人工影響天氣消除霧霾可行性研究

羅兆威 肖瀛川 黃聞 周燕

摘? 要：這幾年，伴隨著我國城市化進程的加快以及工業的迅速發展使得生態環境越來越惡劣，其中的霧霾天氣問題更是引起了高度重視。文章主要將現今對于人工影響天氣消減霧霾的方法進行進一步論述，特別是針對樂山地區的氣候氣象特征，提出有針對性的措施。相信隨著技術的發展，科技水平的不斷提高，將會有更多更加有效的消減技術出現。

關鍵詞：霧霾;天氣;人工影響;消除

中圖分類號：X51? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）04-0054-04

Abstract： In recent years， with the acceleration of China's urbanization process and the rapid development of industry， the ecological environment has become worse and worse， and the haze weather problem has attracted much attention. This article mainly discusses the current methods of reducing the haze by artificial weather， and in particular， proposes targeted measures in response to the climatic and meteorological characteristics of Leshan area. It is believed that with the development of technology and the continuous improvement of scientific and technological level， more and more effective reduction technologies will emerge.

Keywords： smog; weather; artificial impact; elimination

1 概述

空氣中的霧霾顆粒與霧氣結合形成的特殊現象即為霧霾。霾是大量極為細小的顆粒，聚集過多時就會使能見度急劇下降，霧霾還會使得本來能見度已經很低的空氣變得更低。自從2013年開始至今，中國多個城市連續出現霧霾天氣，政府及社會各界就開始關注這件事。

2 霧霾的成因分析

霧霾的形成既有“源頭”，也有“幫兇”，這就是不利于污染物擴散的氣象條件，一旦污染物在長期處于靜態的氣象條件下積聚，就容易形成霧霾天氣。霧霾形成有三個要素：

一是生成顆粒性揚塵的物理基源。我國有世界上最大的黃土高原地區，其土壤質地最易生成顆粒性揚塵微粒。

二是運動差造成揚塵。例如，道路中間花圃和街道馬路牙子的泥土下雨或潑水后若有泥漿流到路上，一小時干涸后，被車輪一旋就會造成大量揚塵，即使這些顆粒性物質落回地面，也會因汽車不斷駛過，被再次甩到城市上空。

三是揚塵基源和運動差過程集聚在一定空間范圍內，顆粒最終與水分子結核集聚成霾。目前來看，在我國黃土平高原地區350多座城市中，霧霾構造三要素存量相當豐裕。

2.1 人為因素

首先，大量工廠的出現。我國工廠數量在改革開放之后迅速增長。工廠向空氣中排放出的未經過處理的黑煙，一定程度上是霧霾天氣產生的主要原因。其次，汽車排放尾氣的原因。伴隨著我國私家車數量的不斷增長，私家車排放出的尾氣基本都是化石燃料，硫化物、氮氧化物等污染物直接排放到空氣中去，給霧霾天氣的產生提供了直接的基礎條件。此外，建筑粉塵已經成為空氣中霾顆粒的主要來源，并且TSP會在這些城市的大氣中尤為突出。

2.2 氣象因素

霧霾的形成，除了有人為因素形成的霾之外，氣象條件也占據著極大的比例。氣象因素不僅僅只是溫度、濕度等，更包括風向、風速等。

平面擴散主要取決于風速，在風速較小的情況下污染物的擴散會減緩。現代城市建筑建造得越高，間距就越小，從而阻塞了從郊區或者城市外流經城市的氣流，使穿堂風變成了靜風，極其不利于懸浮在空氣中的顆粒物的擴散，導致顆粒物聚集在一起，一旦氣候條件合適便會形成霧霾天氣。另一個影響的氣候因素就是逆溫層。逆溫層就好比覆蓋在城市上空的鍋蓋，屬于高空中的氣溫高于低海拔地區氣溫的現象，從而限制了低海拔大氣中空氣向上的垂直運動。懸浮在空中的粒子很難漂移得更高，在低空和地面附近被阻擋，形成薄霧。

3 樂山市人工影響天氣消除霧霾的路徑分析

3.1 樂山市氣候背景

樂山以山地丘陵為主。全市以靜、小風為主，年均風速約1.1m/s。年降水量在1200毫米左右，降水主要集中在6-9月，降水的時空分布極不均勻。冬半年， 樂山市受干冷氣團控制，盛行偏北季風，由于秦嶺的屏障作用，冬季干燥，降雨少，沒有嚴寒。夏半年受海洋暖濕氣流影響，盛行偏南風，暖濕氣流受到西部山脈所阻時，被迫抬升，成云致雨，使樂山市夏季氣候具有無酷暑、濕度大、降雨多的特點。

3.2 樂山地區空氣污染氣象條件

樂山空氣質量的分布狀況與樂山的氣候條件有很大的關系，冬春季空氣污染日數增多也與氣象條件密切相關。

（1）逆溫是空氣溫度隨高度增高而增加的大氣垂直層結現象，我市冬半年出現頻率高。低層大氣逆溫直接影響空氣污染物的垂直擴散，致使污染物不能向上擴散，只能向下蔓延，從而加重地面空氣污染。

（2）我市年均霧日58天，最多的一年達到101天。霧天常伴有近地層逆溫，空氣濕度大，如果連續多日，會造成地面污染物堆積，形成“煙霧”。

（3）研究表明，污染物濃度與風速平方成反比，風速越大越有利于污染物質的水平稀釋擴散，反之則會使近地面層的污染物質不斷地增加。樂山市年均約1.1m/s，屬我國靜、小風高頻區。

3.3 樂山市人工影響天氣消除霧霾的具體路徑

從2016年12月開始至2018年12月，樂山市氣象局人影辦在冬半年多次開展人工增雨作業，現在對近三年的情況做一個統計分析。

2016年12月共4次過程進行了人工增雨作業，實現有效降低空氣污染3次，其中兩次是在冷空氣影響盆地過程中實行的人工增雨作業，在有風和明顯降水的情況下，作業效果更加明顯，而且冷空氣影響過程中的極大風速超過了5m/s，在風雨共同作用下，有效降低了空氣污染指數。而另一次有效降低空氣污染指數是以降水為主，降水量超過了1mm，也就是濕沉降作用，而風速較弱，過程只是減弱空氣污染指數。剩余一次是在明顯逆溫層下作業，以求打破逆溫形成降水，降低污染氣象指數，但是逆溫層一直存在，而且濕度層較低且濕度較小，也沒有出現極大風速超過5m/s的風，因而作業出現了失敗。

結合表2樂山市2017年人影作業過程空氣污染環境指數與日氣象要素表來看，樂山市于2017年進行了多次人工增雨作業，所取得的效果及條件具體分析如下。

1月份進行了一次人工增雨作業，此時受冷空氣因素的影響，氣溫比較低，極大風速在5m/s以上，有弱降水但無量，在風的作用下，空氣污染指數明顯下降。

2017年2月兩次、3月三次、4月一次、10月兩次人工增雨過程當中，都具備如下共同條件：溫度有明顯下降，極大風速在5m/s以上，（四月的兩次風速在4m/s以上），尤其是2月的兩次人工增雨作業其風速為8m/s，這十分有利于清除空氣中的污染。在降雨量方面，3月三次、4月一次、10月兩次人工增雨過程中都有降雨出現，最低降雨量都在3mm以上，2月的兩次人工降雨當中其當日降雨量為4.2mm，在一定的極大風速與有效的降雨相互配合之下，這幾次人工增雨作業所取得的效果都比較顯著，持續時間也比較長。

2017年11月有兩次空氣污染過程實施了人工增雨作業，但是一次有降雨量，有效降低空氣污染指數;一次沒有明顯降雨量，沒有明顯效果降低空氣污染。有降雨這次過程實施了兩次人工增雨作業過程，有效的降雨，配合一定的極大的風速，有效地降低了空氣污染指數，但是持續的降雨，使空氣污染指數降低到一定程度而維持。另一次沒有明顯的降雨過程，雖然極大風速也是超過4m/s，但是不能使空氣污染指數明顯下降，只是略有減弱作用。

2017年12月針對兩次空氣污染過程實施了人工增雨作業，一次弱降雨但無量，另一次有明顯降雨。兩次過程都出現了超過6m/s的極大風速，對空氣污染指數的降低有非常明顯的作用。

結合2018年人影作業過程空氣污染環境指數與日氣象要素表來看，我們可了解到，2018年，樂山市通過人工增雨作業的方式來降低空氣污染指數的作業當中，11月一次、12月三次的人工增雨作業都達到了降低空氣污染指數的目的。這幾次作業都具備一些共同的條件;極大風速均在5m/s以上，且出現了降雨，一次降雨量在10mm以上，最少降雨量也在2mm以上。監測結果顯示，這幾次的人工增雨作業不僅效果突出，而且維系時間也比較長。相比之下，1月份的4次人工增雨作業雖然有效的減弱了污染，空氣污染指數也明顯下降，不過監測結果顯示，作業后的效果只維持了兩天而已，這可能與1月份的人工增雨過程當中并未出現過降雨有關。由此可見，在有降雨和風的共同配合時讓空氣污染指數下降的低，并且維持的時間久，尤其是在污染指數達到中度污染或是輕度污染以上的時候更是如此。此外，2018年2月共進行了兩次人工增雨作業，風速均在5m/s以下，且當時的盆地內為均壓場，還是弱輻合風場，有利于空氣污染物的累計，導致這兩次人工增雨作業并未取得良好效果，空氣污染指數甚至有所上升。

4 結束語

綜上分析，在人工增雨作業降低空氣污染指數的多次作業過程來看，風和雨是必不可少的因素，主要考慮以下幾個條件：（1）有效的降雨條件，降雨盡量要大一些，能達到5mm以上為佳;（2）有降雨還需要有效的極大風速，達到5m/s以上，有效的大風能效增加空氣流動，使空氣污染物快速擴散降低;（3）作業前要選擇空氣污染指數盡量在輕度污染以上的時候，這樣配合著天氣條件能有效的降低，在污染指數接近優良的時候降雨對清除空氣污染有效但是效果并不明顯。另外，對比分析比較不同降雨量的影響，可以發現，降雨量越大，對空氣質量改善的效果越好，如2018年11月15日的人工增雨過程當中，降水量是1.4mm，PM2.5的質量濃度是32%，而11月16日的人工增雨作業過程當中，降水量為7.2mm，PM2.5的質量濃度則降到了14%。結合數據分析來看，極大風速越大，那么人工增雨作業的效果就更為明顯。以2018年1月15日與1月16日的人工增雨作業來看，這兩次作業過程當中都未出現過降雨，但15日的PM2.5的質量濃度是141%，16日的則降到了49%，這與16日的極大風速（6.1m/s）遠遠大于15日的極大風速（3m/s）是密切相關的。

總而言之，選取適合的天氣條件（如風速、降雨和溫度），進行人工增雨作業，能夠有效降低PM2.5質量濃度，改善環境空氣質量。

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