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雾霾是天气现象还是纯粹的污染?其成因是什么?

2014-10-16科学

前面诸位的回答,已经比较充分。说一些我的观点,并做一些补充,如有纰漏希望大神给予指正。

雾霾,是否是一种天气,可以从他的成因来解释,因为其成因中不单单只有气象因素,因此个人认为说他是一种天气有些不妥。但因为其成因中气象因素所占的比例也较大,说其是个天气也有一定的理由。

下图是上海市12年来AQI的变化。从图中可以看出,12年来上海市的主要污染物主要还是可吸入颗粒物。从图中可以看出2001年的颗粒物污染貌似比之后的几年还严重。而其中PM2.5有多少,由于缺乏数据,也没办法判断。但是如果雾霾天气单单是由颗粒物所造成,大体可以猜测2001年上海的雾霾天气应当比之后的几年都较为严重,但是由于没有去考据当年的资料,这里也不便轻易下结论。但允许我在以下的解释中依靠这个图片做一些假定。

1. 能源使用方面

我国经济的快速发展,使得能源使用量也是逐步上升的,而且上升趋势非常明显。虽然煤炭使用量占总能源使用量的比例有所降低,但其总体能源使用量的增加,使得煤炭消耗量增加也非常的迅速。而煤炭作为能源所造成的大气污染,想必大家也非常的清楚,我不再赘述。此外,虽然已经采用了相关的脱硫脱硝等措施,但由于监管以及效益问题,对工业企业污染物的治理效果到底怎样,我这里缺乏相关的资料,也不便讨论。

2.工业布局

工业污染企业主要有钢铁企业,水泥企业,火电厂等。以钢铁产业为例,河北省自2007年以来成为中国钢铁第一大省,这些钢铁厂其分布主要集中在太行山东麓。钢铁厂较多的省份其次是山东省,江苏省,这三个省的钢铁厂数目超过全国钢铁数目一半。而之前雾霾发生较多的地方也主要集中在这些地区。

3.地形、气象因素

工业布局和地形、气象因素对污染物的扩散有极其重要的作用。

比如今天的AQI分布,我们可以看到,在河北地区,污染较重的地区集中在太行山东麓,而山西省污染较重的地区是阳泉市,其可能也受到了太行山山脉的影响。怎样更好的理解地形对其的污染的影响,可以买一个立体的地形图放在手边,再和AQI分布图进行对照,这种感觉应该是非常爽的。o(∩_∩)o 。

说到气象因素,前些天看了一篇学术论文,是关于东亚夏季风环流与气溶胶的相互作用。其中对东亚季风环流对气溶胶的影响有一个比较好的描述,就是对北方是增加AOD的作用,而对南方是减少AOD的作用。根据相关指数的描述,01-12年中东亚夏季强度2010年最强,2002年季风作用最弱,2010年季风作用较小,而季风作用集中在7-8月份,可以从上图大体看出,2010年上海市的7-8月AQI值整体较其他年份较高。此外东亚季风存在一些异常现象,想要具体东亚季风对于气溶胶的影响,可以参看那篇论文。

而从中可以看出气象因素确实对AOD有所影响。此外除了东亚季风还有西风带等会对我国的空气污染状况有所影响。

众所周知,石家庄空气污染可以很好的由地形、气象、工业布局来进行解释。

此外,如果在颗粒物浓度一定的程度下,相对湿度越高,能见度越低。相关资料很容易找到。我也不再赘述。总之,气象因素的影响较大。

根据之前发的上海市的图片,做一个猜想。

如果2001年没有比之后几年中的雾霾天气严重,是否因为PM2.5所占的比例较小,二次颗粒物所占的比例较小。而导致的,因为粒径小于1微米的颗粒物的散光性较好。


4.其他污染物

前面的前辈说到机动车污染。有的人说汽车尾气的污染有些被夸大了。但是我觉得说机动车对空气污染的贡献率超过20%也不过分,因为不单单是机动车气态污染物所造成的污染。其次机动车所造成的各类颗粒物污染,以及挥发性有机物造成的污染等也不容忽视。以及其他附属机构比如加油站加气站造成的挥发性有机物的污染。而众所周知,VOCs是参与大气化学反应的重要一员。而由于汽车、加油站等造成的挥发性污染物影响不容忽视。

5.不得不提

此外,我们在我国广大农村依然可以看到较为落后的取暖方式,也即是火炉。由于存在不完全燃烧和没有相对的处理措施,会产生大量的炭黑和二氧化硫等污染物。此外在某些地方还存在利用秸秆进行取暖的方式。而秸秆等产生的生物质燃烧产物、不完全燃烧产生的炭黑等是吸收性的气溶胶,据science上的一篇论文中阐释,正是由于这些吸收性气溶胶的作用使得中国愈来愈呈现出北旱南涝的特点。而印度方向周期性的吸收性气溶胶的浓度升高,会在青藏地区形成一种泵效应,进而影响气候。(具体的参见该论文,由于原文是英文版,本人才疏学浅,可能表述不是很精确)

因而我认为除了国内不断产生的空气污染源,国外的空气污染很可能也会影响到我国的气候进而影响到风、雨等颗粒物去除效应。



6.总结

一般认为,工业生产是内因,气象地形是外因。而气候的变化进一步引起局部气象条件的改变可能是引起近期雾霾加中的原因。比如今年下半年上海和江苏地区比较严重的雾霾。此外,污染物来源中我个人认为机动车的污染不能单单考虑其本身产生的尾气,其还产生其他额外的影响,就不再赘述。

【由于才疏学浅,可能存在纰漏欢迎指正,初来知乎也希望认识同道中人共同交流学习】


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更新:

这是我新买的地形图。买到这个东西好开心啊,一下就对地形对污染物扩散的影响可视化了起来。从图上看出污染较重的地方和地形分布其实还有很强的相关性呢。