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三是污染源作用。京津冀地区周边的东南风、西南风、南风都会把污染物送到北京来。这种地理环境、天气条件、污染源分布作用,正是导致京津冀地区秋冬季严重雾霾天气频发的原因。虽然京津冀地区雾霾的产生与气象条件密切相关,但要根本解决还是要靠强化区域减排。
中国环境报:“三圈环流”是您研究的重点方向,能否着重谈谈其对雾霾的影响?
刘树华:先谈谈山谷风和城市热岛环流的影响。白天山区温度偏高,密度稀薄,大气压低,温度会上升。山区白天受太阳辐射,导致温度远高于同高度的平原地区,形成山谷风大气环流,污染物就会输送到山区。晚上山区冷却降温,京津冀地区由于城市热岛作用,空气比山区冷却得慢,导致温度高,气压低。在山谷风大气环流作用下,白天送到山区的污染物晚上又送回来,送到京津冀区域。在缺乏有利天气条件的情况下,将形成严重雾霾天气。
再谈谈海陆风的影响。京津冀地区秋季地表热力较强,存在海风和陆风的转换。白天,太阳辐射地表加热比海面快,导致陆地温度比海面高,导致陆地空气上升,大气压力减小,形成海风;晚上地表长波辐射,陆地冷却比海面快,导致陆地温度比海面低,海面空气上升而陆地空气下沉,形成陆风。白天污染物从海上送回来,晚上又送到海上,形成循环污染。当海风发展时,有可能会将已经被迁移到海面上的污染物重新带回陆地,造成污染加剧。污染物在京津冀地区也形成了环流。
中国环境报:是否可以通过地理环境改变或城市规划等人为手段来破解“三圈环流”对雾霾产生的影响?对此,您有何建议?
刘树华:在形成区域大气污染的过程中,地理环境很难人为改变,甚至是不可能的。可通过城市规划,增加城市区域大气通风量,增强大气流动性和扩散,提高空气质量。例如,沿海或沿湖城市建筑、街道尽量与海岸线垂直,避免与海岸线平行;山谷城市建筑、街道尽量与山谷风方向平行等。
科学研究对解决雾霾问题有何帮助?
■有助于理清大气污染的演变机制,为大气污染的预报和防治提供重要的科学依据。
中国环境报:您认为怎么才能运用当前的科学研究来更好地解决雾霾问题?
刘树华:我主要是研究大气环流对污染物扩散的影响,以及“三圈环流”对京津冀地区污染物输送的作用,也就是机理问题,即形成污染大气过程的成因机制,从科学角度解释这个问题。另外,关于对京津冀地区雾霾成分分析的研究也很重要。要分析污染物成分谱,建立成分谱库,追踪污染源解析,从污染源头研究雾霾形成机制非常重要。
我们的研究也受到政府的重视。为贯彻落实《关于加快推进生态文明建设的意见》、《大气污染防治行动计划》等相关部署,科技部会同环境保护部等13个部门及北京等5个地方科技主管部门,制定了国家重点研发计划《大气污染成因与控制技术研究》重点专项实施方案,组织开展监测预报预警技术、雾霾和光化学烟雾形成机制、污染源全过程控制技术、大气污染对人群健康的影响、空气质量改善管理支持技术和大气污染联防联控技术示范等6项重点任务科研攻关,为大气污染防治和发展节能环保产业提供科技支撑。
今年正式启动了国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”试点专项,这也是接下来要做的一项重要工作,包括以下4个方面的研究。
一是严重雾霾天气形成机理研究。其中包括雾霾重度污染源的解析研究(模拟、监测);雾霾重度污染的天气和气候学成因研究;雾霾重污染的大气边界层特征研究;雾霾重度污染过程与大气边界层相互作用研究;雾霾重污染的物理和化学成因研究;雾霾重度污染的天气和气候的反馈作用研究;稳定大气边界层辐射增温效应对严重雾霾形成机制研究。
二是霾污染源的解析、霾污染物成分的解析。污染源来源解析方法及其模型、污染源来源采样方法(采样布点代表性、高度、周期、频率、季节等)、污染源成分谱构建解析方法等;采用FSAM模型(FluxSourceAreaModel),以其物理机制明确、源区确定直观清晰而被广泛用于污染源通量源区研究。
三是大气污染与大气边界层相互作用和反馈机制研究。边界层过程与气溶胶辐射效应存在反馈机制。通过直接影响边界层的稳定度,影响气溶胶浓度(增强)。通过影响局地环流(谷风环流),间接影响近地面气溶胶浓度。
四是严重雾霾天气的观测研究。希望构建激光雷达和地面污染物观测网络,用来定量预报、评价大气污染物浓度分布特征、实时追踪污染物来源,提前预警重污染天气过程、解析成因机制。
这些科学问题的研究,将有助于理清大气污染的演变机制,为大气污染的预报和防治提供重要的科学依据。
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