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【中國環(huán)保在線 行業(yè)動態(tài)】今年全國兩會期間，生態(tài)環(huán)境部部長李干杰就“打好污染防治攻堅戰(zhàn)”相關(guān)問題回答中外記者提問時表示，大氣重污染成因與治理攻關(guān)項目取得了階段性成果，三大影響因素污染排放、氣象條件和區(qū)域傳輸，基本上搞清楚了。
氣象條件對大氣重污染影響到底有多大？如何應(yīng)對？中國工程院院士、中國氣象科學(xué)研究院研究員徐祥德，中國氣科院大氣成分研究所所長王亞強，國家氣候中心研究員柳艷菊等專家，近接受了藍藍天工作室專訪。
風(fēng)速很小、大氣靜穩(wěn)、近地面逆溫、濕度較高等情況下，容易產(chǎn)生重污染
2017年4月，國務(wù)院常務(wù)會議確定由原環(huán)境保護部(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)牽頭，科技、中科院、農(nóng)業(yè)、工信、氣象、衛(wèi)生、高校等多部門和單位協(xié)作，針對京津冀及周邊地區(qū)秋冬季大氣重污染成因、重點行業(yè)和污染物排放管控技術(shù)等難題開展集中攻關(guān)。原環(huán)境保護部隨后按照“1+X”模式成立了國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心，組建了由200多家單位、近2000人組成的科技攻關(guān)隊伍。
徐祥德、王亞強、柳艷菊等專家組成氣象攻關(guān)團隊，對導(dǎo)致大氣重污染的氣象條件等問題，開展了深入研究。“高強度排放是導(dǎo)致大氣污染的內(nèi)因、主因，氣象、氣候條件是關(guān)鍵的影響外因。”在代表這一氣象攻關(guān)團隊接受藍藍天工作室專訪時，徐祥德說。
徐祥德介紹，京津冀及周邊地區(qū)位于太行山東側(cè)“背風(fēng)坡”和燕山南側(cè)的半封閉地形中，受青藏高原大地形“背風(fēng)坡”效應(yīng)所導(dǎo)致的下沉氣流和“弱風(fēng)效應(yīng)”影響，冬季京津冀及周邊地區(qū)為顯著的下沉氣流區(qū)，這不利于大氣對流擴散及污染物清除。這個地區(qū)是我國冬季大氣污染重、季節(jié)差異為顯著的區(qū)域，PM2.5濃度冬季普遍偏高，污染重，秋、春季次之，夏季輕。
青藏高原大地形“背風(fēng)坡”效應(yīng)所導(dǎo)致的下沉氣流和“弱風(fēng)效應(yīng)”影響示意圖。
研究表明，從目前統(tǒng)計分析結(jié)果來看，在京津冀及周邊地區(qū)，符合以下條件時容易產(chǎn)生本地累積型重污染：風(fēng)速小于2米/秒，對污染物水平擴散極其不利；大氣處于靜穩(wěn)狀態(tài)，垂直擴散能力較差；近地面逆溫(一般情況下大氣溫度隨著高度增加而下降，可是在某些天氣條件下，地面上空的大氣中會出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的現(xiàn)象，氣象學(xué)上稱為“逆溫”，發(fā)生逆溫現(xiàn)象的大氣層稱為“逆溫層”)，邊界層(近地面空氣可以在其中上下混合交換)高度低于500米；大氣相對濕度達60%以上，導(dǎo)致氣態(tài)前體物向顆粒物加速轉(zhuǎn)化。
具體來說，不利氣象條件主要包括以下幾個方面：
——風(fēng)速很小。靜風(fēng)或小風(fēng)(風(fēng)速小于或等于2米/秒)，風(fēng)向多為東南風(fēng)或偏南風(fēng)，空氣流動性弱，污染物水平擴散極其不利。
——大氣靜穩(wěn)。大氣處于靜穩(wěn)狀態(tài)，大氣垂直擴散能力較差。重污染天氣期間，通常有逆溫層發(fā)展，導(dǎo)致大氣垂直方向靜穩(wěn)度增加，大氣邊界層高度明顯降低，對污染物垂直擴散不利。
大氣邊界層高度通常為500—1500米左右，重污染天氣期間，邊界層高度可下降到500米以下，甚至達100米以下，垂直方向擴散能力明顯減弱，有利于污染物在低層累積、導(dǎo)致重污染天氣持續(xù)。
——濕度較高。大氣相對濕度達60%以上。一方面，相對濕度增加有利于細顆粒物的吸濕增長；另一方面，相對濕度增加還會促使氣態(tài)前體物向顆粒物加速轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致顆粒物濃度快速增加。二氧化硫、氮氧化物等氣態(tài)污染物在大氣中發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)，形成硫酸鹽、硝酸鹽等PM2.5的主要成分。
大氣重污染和不利氣象條件之間能夠形成顯著“惡性循環(huán)”
“上述指標(biāo)有一定的代表性，但氣象條件對于大氣污染的影響是復(fù)雜的非線性關(guān)系，某一個單一指標(biāo)和污染的相關(guān)關(guān)系有很大的局限性，而且不同區(qū)域、不同季節(jié)其關(guān)系可能有較大的變化，研究各主要污染相關(guān)氣象參數(shù)綜合影響更為合理。”徐祥德向藍藍天工作室指出。
攻關(guān)團隊氣象專家通過對風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度等氣象條件綜合診斷，獲得了兩個重要的指標(biāo)定量描述不利氣象條件：區(qū)域氣團穩(wěn)定性和水汽凝結(jié)率，進而得出了“污染—氣象條件指數(shù)(PLAM)”。
研究表明，在空氣質(zhì)量較好的時候，污染—氣象條件指數(shù)的值通常在40以下，在我國大氣污染重點地區(qū)，污染—氣象條件指數(shù)值若大于80，通常大氣水平能見度低于10公里的幾率就很高，其與PM10和PM2.5濃度總體呈線性關(guān)系。污染—氣象條件指數(shù)為80可視為一個重要的閾值。
2018年1月，藍藍天工作室在山西太原采訪時拍攝的一家企業(yè)排放情況的照片。
研究還表明，在空氣污染過程中，污染累積到一定程度后還會導(dǎo)致氣象條件進一步轉(zhuǎn)差，重污染和不利氣象條件之間形成顯著的“雙向反饋”效應(yīng)。
什么是“雙向反饋”？氣象專家告訴藍藍天工作室，這可以理解為一種“惡性循環(huán)”。
對北京2013年以來所有持續(xù)超過3天的重污染事件的分析表明，北京的大氣污染形成后通常分為兩個階段，一是前期南風(fēng)輸送污染階段，二是污染累積階段，當(dāng)PM2.5濃度累積到一定程度(通常大于100微克/立方米)，大氣污染會通過輻射效應(yīng)促進逆溫形成和邊界層低層相對濕度增加，使邊界層內(nèi)氣象條件進一步轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差的氣象條件導(dǎo)致數(shù)小時到十幾小時PM2.5濃度至少增加一倍以上的“爆發(fā)性增長”。
氣候變暖趨勢導(dǎo)致京津冀地區(qū)冬季靜穩(wěn)天數(shù)明顯增多
研究結(jié)果顯示，在京津冀及周邊地區(qū)，有利于霧霾天氣形成的氣象條件在增多，而這背后隱藏的一個重要因素是：以氣候變暖為主要特征的氣候變化。
今年初，多家機構(gòu)確認，2015年至2018年是100多年前有氣溫記錄以來熱的4年，其中2018年是史上第四熱年。世界氣象組織2月6日發(fā)布報告指出，無論在陸地還是海洋，過去四年的變暖程度都非同尋常。“這是持續(xù)長期氣候變化的一個明顯跡象，而持續(xù)長期氣候變化與創(chuàng)紀錄的大氣溫室氣體濃度相關(guān)。”
專家普遍認為，人類活動導(dǎo)致的二氧化碳和其他溫室氣體排放增加是變暖的主因，而這又導(dǎo)致熱浪、颶風(fēng)等天氣事件日益頻繁。
“聯(lián)合攻關(guān)研究表明，人類活動引起的變暖趨勢導(dǎo)致我國北方地區(qū)，特別是京津冀地區(qū)靜穩(wěn)天數(shù)在冬季明顯增多，氣候變暖對北方霧霾的形成起著重要作用。”徐祥德表示。
1961—2018年冬季，京津冀地區(qū)冬季日平均氣溫總體趨勢是線性升高的，增長率為每10年增加0.39℃，明顯高于及全國同期的增溫率(分別為每10年增加0.13℃及0.22℃)，是我國變暖明顯的區(qū)域之一。研究結(jié)果表明，北京地區(qū)1960年以來年平均氣溫增溫速率，約為每10年增加0.36℃。
徐祥德指出，20世紀60年代以來，特別是1990年以后，冬季京津冀及周邊地區(qū)平均風(fēng)速總體呈下降趨勢，小風(fēng)日數(shù)一直處于明顯偏多的階段。來自貝加爾湖、經(jīng)西北方向影響京津冀及周邊地區(qū)的冷空氣氣團強度及其風(fēng)速，存在年代際及年際的減弱趨勢，表明該區(qū)域風(fēng)速下降與氣候變暖密切相關(guān)，而非僅城鎮(zhèn)化因素起主導(dǎo)作用。另外，1960年以來，年代際變化趨勢表明京津冀地區(qū)冬季大氣低層邊界層層結(jié)趨于穩(wěn)定，靜穩(wěn)天數(shù)明顯增多，不利于該地區(qū)污染物垂直擴散。這些均可被認為主要與年代際氣候變暖有關(guān)。因此，氣候變暖影響不僅制約著經(jīng)濟社會的發(fā)展，而且給京津冀區(qū)域大氣環(huán)境治理帶來了更為嚴峻的挑戰(zhàn)。
“氣候變暖和人類溫室氣體排放有關(guān)，緩解氣候變暖的步伐還是要靠減排。我國近年來通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)等措施積極應(yīng)對氣候變化，減少二氧化碳等溫室氣體排放。通常在減排溫室氣體的過程中，會同時減排大氣污染物，對緩解長遠的氣候變暖和當(dāng)前區(qū)域大氣環(huán)境污染都有益處。”徐祥德說。
提高空氣質(zhì)量預(yù)報能力，是應(yīng)對空氣重污染過程、減輕污染的重要舉措。
徐祥德認為：“在一個時段內(nèi)排放量相對固定的情況下，氣象條件是重污染事件是否發(fā)生的關(guān)鍵因素，幾天之內(nèi)就有可能從藍天白云轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴疚?lsquo;爆表’。下一步要加強大氣污染成因和氣象影響關(guān)聯(lián)性的深入研究，為重污染天氣的精準(zhǔn)預(yù)報預(yù)測提供應(yīng)用理論與技術(shù)支撐。”
徐祥德還建議，要進一步實施跨部門、跨學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，加強對不同地形與氣象條件背景下排放源布局影響與區(qū)域輸送“貢獻”等問題的研究，為精準(zhǔn)施策防治大氣污染、打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)提供科學(xué)依據(jù)。
