为什么气温会影响大气污染对健康的影响？

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雾-霾天气因何来发布时间：2015年12月14日
来源：中国气象报中国气象报记者 黄彬　　“世界上最远的距离，不是从东五环到西五环，而是我站在国贸立交桥上，却看不见央视大楼。”近年来，京城市民中流传着这样的“笑话”，却是言者无奈，听者神伤。　　尽管“雾”与“霾”早已成为公众眼中的“高频词语”，但很多人仍有疑问，雾-霾天气究竟从何而来？　　三大因素影响雾-霾产生　　雾、霾作为天气现象古已有之，史书多有记载。总体来讲，雾、霾均可能导致能见度降低，但两者成分有差异，雾以空气中悬浮的小水滴、冰晶为主，霾则主要为固体悬浮颗粒物；前者出现时相对湿度一般过饱和，以微小水滴为主；后者则相对湿度较低，以颗粒物为主。　　近些年，人类活动对大气环境产生较大影响。雾与霾，尤其是霾，事实上已不是一个单纯天气现象。　　中国气象局雾-霾监测预报创新团队首席专家龚山陵说，大气污染物排放、气象条件、大气化学反应过程是导致雾-霾天气出现的三大因素。　　污染物排放是雾-霾天气产生的“元凶”。据分析，污染源包括燃煤、机动车尾气、工业企业排放、地面扬尘、居民生活污染排放等。　　雾-霾天气出现，必须满足一定的气象条件。在静稳天气形势下，大气稳定度高，空气垂直对流减弱，不利于污染物和水汽垂直扩散；风速较小，不利于污染物和水汽水平扩散，使得大气污染物容易聚积在近地层某个区域。“在雾-霾天气下，污染物浓度上升使地面接收到的太阳辐射减少，地面温度较低，进一步有利于大气低层逆温，大气稳定度加大，霾进一步加剧，形成恶性循环。”中国气象局环境气象中心副主任张恒德说。　　雾-霾的大气化学反应过程也不容忽视。一些大气污染物在排放时就是颗粒物，比如扬尘、灰尘等；还有些污染物在排放时是气态物质，如燃煤产生的二氧化硫、机动车排放的氮氧化物等，这些气态物质经大气光化学反应后，会转化为颗粒物。在很多城市，这些污染物对雾-霾的“贡献率”更大。据研究，湿度较大时，上述污染物从气态向颗粒物的转化速度更快，因此，在近地面水汽条件较充足时，不仅会出现雾与霾的混合现象，还会促使污染物浓度上升。所以说，11月底华北地区积雪融化造成空气湿度增加，也是当时雾-霾过程加重的原因之一。　　厄尔尼诺事件也会“搅局”　　随着相关研究的深入，气象专家发现，研究雾-霾也需要从宏观层面考虑大的气候背景。　　在上世纪90年代之前，我国的霾主要发生在冬季。近年来，霾呈现出全年多发态势，且冬季霾日数明显增加。通过研究1961年至2012年我国不同季节大范围霾事件发生的频次，中国科学院院士王会军发现，冬季华北大范围霾事件的发生与东亚地区大气环流的高低空配置有密切关系——对流层低层北风减弱及逆温层发展、中层东亚大槽减弱、高层西亚急流北移，这些因素均能促进华北大范围霾事件的发生。　　此外，观测及敏感性数值模拟试验结果表明，副热带西太平洋海温异常影响着东亚冬季风变化，进而影响华北地区霾日数量。　　随着全球变暖，北极海冰急剧减少，这一变化也对北半球中高纬度地区的天气气候产生了显著影响。王会军说，从长期变化看，在华北、黄淮和一部分长江中下游区域，冬季霾发生的年际变化与北极海冰秋季的年际变化存在明显反向关系。在全球变暖影响下，我国冬季增温幅度更为显著，冬季风减弱，进而导致北方冷空气活动减弱，影响污染物的扩散，促使霾天气增多。　　今年，史上最长厄尔尼诺事件持续发展，也对华北雾-霾有所影响。“当厄尔尼诺事件出现时，中东太平洋海温增强，西太平洋副热带高压偏强、偏西；西伯利亚高压偏弱、东亚冬季风偏弱。”北京市气象局气候中心副主任王冀指出。监测资料显示，12月以来，北京地区平均气温-0.3℃，较常年同期偏高1.2℃。在冬季气温偏高的情况下，极地冷气团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，进一步促使雾-霾颗粒形成，导致京津冀雾-霾天的数量增加，污染程度加重。”王冀说。　　等来的风雨未必能除霾　　在区域产业结构转型难以一蹴而就、应急减排措施对减少污染物排放总量效果有限的情况下，“等风来”依然是驱除雾-霾的主要途径。然而，到底需要等来多大的风？　　“以北京为例，持续每秒3米的风，可以起到抑制雾-霾天气发展的作用；但要达到明显的清除作用，风速至少要达到每秒4米至5米以上。就算风速达标了，能否清除雾-霾还要看风向、地形、排放源等是否满足条件。”张恒德说，要结合不同区域、排放源位置、风向上游污染物浓度情况等，综合考虑风对雾-霾的清除作用。　　那么，降水能起到清除雾-霾的作用吗？龚山陵表示，降水对雾-霾的影响有双面性。当降水达到一定量级以上时，可将空气中污染物冲到地面，起到洗刷作用。当降水较弱时，大气湿度会进一步加大，有助于二次颗粒物的形成，还会促进雾-霾发展，加重污染程度。　　不过，即便没有出现雾-霾，也不代表空气中无污染。2015年11月初，由于相对湿度低，东北部分地区能见度保持在10公里左右，但当地污染物浓度却很高。　　（来源：《中国气象报》责任编辑：叶海英）
今年全国两会期间，生态环境部部长李干杰就“打好污染防治攻坚战”相关问题回答中外记者提问时表示，大气重污染成因与治理攻关项目取得了阶段性成果，三大影响因素污染排放、气象条件和区域传输，基本上搞清楚了。气象条件对大气重污染影响到底有多大？如何应对？中国工程院院士、中国气象科学研究院研究员徐祥德，中国气科院大气成分研究所所长王亚强，国家气候中心研究员柳艳菊等专家，最近接受了蓝蓝天工作室专访。风速很小、大气静稳、近地面逆温、湿度较高等情况下，容易产生重污染2017年4月，国务院常务会议确定由原环境保护部（现生态环境部）牵头，科技、中科院、农业、工信、气象、卫生、高校等多部门和单位协作，针对京津冀及周边地区秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放管控技术等难题开展集中攻关。原环境保护部随后按照“1+X”模式成立了国家大气污染防治攻关联合中心，组建了由200多家单位、近2000人组成的科技攻关队伍。徐祥德、王亚强、柳艳菊等专家组成气象攻关团队，对导致大气重污染的气象条件等问题，开展了深入研究。“高强度排放是导致大气污染的内因、主因，气象、气候条件是关键的影响外因。”在代表这一气象攻关团队接受蓝蓝天工作室专访时，徐祥德说。徐祥德介绍，京津冀及周边地区位于太行山东侧“背风坡”和燕山南侧的半封闭地形中，受青藏高原大地形“背风坡”效应所导致的下沉气流和“弱风效应”影响，冬季京津冀及周边地区为显著的下沉气流区，这不利于大气对流扩散及污染物清除。这个地区是我国冬季大气污染最重、季节差异最为显著的区域，PM2.5浓度冬季普遍偏高，污染最重，秋、春季次之，夏季最轻。青藏高原大地形“背风坡”效应所导致的下沉气流和“弱风效应”影响示意图。研究表明，从目前统计分析结果来看，在京津冀及周边地区，符合以下条件时容易产生本地累积型重污染：风速小于2米/秒，对污染物水平扩散极其不利；大气处于静稳状态，垂直扩散能力较差；近地面逆温（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，气象学上称为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”），边界层（近地面空气可以在其中上下混合交换）高度低于500米；大气相对湿度达60%以上，导致气态前体物向颗粒物加速转化。具体来说，不利气象条件主要包括以下几个方面：——风速很小。静风或小风（风速小于或等于2米/秒），风向多为东南风或偏南风，空气流动性弱，污染物水平扩散极其不利。——大气静稳。大气处于静稳状态，大气垂直扩散能力较差。重污染天气期间，通常有逆温层发展，导致大气垂直方向静稳度增加，大气边界层高度明显降低，对污染物垂直扩散不利。大气边界层高度通常为500—1500米左右，重污染天气期间，边界层高度可下降到500米以下，甚至达100米以下，垂直方向扩散能力明显减弱，有利于污染物在低层累积、导致重污染天气持续。——湿度较高。大气相对湿度达60%以上。一方面，相对湿度增加有利于细颗粒物的吸湿增长；另一方面，相对湿度增加还会促使气态前体物向颗粒物加速转化，导致颗粒物浓度快速增加。二氧化硫、氮氧化物等气态污染物在大气中发生氧化等化学反应，形成硫酸盐、硝酸盐等PM2.5的主要成分。大气重污染和不利气象条件之间能够形成显著“恶性循环”“上述指标有一定的代表性，但气象条件对于大气污染的影响是复杂的非线性关系，某一个单一指标和污染的相关关系有很大的局限性，而且不同区域、不同季节其关系可能有较大的变化，研究各主要污染相关气象参数综合影响更为合理。”徐祥德向蓝蓝天工作室指出。攻关团队气象专家通过对风速、风向、相对湿度等气象条件综合诊断，获得了两个最重要的指标定量描述不利气象条件：区域气团稳定性和水汽凝结率，进而得出了“污染—气象条件指数（PLAM）”。研究表明，在空气质量较好的时候，污染—气象条件指数的值通常在40以下，在我国大气污染重点地区，污染—气象条件指数值若大于80，通常大气水平能见度低于10公里的几率就很高，其与PM10和PM2.5浓度总体呈线性关系。污染—气象条件指数为80可视为一个重要的阈值。2018年1月，蓝蓝天工作室在山西太原采访时拍摄的一家企业排放情况的照片。研究还表明，在空气污染过程中，污染累积到一定程度后还会导致气象条件进一步转差，重污染和不利气象条件之间形成显著的“双向反馈”效应。什么是“双向反馈”？气象专家告诉蓝蓝天工作室，这可以理解为一种“恶性循环”。对北京2013年以来所有持续超过3天的重污染事件的分析表明，北京的大气污染形成后通常分为两个阶段，一是前期南风输送污染阶段，二是污染累积阶段，当PM2.5浓度累积到一定程度（通常大于100微克/立方米），大气污染会通过辐射效应促进逆温形成和边界层低层相对湿度增加，使边界层内气象条件进一步转差，转差的气象条件导致数小时到十几小时PM2.5浓度至少增加一倍以上的“爆发性增长”。气候变暖趋势导致京津冀地区冬季静稳天数明显增多研究结果显示，在京津冀及周边地区，有利于雾霾天气形成的气象条件在增多，而这背后隐藏的一个重要因素是：以全球气候变暖为主要特征的气候变化。今年初，多家权威机构确认，2015年至2018年是100多年前有气温记录以来最热的4年，其中2018年是史上第四热年。世界气象组织2月6日发布报告指出，无论在陆地还是海洋，过去四年的变暖程度都非同寻常。“这是持续长期气候变化的一个明显迹象，而持续长期气候变化与创纪录的大气温室气体浓度相关。”专家普遍认为，人类活动导致的二氧化碳和其他温室气体排放增加是全球变暖的主因，而这又导致热浪、飓风等极端天气事件日益频繁。全球变暖导致冰川融化。（图片来自网络）“联合攻关研究表明，人类活动引起的全球变暖趋势导致我国北方地区，特别是京津冀地区静稳天数在冬季明显增多，气候变暖对北方雾霾的形成起着重要作用。”徐祥德表示。1961—2018年冬季，京津冀地区冬季日平均气温总体趋势是线性升高的，增长率为每10年增加0.39℃，明显高于全球及全国同期的增温率（分别为每10年增加0.13℃及0.22℃），是我国变暖明显的区域之一。研究结果表明，北京地区1960年以来年平均气温增温速率，约为每10年增加0.36℃。徐祥德指出，20世纪60年代以来，特别是1990年以后，冬季京津冀及周边地区平均风速总体呈下降趋势，小风日数一直处于明显偏多的阶段。来自贝加尔湖、经西北方向影响京津冀及周边地区的冷空气气团强度及其风速，存在年代际及年际的减弱趋势，表明该区域风速下降与气候变暖密切相关，而非仅城镇化因素起主导作用。另外，1960年以来，年代际变化趋势表明京津冀地区冬季大气低层边界层层结趋于稳定，静稳天数明显增多，不利于该地区污染物垂直扩散。这些均可被认为主要与年代际气候变暖有关。因此，气候变暖影响不仅制约着全球经济社会的发展，而且给京津冀区域大气环境治理带来了更为严峻的挑战。“气候变暖和人类温室气体排放有关，缓解气候变暖的步伐还是要靠减排。我国近年来通过调整能源结构等措施积极应对气候变化，减少二氧化碳等温室气体排放。通常在减排温室气体的过程中，会同时减排大气污染物，对缓解长远的气候变暖和当前区域大气环境污染都有益处。”徐祥德说。提高空气质量预报能力，是应对空气重污染过程、减轻污染的重要举措。徐祥德认为：“在一个时段内排放量相对固定的情况下，气象条件是重污染事件是否发生的关键因素，几天之内就有可能从蓝天白云转变为污染物‘爆表’。下一步要加强大气污染成因和气象影响关联性的深入研究，为重污染天气的精准预报预测提供应用理论与技术支撑。”徐祥德还建议，要进一步实施跨部门、跨学科联合攻关，加强对不同地形与气象条件背景下排放源布局影响与区域输送“贡献”等问题的研究，为精准施策防治大气污染、打赢蓝天保卫战提供科学依据。(来源:人民日报中央厨房蓝蓝天工作室)

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