四路并舉加強霧霾研究 理清大氣污染演變機制

　　【中國環保在線 人物故事】在京津冀地區靜穩天氣條件下形成的“三圈環流”的耦合效應，對京津冀地區污染物的擴散產生重要的影響。11月的北方將進入采暖季，京津冀地區的空氣質量將面臨嚴峻挑戰，那么，該如何面對重污染天氣？　　
　　11月3日，北京發布空氣重污染黃色預警。我們想知道，冬季京津冀等地區氣象條件如何？除了氣象條件之外還有哪些因素造成霧霾天氣頻發？如何應對這些挑戰？
　　
　　在京津冀地區靜穩天氣條件下形成的“三圈環流”（由于山區與平原的熱力差異、城市與郊區熱力差異、海面與陸面的熱力差異形成的山谷風環流、城市熱島環流、海陸風環流）的耦合效應，對京津冀地區污染物的擴散產生重要的影響。對此，相關媒體專訪了北京大學物理學院大氣與海洋科學系博士生導師劉樹華。
　　
　　霧霾天氣形成的成因是什么？
　　
　　地理環境、天氣條件和污染源分布作用
　　
　　媒體：11月份北方將進入采暖季，京津冀地區的空氣質量將面臨嚴峻挑戰。您認為今年冬季京津冀地區的天氣條件與以往相比有何不同？
　　
　　劉樹華：今年10月13日～16日，京津冀地區出現了霧霾天氣。10月13日16時，北京市空氣重污染應急指揮部辦公室發布了空氣重污染藍色預警。同時，天津、河北、山東等地也出現了霧霾天氣，相繼發布了空氣重污染預警，啟動了應急響應。
　　
　　進入采暖季，由于采暖將向大氣中釋放污染物，大氣邊界層產生逆溫作用，使得大氣更加穩定，擴散能力較弱，是秋冬季更容易形成霧霾天氣的主要原因。
　　
　　至于今年冬季京津冀地區的霧霾是否更為嚴重，是一個很復雜的問題。在污染源沒有變化的情況下，主要取決于天氣過程。如果天氣過程（大風）比較頻繁，嚴重霧霾天氣將較少。如果天氣過程（大風）較少，大氣比較穩定，嚴重霧霾天氣將較多。
　　
　　為什么今年秋季市民會感覺霧霾來得更早？這是因為10月是京津冀地區季節轉換時期，天氣形勢靜穩，大氣邊界層較穩定，地表水汽比較大。從氣象條件分析，秋季總體風力偏小，濕度偏大，地表比較穩定，不利于霧霾的擴散。近地層污染物積累，導致過早出現嚴重霧霾天氣。
　　
　　當前北京周邊省市都在嚴格控制污染物排放，本地污染物排放變化不大。在當前污染源排放沒有明顯增加的前提下，不利于擴散的氣象條件是造成霧霾的主要原因。
　　
　　媒體：京津冀地區霧霾天氣形成的成因有哪些？
　　
　　劉樹華：首先要定義霧和霾。根據氣象規范定義，大氣的相對濕度低于80%，顆粒物的光學效應使得大氣能見度低于10公里，大氣呈現灰蒙蒙的視程障礙現象稱作霾。而大氣相對濕度達到90%以上，即為霧。霧和霾的另一區別是，霧容易散去，而霾卻不容易散去。這是因為霧天相對濕度大，受天氣變化影響比較大，太陽一出來，地表增溫，蒸散迅速加大，或遇到較干燥空氣，霧很容易散去。所以，霧天一般日出后不久即散去，不會全天存在。但是，霾則不然。因為霾天氣過程中，大氣中水汽含量較少，相對濕度較低，霾由細小顆粒物組成，一般處于3000米以下大氣中，如果大氣邊界層中存在逆溫層，而水平方向風速很小，空氣垂直和水平流動不暢時，霾將難以散去。
　　
　　局地霧霾天氣形成有3個條件。一是天氣條件。大氣污染顆粒物是造成嚴重霧霾天氣的內因，天氣條件則是外因，對于擴散污染物有著重要作用。不同季節的熱力條件和天氣背景強迫對邊界層過程及空氣質量有重要的影響。
　　
　　二是地理環境條件。京津冀城市化區域瀕臨渤海，屬于海陸交接地區。北有燕山山脈，西有太行山脈，構成復雜的山地、平原、城市和海陸地理環境。在京津冀地區靜穩天氣條件下形成的“三圈環流”（由于山區與平原的熱力差異、城市與郊區熱力差異、海面與陸面的熱力差異形成的山谷風環流、城市熱島環流、海陸風環流）的耦合效應，對京津冀地區污染物的擴散產生重要的影響。
　　
　　三是污染源作用。京津冀地區周邊的東南風、西南風、南風都會把污染物送到北京來。這種地理環境、天氣條件、污染源分布作用，正是導致京津冀地區秋冬季嚴重霧霾天氣頻發的原因。雖然京津冀地區霧霾的產生與氣象條件密切相關，但要根本解決還是要靠強化區域減排。
　　
　　媒體：“三圈環流”是您研究的重點方向，能否著重談談其對霧霾的影響？
　　
　　劉樹華：先談談山谷風和城市熱島環流的影響。白天山區溫度偏高，密度稀薄，大氣壓低，溫度會上升。山區白天受太陽輻射，導致溫度遠高于同高度的平原地區，形成山谷風大氣環流，污染物就會輸送到山區。晚上山區冷卻降溫，京津冀地區由于城市熱島作用，空氣比山區冷卻得慢，導致溫度高，氣壓低。在山谷風大氣環流作用下，白天送到山區的污染物晚上又送回來，送到京津冀區域。在缺乏有利天氣條件的情況下，將形成嚴重霧霾天氣。
　　
　　再談談海陸風的影響。京津冀地區秋季地表熱力較強，存在海風和陸風的轉換。白天，太陽輻射地表加熱比海面快，導致陸地溫度比海面高，導致陸地空氣上升，大氣壓力減小，形成海風；晚上地表長波輻射，陸地冷卻比海面快，導致陸地溫度比海面低，海面空氣上升而陸地空氣下沉，形成陸風。白天污染物從海上送回來，晚上又送到海上，形成循環污染。當海風發展時，有可能會將已經被遷移到海面上的污染物重新帶回陸地，造成污染加劇。污染物在京津冀地區也形成了環流。
　　
　　媒體：是否可以通過地理環境改變或城市規劃等人為手段來破解“三圈環流”對霧霾產生的影響？對此，您有何建議？
　　
　　劉樹華：在形成區域大氣污染的過程中，地理環境很難人為改變，甚至是不可能的?？赏ㄟ^城市規劃，增加城市區域大氣通風量，增強大氣流動性和擴散，提高空氣質量。例如，沿?；蜓睾鞘薪ㄖ⒔值辣M量與海岸線垂直，避免與海岸線平行；山谷城市建筑、街道盡量與山谷風方向平行等。
　　
　　科學研究對解決霧霾問題有何幫助？
　　
　　有助于理清大氣污染的演變機制，為大氣污染的預報和防治提供重要的科學依據
　　
　　媒體：您認為怎么才能運用當前的科學研究來更好地解決霧霾問題？
　　
　　劉樹華：我主要是研究大氣環流對污染物擴散的影響，以及“三圈環流”對京津冀地區污染物輸送的作用，也就是機理問題，即形成污染大氣過程的成因機制，從科學角度解釋這個問題。另外，關于對京津冀地區霧霾成分分析的研究也很重要。要分析污染物成分譜，建立成分譜庫，追蹤污染源解析，從污染源頭研究霧霾形成機制非常重要。
　　
　　我們的研究也受到政府的重視。為貫徹落實《關于加快推進生態文明建設的意見》、《大氣污染防治行動計劃》等相關部署，科技部會同環境保護部等13個部門及北京等5個地方科技主管部門，制定了國家重點研發計劃《大氣污染成因與控制技術研究》重點專項實施方案，組織開展監測預報預警技術、霧霾和光化學煙霧形成機制、污染源全過程控制技術、大氣污染對人群健康的影響、空氣質量改善管理支持技術和大氣污染聯防聯控技術示范等6項重點任務科研攻關，為大氣污染防治和發展節能環保產業提供科技支撐。
　　
　　今年正式啟動了國家重點研發計劃“大氣污染成因與控制技術研究”試點專項，這也是接下來要做的一項重要工作，包括以下4個方面的研究。
　　
　　一是嚴重霧霾天氣形成機理研究。其中包括霧霾重度污染源的解析研究（模擬、監測）；霧霾重度污染的天氣和氣候學成因研究；霧霾重污染的大氣邊界層特征研究；霧霾重度污染過程與大氣邊界層相互作用研究；霧霾重污染的物理和化學成因研究；霧霾重度污染的天氣和氣候的反饋作用研究；穩定大氣邊界層輻射增溫效應對嚴重霧霾形成機制研究。
　　
　　二是霾污染源的解析、霾污染物成分的解析。污染源來源解析方法及其模型、污染源來源采樣方法（采樣布點代表性、高度、周期、頻率、季節等）、污染源成分譜構建解析方法等；采用FSAM模型（FluxSourceAreaModel），以其物理機制明確、源區確定直觀清晰而被廣泛用于污染源通量源區研究。
　　
　　三是大氣污染與大氣邊界層相互作用和反饋機制研究。邊界層過程與氣溶膠輻射效應存在反饋機制。通過直接影響邊界層的穩定度，影響氣溶膠濃度（增強）。通過影響局地環流（谷風環流），間接影響近地面氣溶膠濃度。
　　
　　四是嚴重霧霾天氣的觀測研究。希望構建激光雷達和地面污染物觀測網絡，用來定量預報、評價大氣污染物濃度分布特征、實時追蹤污染物來源，提前預警重污染天氣過程、解析成因機制。
　　
　　這些科學問題的研究，將有助于理清大氣污染的演變機制，為大氣污染的預報和防治提供重要的科學依據。
　　
　?。ㄔ瓨祟}：理清“三圈環流”對京津冀霧霾的影響）