城市霧霾問題分析與研究

宋雨佳 岳曉寧 姚晨

摘要：基于霧霾日益加重，本文引入對形成霧霾的氣象效應和非氣象效應概念，并從氣象因素和非氣象因素兩個方面對霧霾形成的影響進行了分析。同時對霧霾的測量不準確及霧霾測量虛高問題進行了討論，對霧霾測量數據存在虛高產生的原因進行分析。本文的研究對更好的量化研究霧霾形成和治理問題有其重要的意義。

關鍵詞：霧霾;虛高;氣象因素;非氣象因素;二次氣溶膠

中圖分類號：X513 文獻標識碼：A 文章編號：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 霧霾研究現狀

霧霾問題近年來成了社會關注的熱點問題，文獻《我國霧霾天氣現狀及綜合治理》[1]中提出我國霧霾已經隨著時間的推移越來越嚴重。技術是改變霧霾天氣現狀的重要因素，只有技術先進，才能幫助居民、企業、職能部門完善霧霾天氣綜合治理方案，優化配置霧霾天氣治理資源，制定出人性化、個性化、科學化霧霾天氣治理措施。《淺析中國霧霾污染現狀和治理策略》[2]中提到近年來雖然霧霾污染的治理取得了一定的成就，但是相對其他發達國家，中國的環境污染問題尤其是空氣污染問題形勢依然嚴峻。2018年年初，受霧霾影響最嚴重的京津冀地區，又爆發了近一個月的霧霾天氣。可以看到對于霧霾危害，霧霾治理的文章層出不窮，倒是對于虛高問題卻鮮少提及，并且沒有一個好的解決辦法。文獻《我國霧霾天氣的現狀與環境監測技術分析研究》[3]中指出霧霾的形成以地面顆粒物為主要貢獻，大氣顆粒物與氣溶膠有密切的關系。

2 霧霾形成的影響因素

2.1 氣象因素分析

霾原本是人類活動排放到空氣中的粉塵、煙霧、鹽類顆粒、氣溶膠以及二次反應生成的氣溶膠等細顆粒的總和，是由于大氣污染造成的。當渾濁的大氣現象中同時出現了霧和霾，并且區域性能見度較低時，就被人們習慣的稱為“霧霾天”，不斷降低的能見度除了云霧滴的“積極”參與之外，氣溶膠顆粒的貢獻也不容忽視。霧霾天氣是氣象污染問題，更是環境問題。近年來，大規模的持續霧霾天氣在我國中東部出現過多次，其影響范圍、持續時間、污染強度都是歷史上罕見的。據分析，此次霧霾天氣的頻繁出現，是有利的氣象條件和不斷增加的污染物排放共同作用的結果。大氣中原有的污染物通過氣溶膠與霧霾彼此影響、相互作用，氣溶膠在此過程中相當于媒介。霧霾出現后，大氣中增添隨之產生的污染物，改變原有的氣溶膠濃度，促進更多的水蒸氣凝結成云霧滴，而水蒸氣液化過程可以放出熱量，大氣溫度的升高對霧霾的抬升、擴散又是有利的，起到促進作用。霧霾天氣形成后，大氣變渾濁，阻礙太陽光到達地面，同時一大部分太陽輻射反射回空間，地面的太陽輻射量減少，地面氣溫下降，使得原本穩定的大氣層更加穩定。顆粒物、一次氣溶膠以及經過一系列反應生成的二次氣溶膠在靜穩的近地大氣層中不斷凝聚、堆積，逐漸形成越來越多的細顆粒物、云霧滴，加重大氣的渾濁度，進一步降低能見度。大部分細顆粒、云霧滴會一直殘留于空氣中，與下一天的匯聚，加固大氣穩定性，形成惡性循環，引發、加劇、維持連續多天的霧霾污染。

2.2 非氣象因素分析

最近幾年，我國中東部霧霾問題日益嚴重，這與該地區的工業發展、人為排放有著密切的聯系。人為排放的氣溶膠在大氣作用下，有相當一大部分轉化成了云霧凝結核，參與霧的形成，破壞原有的霧的結構。這也就說明了，在當今的霧和霾背后，有很多與人類活動相關的氣溶膠粒子的參與，并不完全是原本的自然現象。

高濃度的氣溶膠助長了霧霾的形成，因為氣溶膠粒子、云滴能造成大氣混濁，可能有霧的影響，也可能有霾的影響，或二者同時存在。干氣溶膠粒子是形成霾的前提，同樣地如果沒有氣溶膠粒子的參與，霧也不能形成。過去，人為活動相對較弱，氣霧顆粒多數來自自然過程并存留在大氣中，被人們稱為背景氣溶膠。而如今，人為活動日益劇烈，改變了氣溶膠原本的角色，打破了平衡。我國華北地區產業發展較快，二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等有害氣體排放量就比較多，就會生成更多的硫酸鹽及氣溶膠。城市與農村相比，機動車使用量更大，所以城市的尾氣排放量也就遠遠大于農村，城市中硝酸鹽和硫酸鹽氣溶膠濃度也較高。

我國的大氣氣溶膠濃度處在一個高于全球平均值的水平，這就為大范圍霧霾天氣的形成提供了便利條件。我國氣溶膠濃度較高除了與人為污染排放量、機動車排放量日益增加外，還有與我國龐大的人口數量有關。通過分析我國數個氣象監測站兩年的數據發現，霧霾天顆粒濃度中二次氣溶膠占據了5成之多，北京市二次氣溶膠所占的比例已經達到了80%。已經有研究證明硫酸鹽對霧霾污染粒子的形成有一定的貢獻。在對我國華北地區的霧霾污染進行觀測和研究發現，首次生成的新氣溶膠粒子以及不斷增大的二次氣溶膠對霧霾形成的貢獻很大，不容忽視。通過對比霧霾形成區域的污染物排放量以及當時的氣象條件，發現一次氣溶膠與排放量、排放強度關系密切，而氣象條件卻制約著污染區域內二次氣溶膠的形成以及總體的濃度變化。大雨過后一般都是晴空萬里、艷陽高照的天氣，但隨后幾天內大氣就開始變得渾濁、能見度降低，而這種空氣渾濁現象（即霧霾）也大都表現有跨省、連片的區域性特征，這也正是說明了霧霾的形成與氣象條件和污染物排放量息息相關。

3 霧霾測量虛高的問題

3.1 虛高形成的原因

大氣研究工作者通過大量研究發現，當濕度超過70%時，部分氣溶膠粒子就會吸濕增長，加劇了與大氣中水分的布朗凝固運動，吸濕后的干顆粒、氣溶膠粒子的粒徑會增大20～60%，這導致在相對濕度較大時通過儀器檢測的PM10等粒子的粒子濃度“虛高”。在霧霾天氣中，大氣中的霧霾顆粒都有吸濕屬性，與此同時城市上空大氣結構中的大量水汽被這些霧霾顆粒所吸收形成氣溶膠顆粒。由于這些氣溶膠顆粒具有分布范圍大和粒徑小等特點，利于污染物之間相互摩擦碰撞，再加上光照等催化條件，生成了更為復雜的二次氣溶膠系統。根據霧霾形成各個階段的特點，當空氣濕度大于70%時，運用儀器檢測到的污染物顆粒濃度會出現“虛高”現象。

3.2 虛高的危害

我國霧霾已經隨著時間的推移越來越嚴重，而技術是改變霧霾天氣現狀的重要因素，只有技術先進，才能幫助居民、企業、職能部門完善霧霾天氣綜合治理方案，優化配置霧霾天氣治理資源，制定出人性化、個性化、科學化霧霾天氣治理措施。而各項技術可以實施的根本條件是得到霧霾污染的真實數值，這樣才可以對癥下藥，解決霧霾的污染問題，但是現階段由于空氣濕度過大和受到各種氣象因素的干擾會導致霧霾測量值出現虛高問題，從而沒有辦法得到真正的霧霾污染數據，從而無法實現治理措施的有效落實，降低霧霾天氣治理質量，解決霧霾污染。

4 小結

本文基于霧霾的影響因素進行分析，對霧霾測量虛高問題進行了闡述。霧霾形成的影響因素分解為氣象效應和非氣象效應，為進一步研究霧霾形成提供依據，同時對更好的量化研究霧霾的產生和治理有其重要的意義和作用。由于霧霾測量虛高問題的存在，對我國環境污染治理問題有一定的障礙，而霧霾測量虛高研究現狀還很不樂觀，它是我們對霧霾研究不可忽視的問題之一，必須引起研究者的高度重視。為了更好地解決城市霧霾的治理，霧霾測量虛高問題的解決刻不容緩。

參考文獻

[1]劉殿金.我國霧霾天氣現狀及綜合治理[J].河南科技，2019（25）：143-145.

[2]馬安怡.淺析中國霧霾污染現狀和治理策略[J].低碳世界，2019，9（02）：5-6.

[3]張文.我國霧霾天氣的現狀與環境監測技術分析研究[J].環境與發展，2019，31（05）：82+84.

[4]陳宜張.光遺傳學研究[J].科學，2014（04）：21.

收稿日期：2020-01-04

項目：2019年大學生創新創業訓練計劃項目《基于數據挖掘技術城市霧霾指數測量虛高問題研究》項目編號：2019110350055

作者簡介：岳曉寧（1962-），女，博士，教授，研究方向為數據挖掘技術及復雜系統建模等。