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霧霾是天氣現象還是純粹的汙染?其成因是什麽?

2014-10-16科學

前面諸位的回答,已經比較充分。說一些我的觀點,並做一些補充,如有紕漏希望大神給予指正。

霧霾,是否是一種天氣,可以從他的成因來解釋,因為其成因中不單單只有氣象因素,因此個人認為說他是一種天氣有些不妥。但因為其成因中氣象因素所占的比例也較大,說其是個天氣也有一定的理由。

下圖是上海市12年來AQI的變化。從圖中可以看出,12年來上海市的主要汙染物主要還是可吸入顆粒物。從圖中可以看出2001年的顆粒物汙染貌似比之後的幾年還嚴重。而其中PM2.5有多少,由於缺乏數據,也沒辦法判斷。但是如果霧霾天氣單單是由顆粒物所造成,大體可以猜測2001年上海的霧霾天氣應當比之後的幾年都較為嚴重,但是由於沒有去考據當年的資料,這裏也不便輕易下結論。但允許我在以下的解釋中依靠這個圖片做一些假定。

1. 能源使用方面

中國經濟的快速發展,使得能源使用量也是逐步上升的,而且上升趨勢非常明顯。雖然煤炭使用量占總能源使用量的比例有所降低,但其總體能源使用量的增加,使得煤炭消耗量增加也非常的迅速。而煤炭作為能源所造成的大氣汙染,想必大家也非常的清楚,我不再贅述。此外,雖然已經采用了相關的脫硫脫硝等措施,但由於監管以及效益問題,對工業企業汙染物的治理效果到底怎樣,我這裏缺乏相關的資料,也不便討論。

2.工業布局

工業汙染企業主要有鋼鐵企業,水泥企業,火電廠等。以鋼鐵產業為例,河北省自2007年以來成為中國鋼鐵第一大省,這些鋼鐵廠其分布主要集中在太行山東麓。鋼鐵廠較多的省份其次是山東省,江蘇省,這三個省的鋼鐵廠數目超過全國鋼鐵數目一半。而之前霧霾發生較多的地方也主要集中在這些地區。

3.地形、氣象因素

工業布局和地形、氣象因素對汙染物的擴散有極其重要的作用。

比如今天的AQI分布,我們可以看到,在河北地區,汙染較重的地區集中在太行山東麓,而山西省汙染較重的地區是陽泉市,其可能也受到了太行山山脈的影響。怎樣更好的理解地形對其的汙染的影響,可以買一個立體的地形圖放在手邊,再和AQI分布圖進行對照,這種感覺應該是非常爽的。o(∩_∩)o 。

說到氣象因素,前些天看了一篇學術論文,是關於東亞夏季風環流與氣溶膠的相互作用。其中對東亞季風環流對氣溶膠的影響有一個比較好的描述,就是對北方是增加AOD的作用,而對南方是減少AOD的作用。根據相關指數的描述,01-12年中東亞夏季強度2010年最強,2002年季風作用最弱,2010年季風作用較小,而季風作用集中在7-8月份,可以從上圖大體看出,2010年上海市的7-8月AQI值整體較其他年份較高。此外東亞季風存在一些異常現象,想要具體東亞季風對於氣溶膠的影響,可以參看那篇論文。

而從中可以看出氣象因素確實對AOD有所影響。此外除了東亞季風還有西風帶等會對中國的空氣汙染狀況有所影響。

眾所周知,石家莊空氣汙染可以很好的由地形、氣象、工業布局來進行解釋。

此外,如果在顆粒物濃度一定的程度下,相對濕度越高,能見度越低。相關資料很容易找到。我也不再贅述。總之,氣象因素的影響較大。

根據之前發的上海市的圖片,做一個猜想。

如果2001年沒有比之後幾年中的霧霾天氣嚴重,是否因為PM2.5所占的比例較小,二次顆粒物所占的比例較小。而導致的,因為粒徑小於1微米的顆粒物的散光性較好。


4.其他汙染物

前面的前輩說到機動車汙染。有的人說汽車尾氣的汙染有些被誇大了。但是我覺得說機動車對空氣汙染的貢獻率超過20%也不過分,因為不單單是機動車氣態汙染物所造成的汙染。其次機動車所造成的各類顆粒物汙染,以及揮發性有機物造成的汙染等也不容忽視。以及其他附屬機構比如加油站加氣站造成的揮發性有機物的汙染。而眾所周知,VOCs是參與大氣化學反應的重要一員。而由於汽車、加油站等造成的揮發性汙染物影響不容忽視。

5.不得不提

此外,我們在中國廣大農村依然可以看到較為落後的取暖方式,也即是火爐。由於存在不完全燃燒和沒有相對的處理措施,會產生大量的黑碳和二氧化硫等汙染物。此外在某些地方還存在利用稭稈進行取暖的方式。而稭稈等產生的生物質燃燒產物、不完全燃燒產生的黑碳等是吸收性的氣溶膠,據science上的一篇論文中闡釋,正是由於這些吸收性氣溶膠的作用使得中國愈來愈呈現出北旱南澇的特點。而印度方向周期性的吸收性氣溶膠的濃度升高,會在青藏地區形成一種泵效應,進而影響氣候。(具體的參見該論文,由於原文是英文版,本人才疏學淺,可能表述不是很精確)

因而我認為除了國內不斷產生的空氣汙染源,國外的空氣汙染很可能也會影響到中國的氣候進而影響到風、雨等顆粒物去除效應。



6.總結

一般認為,工業生產是內因,氣象地形是外因。而氣候的變化進一步引起局部氣象條件的改變可能是引起近期霧霾加中的原因。比如今年下半年上海和江蘇地區比較嚴重的霧霾。此外,汙染物來源中我個人認為機動車的汙染不能單單考慮其本身產生的尾氣,其還產生其他額外的影響,就不再贅述。

【由於才疏學淺,可能存在紕漏歡迎指正,初來知乎也希望認識同道中人共同交流學習】


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更新:

這是我新買的地形圖。買到這個東西好開心啊,一下就對地形對汙染物擴散的影響視覺化了起來。從圖上看出汙染較重的地方和地形分布其實還有很強的相關性呢。