城市雾霾问题分析与研究
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作者:宋雨佳 岳晓宁 姚晨
摘要：基于雾霾日益加重，本文引入对形成雾霾的气象效应和非气象效应概念，并从气象因素和非气象因素两个方面对雾霾形成的影响进行了分析。同时对雾霾的测量不准确及雾霾测量虚高问题进行了讨论，对雾霾测量数据存在虚高产生的原因进行分析。本文的研究对更好的量化研究雾霾形成和治理问题有其重要的意义。
关键词：雾霾;虚高;气象因素;非气象因素;二次气溶胶
中图分类号：X513 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.152
Analysis and research on urban haze
Song Yujia，Yue Xiaoning，Yao Chen
（Normal College of Shenyang University，Shenyang Liaoning 110044，China）
Abstract：Based on the aggravation of haze， this paper introduces the concepts of meteorological effect and non meteorological effect，and analyzes the influence of haze formation from two aspects of meteorological factor and non meteorological factor.At the same time， the inaccuracy of haze measurement and the virtual height of haze measurement are discussed，and the causes of the virtual height of haze measurement data are analyzed. The research in this paper is of great significance for the better quantitative study of haze formation and governance.
Key words：Haze;Virtual height;Meteorological factor;Non meteorological factor;Secondary aerosol
1 雾霾研究现状
雾霾问题近年来成了社会关注的热点问题，文献《我国雾霾天气现状及综合治理》[1]中提出我国雾霾已经随着时间的推移越来越严重。技术是改变雾霾天气现状的重要因素，只有技术先进，才能帮助居民、企业、职能部门完善雾霾天气综合治理方案，优化配置雾霾天气治理资源，制定出人性化、个性化、科学化雾霾天气治理措施。《浅析中国雾霾污染现状和治理策略》[2]中提到近年来虽然雾霾污染的治理取得了一定的成就，但是相对其他发达国家，中国的环境污染问题尤其是空气污染问题形势依然严峻。2018年年初，受雾霾影响最严重的京津冀地区，又爆发了近一个月的雾霾天气。可以看到对于雾霾危害，雾霾治理的文章层出不穷，倒是对于虚高问题却鲜少提及，并且没有一个好的解决办法。文献《我国雾霾天气的现状与环境监测技术分析研究》[3]中指出雾霾的形成以地面颗粒物为主要贡献，大气颗粒物与气溶胶有密切的关系。
2 雾霾形成的影响因素
2.1 气象因素分析
霾原本是人类活动排放到空气中的粉尘、烟雾、盐类颗粒、气溶胶以及二次反应生成的气溶胶等细颗粒的总和，是由于大气污染造成的。当浑浊的大气现象中同时出现了雾和霾，并且区域性能见度较低时，就被人们习惯的称为“雾霾天”，不断降低的能见度除了云雾滴的“积极”参与之外，气溶胶颗粒的贡献也不容忽视。雾霾天气是气象污染问题，更是环境问题。近年来，大规模的持续雾霾天气在我国中东部出现过多次，其影响范围、持续时间、污染强度都是历史上罕见的。据分析，此次雾霾天气的频繁出现，是有利的气象条件和不斷增加的污染物排放共同作用的结果。大气中原有的污染物通过气溶胶与雾霾彼此影响、相互作用，气溶胶在此过程中相当于媒介。雾霾出现后，大气中增添随之产生的污染物，改变原有的气溶胶浓度，促进更多的水蒸气凝结成云雾滴，而水蒸气液化过程可以放出热量，大气温度的升高对雾霾的抬升、扩散又是有利的，起到促进作用。雾霾天气形成后，大气变浑浊，阻碍太阳光到达地面，同时一大部分太阳辐射反射回空间，地面的太阳辐射量减少，地面气温下降，使得原本稳定的大气层更加稳定。颗粒物、一次气溶胶以及经过一系列反应生成的二次气溶胶在静稳的近地大气层中不断凝聚、堆积，逐渐形成越来越多的细颗粒物、云雾滴，加重大气的浑浊度，进一步降低能见度。大部分细颗粒、云雾滴会一直残留于空气中，与下一天的汇聚，加固大气稳定性，形成恶性循环，引发、加剧、维持连续多天的雾霾污染。
2.2 非气象因素分析
最近几年，我国中东部雾霾问题日益严重，这与该地区的工业发展、人为排放有着密切的联系。人为排放的气溶胶在大气作用下，有相当一大部分转化成了云雾凝结核，参与雾的形成，破坏原有的雾的结构。这也就说明了，在当今的雾和霾背后，有很多与人类活动相关的气溶胶粒子的参与，并不完全是原本的自然现象。
高浓度的气溶胶助长了雾霾的形成，因为气溶胶粒子、云滴能造成大气混浊，可能有雾的影响，也可能有霾的影响，或二者同时存在。干气溶胶粒子是形成霾的前提，同样地如果没有气溶胶粒子的参与，雾也不能形成。过去，人为活动相对较弱，气雾颗粒多数来自自然过程并存留在大气中，被人们称为背景气溶胶。而如今，人为活动日益剧烈，改变了气溶胶原本的角色，打破了平衡。我国华北地区产业发展较快，二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等有害气体排放量就比较多，就会生成更多的硫酸盐及气溶胶。城市与农村相比，机动车使用量更大，所以城市的尾气排放量也就远远大于农村，城市中硝酸盐和硫酸盐气溶胶浓度也较高。 我国的大气气溶胶浓度处在一个高于全球平均值的水平，这就为大范围雾霾天气的形成提供了便利条件。我国气溶胶浓度较高除了与人为污染排放量、机动车排放量日益增加外，還有与我国庞大的人口数量有关。通过分析我国数个气象监测站两年的数据发现，雾霾天颗粒浓度中二次气溶胶占据了5成之多，北京市二次气溶胶所占的比例已经达到了80%。已经有研究证明硫酸盐对雾霾污染粒子的形成有一定的贡献。在对我国华北地区的雾霾污染进行观测和研究发现，首次生成的新气溶胶粒子以及不断增大的二次气溶胶对雾霾形成的贡献很大，不容忽视。通过对比雾霾形成区域的污染物排放量以及当时的气象条件，发现一次气溶胶与排放量、排放强度关系密切，而气象条件却制约着污染区域内二次气溶胶的形成以及总体的浓度变化。大雨过后一般都是晴空万里、艳阳高照的天气，但随后几天内大气就开始变得浑浊、能见度降低，而这种空气浑浊现象（即雾霾）也大都表现有跨省、连片的区域性特征，这也正是说明了雾霾的形成与气象条件和污染物排放量息息相关。
3 雾霾测量虚高的问题
3.1 虚高形成的原因
大气研究工作者通过大量研究发现，当湿度超过70%时，部分气溶胶粒子就会吸湿增长，加剧了与大气中水分的布朗凝固运动，吸湿后的干颗粒、气溶胶粒子的粒径会增大20～60%，这导致在相对湿度较大时通过仪器检测的PM10等粒子的粒子浓度“虚高”。在雾霾天气中，大气中的雾霾颗粒都有吸湿属性，与此同时城市上空大气结构中的大量水汽被这些雾霾颗粒所吸收形成气溶胶颗粒。由于这些气溶胶颗粒具有分布范围大和粒径小等特点，利于污染物之间相互摩擦碰撞，再加上光照等催化条件，生成了更为复杂的二次气溶胶系统。根据雾霾形成各个阶段的特点，当空气湿度大于70%时，运用仪器检测到的污染物颗粒浓度会出现“虚高”现象。
3.2 虚高的危害
我国雾霾已经随着时间的推移越来越严重，而技术是改变雾霾天气现状的重要因素，只有技术先进，才能帮助居民、企业、职能部门完善雾霾天气综合治理方案，优化配置雾霾天气治理资源，制定出人性化、个性化、科学化雾霾天气治理措施。而各项技术可以实施的根本条件是得到雾霾污染的真实数值，这样才可以对症下药，解决雾霾的污染问题，但是现阶段由于空气湿度过大和受到各种气象因素的干扰会导致雾霾测量值出现虚高问题，从而没有办法得到真正的雾霾污染数据，从而无法实现治理措施的有效落实，降低雾霾天气治理质量，解决雾霾污染。
4 小结
本文基于雾霾的影响因素进行分析，对雾霾测量虚高问题进行了阐述。雾霾形成的影响因素分解为气象效应和非气象效应，为进一步研究雾霾形成提供依据，同时对更好的量化研究雾霾的产生和治理有其重要的意义和作用。由于雾霾测量虚高问题的存在，对我国环境污染治理问题有一定的障碍，而雾霾测量虚高研究现状还很不乐观，它是我们对雾霾研究不可忽视的问题之一，必须引起研究者的高度重视。为了更好地解决城市雾霾的治理，雾霾测量虚高问题的解决刻不容缓。
参考文献
[1]刘殿金.我国雾霾天气现状及综合治理[J].河南科技，2019（25）：143-145.
[2]马安怡.浅析中国雾霾污染现状和治理策略[J].低碳世界，2019，9（02）：5-6.
[3]张文.我国雾霾天气的现状与环境监测技术分析研究[J].环境与发展，2019，31（05）：82+84.
[4]陈宜张.光遗传学研究[J].科学，2014（04）：21.
收稿日期：2020-01-04
项目：2019年大学生创新创业训练计划项目《基于数据挖掘技术城市雾霾指数测量虚高问题研究》项目编号：2019110350055
作者简介：岳晓宁（1962-），女，博士，教授，研究方向为数据挖掘技术及复杂系统建模等。
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