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《中国雾霾说明书》

北极星大气网  来源:星球研究所    2020/3/26 9:47:34  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:雾霾 颗粒物 灰霾天气

北极星大气网讯:25日,星球研究所发布《中国雾霾说明书》。全文如下:

雾霾不断消散,又不断重来

关于它的信息也纷繁复杂

令人疑惑连连

本文中我们用了近万字、73张图

试图全面呈现它的成因及解决之道

全面呈现这场涉及每个人的

对流层保卫战

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伟大的对流层

平均厚度约10千米

几乎所有的人类活动

都在这里完成

这是我们一生中

无可替代的生存空间

(国际空间站拍摄的大气层,对流层是最靠近地面的一层,图片来源@NASA)▼

2.jpg

然而

工业时代以来

我们的对流层

却变得越发浑浊

到了2013年

全年平均35.9天里

北京的对流层

是这样的

(请横屏观看,大霾下的北京,近处可见国贸CBD,远处是太行山,摄影师@李珩;上文数据为2013年全国平均霾日数,源自参考文献[1])

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成都的对流层

是这样的

(请横屏观看,下图左侧是被霾笼罩的四川盆地,右侧是川西连绵的山地,摄影师@行影不离)

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乌鲁木齐的对流层

则是这样的

(请横屏观看,大霾笼罩的乌鲁木齐城区,摄影师@李杰)

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也正是那一年的1月

约1/4国土上空的对流层

在一夜之间全部沦陷

自此

“雾霾”这个词

便与近6亿人息息相关

(2013年1月,我国发生有记录以来极为严重的一次大规模区域性灰霾天气,范围覆盖17个省级行政区,影响近6亿人,下图为当时的卫星图像,灰色的是霾,白色是上方的云层,制图@陈思琦/星球研究所)

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时至今日

政府官员、科学家、工程师

无数人仍在致力于驱散“雾霾”

保卫我们的对流层

可是1年、2年、3年、4年、5年、6年、7年过去

它却依然一次次卷土重来

“雾霾”

究竟因何而生?

还将持续多久?

我们该怎么做?

有胜利的希望吗?

要回答这种种疑问

必须从“雾霾”的本质

开始说起

01

“雾霾”的本质

“雾”和“霾”

本不应混为一谈

它们是对流层中

两种不同的天气现象

但形成的关键均在于

空气中稳定悬浮的

颗粒物

对于雾,是小水滴

对于霾,则多为干尘粒

因此

雾常呈乳白色

相对湿度可达到90%以上

水平方向的能见度不到千米

随着地表温度上升

便可逐渐消失

(南京主城区的雾,拍摄于2020年2月,早上8点,摄影师@李毅恒)

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霾则相对灰黄

相对湿度一般不超过80%

水平能见度不到10千米

有时甚至能持续多日

难以消散

(雾和霾有时也可相互转化,因而常被混称为“雾霾”;下图为广州的霾天气,拍摄于2017年1月,摄影师@许晓平)

8.jpg

其中

直径不超过10微米的颗粒

人称PM10

它们能越过人体的重重防线

在呼吸道中沉积

也称“可吸入颗粒物”

而直径不到2.5微米的颗粒

便是PM2.5

它们更加微小

更易吸附有毒物和病原体

还能畅通无阻地深入支气管甚至肺泡

引发呼吸道、心脑血管和肺癌等疾病

造成我国每年近100万人因此死亡

(上文数据源自参考文献[6];本文中的直径均指空气动力学等效直径,即当粒子和密度为1g/cm3的球体有相同降落速率时,球体的直径大小;下图为不同粒径颗粒物的大小对比,制图@郑伯容/星球研究所)

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那么

这些颗粒物从何而来?

有时

它们来自自然界

森林大火、火山喷发

海浪飞溅、荒漠扬沙

都能成为颗粒物的来源

(以上自然过程被称为天然源,下图为内蒙古阿拉善左旗的沙尘暴天气,摄影师@李含军)

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但更多时候

它们来自人类社会

从烹饪油烟到工地扬尘

从汽车尾气到工厂烟尘

形形色色、不胜枚举

(人类生活和生产活动造成的排放被称为人为源,也是本文主要讨论的部分;下图为郑州热电厂,前方是主要排放废气的烟囱,后方是排放水汽的冷却塔,现已停产搬迁,摄影师@焦潇翔)

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有时

它们一“出生”便是颗粒物

由污染源直接排放进入大气

称为“一次颗粒物”

(工地扬尘便是典型的一次颗粒物,下图为四川广安的一处工地,摄影师@周修建)

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但更多时候

它们“出生”时还只是气体

在大气中“进化”成为颗粒物

是为“二次颗粒物”

(在我国多数地区,尤其是霾污染严重时,二次颗粒物已成为主要影响因素;下图为2011年甘肃中部灰霾下的火力发电厂,其排放中既有一次颗粒物,也有气体污染物,摄影师@刘忠文)

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例如

由二氧化硫(SO2)

氧化形成的

硫酸盐颗粒(SO42-)

是二次颗粒物

由氮氧化物(NOx)

挥发性有机物(VOCs)

在光照条件下反应形成的

硝酸盐颗粒(NO3-)和有机物颗粒

是二次颗粒物

由氨气(NH3)

与大气中的硫酸、硝酸等

酸碱中和形成的

铵盐颗粒(NH4+)

同样也是二次颗粒物

(正因如此,城市灰霾中的成分并不是单一的;下图为2016年长沙灰霾中的车流,摄影师@李云鹏)

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