浅析雾霾形成原因及其危害_雾霾形成原因及危害
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浅析雾霾形成原因及其危害
摘要：雾和霾是本质上不同的自然现象。雾-霾的成因主要受气候因素及人为因素的影响。其中气候因素主要有静稳天气、降水情况以及逆温层；人为因素主要有气溶胶、雾霾自身影响以及二次气溶胶。雾-霾对人类健康、交通、电力和农业都有一定的危害。
关键词：雾霾；区别；成因；危害
一、引言
雾-霾逐渐成为人们热议的话题，2013年，“雾霾”成为年度关键词；2015年，柴静拍摄《穹顶之下》调查雾霾真相，引发争议。种种事件都将雾-霾推向风口浪尖，人人谈霾变色，报道层出不穷。这时就有人会问：既然是自然天气现象，为何当今社会的雾-霾情况如此严重，过去难道就没有雾-霾么？事实上，雾-霾是人为因素导致的颗粒物质排放加上特殊的天气系统所共同导致的。过去并非没有雾-霾，只不过污染物质排放量较少，雾-霾发生的频率以及产生的影响并不大。而当今我国主要城市的雾-霾已经不仅仅是自然现象，气溶胶污染日趋严重已成为雾-霾发生频率增大的主要原因。
二、雾和霾的区别
雾和霾原本只是两种本质上不同的自然天气现象。雾是由大量3-100μm的水滴或冰晶微粒组成的乳白色悬浮体，而霾则是由0.01-10μm极细微的气溶胶粒子均匀地浮游在空中导致空气普遍浑浊的现象。它们的存在都会影响视程。根据“霾的观测和预报等级”规定（行标QX/T113-2010），在能见度小于10km的情况下，当相对湿度低于80%时定义为霾；超过95%时为雾；介于80%和95%之间的是雾-霾混合，需要根据细颗粒物浓度或地面观测规范作进一步界定。[1]
三、雾-霾的成因
（一）大气条件
1、大气环流异常导致静稳天气多
静稳天气是指当大范围近地面大气层持续或超过24小时出现气压场较均匀、静风或风速较小的天气。在静稳天气条件下，湍流受到抑制，低空中的水汽和颗粒物不易扩散，极易形成雾霾天气。静稳天气在秋冬季更易出现。2013年1月的雾-霾情况就是因为大气环流异常而导致静稳天气偏多，为大范围持续雾-霾天气的出现提供了有利条件。1月份，西北利亚地区冷高压异常偏弱，北半球西风指数较常年明显偏大，表明高空西风分量较强，环流比较平直，纬向型环流较弱，不利于引导极地冷空气进入我国；中东部大部地区的海平面气压值较常年偏小1～5hpa（百帕），处于弱气压梯度区，地面风速不大，垂直和水平方向扰动小，静风和小风天气多，形成持续静稳天气。[2]
2、降水条件变化
在降雨的形成过程中，需要空气中含水量较多的大气与空气中的颗粒凝结在一起，形成雨滴。在降雨的过程中，雨水能够对大气中的颗粒物质进行冲刷，减少空气中的悬浮颗粒。我国自1961-2013年，大气降水的日数在逐渐减少，平均每十年约减少4d。降水天数的减少，说明空气中的悬浮颗粒与大气的凝结减少，雨水的冲刷日数也相应的变少，空气中悬浮的颗粒，加大了雾-霾天气的发生[3]。
3、垂直方向上出现逆温
通常大气对流层内的气温是随高度呈递减速关系。但是在某些特殊条件下，如在空气下沉、辐射冷却、空中热气流流向地面、近地层扰动等因素的影响下，高层气温反而高于低层气温，这种现象称为逆温。逆温的类型有辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温、平流逆温、锋面逆温和地形逆温。
（1）辐射逆温
因地面强烈辐射而形成的逆温称为辐射逆温。在晴朗无风或微风的夜晚，地面因辐射冷却而降温，与地面接近的气层冷却降温最强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，因此使低层大气产生逆温现象。
辐射逆温较多出现在冬季。冬季夜间漫长，晴天风小机会多，地面夜间的辐射降温明显，大气低空容易出现“逆温层”，空气的水平、垂直方向交换流通能力变弱，空气中排放的污染物被限制在浅层大气中，并逐渐集聚成霾，导致空气污染。
（2）下沉逆温
因整层空气下沉，绝热增温，当气层下沉到某一高度时，气层顶部的气温高于底部，而形成的逆温。下沉逆温多见于副热带反气旋区，其特点是范围大，逆温层厚度大，逆温持续时间长，不接地而出现在某一高度上。这种逆温因为有时像盖子一样阻止了向上的湍流扩散，如果延续时间较长，对污染物的扩散会造成很不利的影响。
（3）湍流逆温
因低层空气的湍流混合作用而形成的逆温称为湍流逆温。（4）平流逆温
由于暖空气流到冷的地面上而形成的逆温称为平流逆温。当暖空气流到冷的地面上时，暖空气与冷地面之间不断进行热量交换。暖空气下层受冷地面影响最大，气温降低最强烈，上层降温缓慢，从而形成逆温。
在逆温层以下，空气冷却而达到饱和，水汽凝结从而形成雾，再加上无法释放的积累到一定程度的污染物，于是近地表形成了雾-霾。2015年4月24日，郑州遇“平流雾”黑色污染带，连续2小时重度污染就是由平流逆温导致的。
（5）锋面逆温
锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带，暖气团位于锋面之上，冷气团在下。在冷暖气团之间的过渡带上，便形成逆温。
但冷锋或暖锋过境时，空气水平运动显著，风力较大，有利于污染物扩散，可以驱散雾-霾。但准静止锋出现时，冷暖气团势力相当，锋面很少移动，形成锋面逆温，易导致雾-霾的出现。
（6）地形逆温
多发生在山谷或盆地。夜晚山坡上降温快，冷空气沿斜坡流入低谷和盆地，使原来的较暖的空气受挤抬升，出现的温度倒置现象。
2014年10月，济南频频出现的雾-霾天就是地形逆温导致的。济南地形中间低四周高，容易出现“逆温”现象。同时，城区南部背靠山脉，冬季时自北吹来的风被山体挡回来，加剧了热岛效应，也不利于污染空气扩散。这些因素成为雾-霾帮凶。
Figure 1 2013郑州雾霾统计表
从上表中郑州的统计数据中可以看出，霾的产生与高空逆温层有直接关系。形成霾的大多数情况下都存在逆温层，然而霾和逆温层不存在必然关系。有逆温层存在不一定会有雾-霾形成，雾-霾还会和人为造成的污染物质排放有关[4]。
（二）人为因素
1、大气气溶胶浓度高有利于形成雾霾
我国大气气溶胶浓度在世界范围来说处于较高水平，有利于催生雾霾天气的形成。大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称,主要包括沙尘、碳（有机碳和黑碳）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐和海盐等六大类[5]。我国各地大气气溶胶有不同的时空分布特点。冬季北方地区燃煤采暖、春秋季农村地区秸秆焚烧都会造成碳气溶胶的浓度明显增加；春季，西部地区受沙尘天气影响，以沙尘气溶胶为主。我国华北地区工业相对比较发达，排放的二氧化硫较多，由于气温高可加速二氧化硫转化为硫酸盐，所以夏季华北地区硫酸盐气溶胶浓度较其他季节和地区都高。因城市汽车使用量大大高于农村，所以城市中硝酸盐和硫酸盐气溶胶浓度大大高于农村[5]。
2、雾霾天气使近地层大气更加稳定，加剧雾霾发展
大气中污染物和雾霾相互影响和作用，其主要媒介是气溶胶。雾霾中污染物的加入显著改变了气溶胶浓度，可促进水汽凝结，形成更多的云雾滴，水汽凝结时释放的潜热又有利于雾区的抬升和扩展；另一方面，云雾滴和气溶胶的增加将更多的太阳辐射反射、散射回大气中，使到达地面的辐射减少，地面气温下降，大气层结稳定度增加，造成每日正常排放和转化的气溶胶粒子更易在近地层大气中集聚，能见度进一步降低。由此可见，气溶胶的增多通过影响近地面层动力和热力场，对雾霾的发展起正反馈作用[2]。
3、二次气溶胶对雾霾的贡献
气溶胶按照形成过程可分为一次气溶胶和二次气溶胶。人类活动产生的污染源排入大气中，其中二氧化硫、碳氢化合物、氮氧化合物等一次气溶胶通过化学反应和气粒转化过程，形成硫酸盐、硝酸盐和氯化物等新的比较稳定的颗粒，即二次气溶胶。研究表明，二次气溶胶对PM2.5和有机气溶胶浓度的平均贡献分别为30-77%和44-71%；发现二次有机气溶胶SOA(主要指大气中各种化学反应形成的有机物)平均占27%的PM2.5质量浓度，二次无机气溶胶SIA（主要由硫酸盐、硝酸盐和铵盐等无机成分组成）平均占31%的PM2.5质量浓度,二者具有相近的贡献度。
四、雾-霾的危害
雾-霆作为一种自然灾害,对自然界和人类社会都能够带来巨大的危害,经过相关的检测检定表明二雾霆中含有多类有害成分,其毒素成分有二十类之多,例如二酸、碱、盐、酚等等,甚至含有一些病毒、杆菌、球菌等物质而且这些有毒物质的含量勇在几十倍以上具体来看,雾-霆天气能够对人类、对社会造成以下几大危害：
（一）对人类健康的危害
1、对呼吸系统的影响。出现雾霾天气时，空气中往往会带有细菌和病毒，在人呼吸时就随着空气进入呼吸道和肺部，会造成呼吸系统和心血管系统的伤害，出现呼吸道刺激、咳嗽、呼吸困难，加重哮喘发作，出现心律失常诱发心脏病等。
2、对心血管系统的影响。雾-霾天气空气中有大量污染物，气压低，对心血管病人影响较大，常常使其急性发作。如雾较大，空气水汽含量高，户外运动时人体不容易排汗，从而出现血压升高、胸闷等症状。
3、雾-霾天气降低近地面层紫外线，增强空气中传染性病菌的活性，加大传染病的传播。
4、雾天日照减少。儿童紫外线照射不足，体内VD合成量少，影响钙的吸收，严重的甚至导致儿童生长减慢、婴儿出现佝偻病等。
5、影响心理健康。持续大雾天对人的身体、心理产生影响，一般大雾天人会感觉沉闷、压抑，会刺激或者加剧心理抑郁。此外，由于雾天光线较弱，气压低，人会出现精神懒散、情绪低落等。
（二）对交通安全的危害
出现雾-霾天气时，由于空气质量差，能见度低，容易出现交通阻塞，发生交通事故。即便是飞机，也不能在雾-霾天气下冒然起降。
（三）对电力系统的危害
雾-霾还是输电网路的“神秘破坏者”。雾霾天气时，空气中含有多种化学腐蚀剂，容易导致输电设备绝缘性能下降，出现断电雾、跳闸现象。
（四）对农业生产的危害
由于长时间的雾霾天气，日光照射时间不足，农作物对碳水化合物的储备减少，导致农作物延迟开花，生长不良，影响农产品的质量和产量。而且空气中带有细菌、病菌，极易引起农作物(生病)。
参考文献
[1]廖晓农,张小玲,王迎春等.北京地区冬夏季持续性雾.霾发生的环境气象条件对比分析[J].《中国环境科学》, 2014(6):2031-2044.[2]孙瑾,缪宇鹏,张建忠.雾霾天气成因分析及应对思考[J].《中国应急管理》, 2014(1).[3]谷祥文,周立清.气候变化背景下的雾霾变化趋势[J].《南方农业》, 2014(8):193-194.[4]冯静.高空逆温层与郑州地区雾霆天气[J].《河南科技》, 2014(3):180-181.[5]张小曳.中国大气气溶胶及其气候效应的研究[J].地球科学进展, 2007,22(1):12-16.[6]Ru-Jin Huang,YanlinZhang,CarloBozzetti.High secondary aerosol contribution to particulate pollution during haze events in China [J].Nature, 2014.
