实际上大打折扣。

    常纪文:京津冀和周边地区应通过科学管理等手段,缓解雾霾问题。比如,优化城市空间开发利用结构,遵循地理、气象、生态等基本条件,开展“多规合一”,打非治违,形成科学的、可持续的生产、生活和生态空间;以最坚决的态度执行城市开发利用边界制度,防止各城市主城区、各区县城区等的范围继续膨胀,超过区域生态环境容量。

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