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《中国雾霾说明书》

2020-03-26 09:47来源:星球研究所关键词:雾霾颗粒物灰霾天气收藏点赞

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无法穿过逆温层的污染物

只能在其下方积聚、扩散

且逆温层高度越低

扩散空间越小

污染也越严重

一旦湿度增加

大霾便顷刻笼罩

(被霾笼罩的晋中盆地,高于逆温层的排放才有较大的扩散的空间,拍摄于2015年11月,摄影师@李珩)

而逆温层形成的原因

可谓多种多样

例如

在晴朗的夜晚

地表温度迅速降低

令下方贴近地面的空气温度

逐渐低于高空气温

便形成“辐射逆温”

秋冬季节夜晚漫长

辐射逆温尤为强烈

令大江南北“雾霾”频发

(南京秋冬季的霾天气,拍摄于2019年11月,摄影师@刘兴)

一般情况下

随着日出后地面升温

辐射逆温便逐渐消失

然而在严寒的北方

白天地表散失的热量

仍远高于太阳辐射

则形成昼夜持续的逆温层

(请横屏观看,被霾笼罩的乌鲁木齐,拍摄于2013年11月,中午12点,当日遭遇降温,最高温为2℃,摄影师@李杰)

除此之外

在山间谷地

冷空气沿山坡一路流入山谷

将山谷中的热空气挤到高空

可产生逆温层

(即地形逆温;下图为东北地区山谷中萦绕着朦胧的“雾气”,摄影师@王泽东)

在山脉脚下

气流翻越高山后逐渐下沉

空气团上部的升温幅度高于下部

也可产生逆温层

(即下沉逆温;下图为山脉脚下的云南芒市,3-5月常出现逆温现象,摄影师@杨清舜)

而在近海地带

暖空气直接平流至冷空气上方

冷暖交界处可产生平流雾

同样可产生逆温层

(即平流逆温;下图为大气分层的青岛,冷暖交界处可见平流雾,摄影师@张霄)

由于逆温层的存在

污染物在垂直方向上的扩散

已然希望渺茫

人们只能指望水平方向上的

打破静稳天气

驱散“雾霾”

然而

由于气候变化等因素

我国冬季风逐年减弱

年平均风速逐年减小

这无疑是火上浇油

(京津冀地区地面年平均风速变化,“距平”是指该点数值与平均值的差,制图@郑伯容/星球研究所)

甚至在

地形

的影响下

风还成为了“帮凶”

甘肃兰州、河北蔚县

山西大同、太原、临汾等城市

坐落在群山包围之中

夜晚气流从山坡吹往谷地

形成山风

白天则从谷地吹向山坡

形成谷风

(山谷风形成原理示意,制图@郑伯容/星球研究所)

交替变换的山谷风

令污染物在山间来回往复、难以扩散

也令山谷中的城市常常笼罩在

一片朦胧之中

(位于太行山脉间的河北蔚县,摄影师@李珩)

陕西西安

则地处秦岭以北的关中平原

风中的污染物

遭遇南部山脉的阻挡

在山前大量聚集、滞留

因而在这里

东北风下的霾日数占比可达31.2%

相较之下静风时的霾日数

则仅占17.7%

(上文数据源自参考文献[7];下图为霾下的关中平原,近处为铜川市,远处为秦岭,西安则位于中间,摄影师@李珩)

而在京津冀地区

一方面

燕山、太行山

盘踞在北侧和西侧

来自平原的东南风

与来自西北的山风

在山脉前短兵相接、僵持不下

形成一条沿山脉走向的“风向辐合带”

也是一条污染物的汇聚带

(京津冀地区的风向辐合带示意,制图@陈思琦&郑伯容/星球研究所)

另一方面

汇聚带沿线的城市

如同串联的热岛

随着热空气上升

将周边的冷空气向城市抽吸

加剧了郊区工厂排放的污染物

向城市汇聚

(从近到远依次是河北燕郊的工厂、北京城和太行山,摄影师@余明)

而第三方面

“热岛效应”下

冷空气往往从低空汇入城市

导致垂直方向上“下冷上暖”

产生逆温

三管齐下

令汇聚带沿线的城市

唐山、保定、石家庄、邢台、邯郸等

相继成为“雾霾”重灾区

(河北是我国霾污染最严重的省份之一,下图为霾中的河北保定,摄影师@韩阳)

直至一阵猛烈的西北风到来

稳定的气象条件终于被打破

城市上空的阴霾也终于消散

然而正所谓

“甲之蜜糖,乙之砒霜”

随着冷空气一路南下

气流中裹挟的污染物

也随之跨越千里

进入南方地区

根据2014-2015年的数据

在京津冀、长三角等地

这样的跨区域传输

对城市中PM2.5的贡献

可达20%-35%

而本地排放则占65%-80%

(上文数据源自参考文献[3];下图为上海,其区域传输的贡献可达到26%,尤其是4-5月,常受到北方沙尘的影响,摄影师@张殿文)

不仅如此

抵达南方的冷空气

还可能形成冷锋插入暖空气下方

因而在锋面处形成逆温层

进一步阻碍污染物扩散

催生“雾霾”

(锋面逆温形成示意,制图@郑伯容/星球研究所)

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