 水气循环与雾霾 2016-12-19 11:20阅读：5,743 作者：金辉 目 录 一、为什么“突然”进入雾霾模式？ 二、霾被吹到哪里去了？ 三、水气循环：微循环·自循环 四、重霾轻雾，难识雾霾 五、地下水是水气循环系统的根基 六、循环系统突变之关节点 七．从自循环看选择明天 八、恢复自循环系统为根本之道 近年来，我国中东部地区大范围持续雾霾频繁发作，严重劣化生存环境，危害人民生命健康，引起全社会的高度关注和忧虑。 人们都在问：这到底是怎么了？雾霾究竟是怎么回事？  X 图1.雾霾中的孩子（本文图片主要选自网络，谨说明并致谢。） 切身之痛于霾灾肆虐，理当把雾霾说清楚。只要生活于这片土地，没有人能够置之度外。 本课题研究定位：从哲观、境界、规律、思路上认识雾霾。 本课题研究方法：在常见现象中，不断发现问题和提出问题，然后步步追问，究根循本。 发现问题是认识的起点。怎样发现问题？——看见我的看法。我们就从提出一个个问题开始，争取逐步接近认识雾霾真相，明白真实存在。 一、为什么“突然”进入雾霾模式？ 2013年起，我国中东部地区突然遭遇雾霾困扰，人们纷纷寻求解释。关于重污染天气成因，权威部门的解释为： 第一，污染物排放量大是根本原因； 第二，不利于扩散的气象条件是直接原因。 这样的解释很有道理，同时也是社会共识。没有高强度的污染物排放，就不会有灾害性雾霾；如果一直刮风，雾霾也不能聚集。 问题在于，把严重雾霾归结为上述根本原因加上直接原因，似乎还是不能解释“突然”。  图2.北京2010-2015年逐月空气质量图。（绿色AQI指数为1-50，一级优；黄色为51-100，二级良；橙色为101-150，三级轻度污染；红色为151-200，四级中度污染；紫色为201-300，五级重度污染；紫红为300-500，六级严重污染。） 北京市2010-2012年五级及以上重污染天数分别为6天、5天、4天，而2013-2015年每年都为55天。 先看“根本原因”——排污量并没有“突然”成倍剧增（按照统计排放总量逐年略有下降）： 按照公布数据北京市2013年能源消耗总量为7354万吨标准煤，比上年增长2.4%；主要污染物二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量和氨氮排放总量比上年分别下降了7.25%、6.29%、4.30%、3.80%。 河北省2013年工业能源消耗总量2.09亿吨标准煤，同比增长1.11%；上述四种污染物排放总量同比分别下降4.20%、6.17%、2.90%和3.51%。 天津和各地多年同比数据的趋势基本同样。 对于能源结构、违法偷排、环境监管等问题，以及公布统计数据准确度的问题，已经有了很多关注和研究。故本文暂不讨论，我们在这里主要讲新的方面、新的问题。应该说，有能耗总量在，排放量不可能在短时内成倍猛增。 再看“直接原因”——2013年以来的气候并没有“突然”反常。 北京及华北地区的气候，近年来并没有发生明显的剧烈变化。各种气象条件中，除了季节和昼夜的规律变化之外，变量最大的是风力和降雨。2006年至2012年，北京年平均风速皆为2.2米/秒（2010年为2.3米/秒）。2013年年平均风速2.1米/秒，2014-15年，风速减4%。近几年降水量数据有几种，大致看2013较常年偏少或持平，14、15年较常年增多。 《三联生活周刊》2014年底《霾从何来》报道，研究雾霾的科学家也感觉很困惑：“为何最近两三年明显感觉雾霾问题越来越严重，其跳跃式的演进方式甚至已经超越了循序渐进的经济增长曲线，难道污染也有加速度吗？这也是科学家在苦苦追索的问题之一。” 雾霾问题很复杂，都在“苦苦追索”。我们首先要正视存在，要提出问题。疑问之处，正是发现之机。 1-1.为何重污染日数逆势骤增若干倍？ 逆势、骤增——毕竟监管和治理力度在逐渐加大，还有经济结构调整和能源替代，按理说污染程度应该是逐步减轻，但是，实际情况却反向发展，确实令人百思不得其解。 1-2.为何重污染由点到面，弥漫为大范围覆盖？ 监测指数和人们的感觉，2013年前后都差别巨大。一是重污染日数明显增加，再者雾霾一来就是一大片区域，多达上百万平方公里，以前从来没有过。 1-3.2013年前后显然是截然不同的两种境界，我们分别称之为：常态大气污染与灾害性雾霾。灾害性雾霾与伦敦烟雾、洛杉矶光化学污染不同，与以前各地的空气污染都不同。这种境界到底是怎么回事？ 1-4.为什么会发生这种突然性的境界的剧烈转变？ 1-5.两种境界的转换为模式之突变，这种突变的原因和机制到底何在？ 污染物排放与气象条件这两项导致大气污染的最重要已知因素，竟然无法解释近年的霾情巨变。 在严峻的事实存在面前，我们应该承认，灾害性雾霾的复杂因果，远远超出了我们的现有认知。我们应该意识到，这是生态环境的新问题，是人类面对的新挑战。 雾霾逆势骤增，同时也是治理效果递减。2013年以来，应该说从上到下都更为重视，治理力度在加大，人们的意识也在不断增强。为什么效果远远不如以前明显？ 这就说明，常规思路难以全面准确认识灾害性雾霾，常规方法亦难以有效根治雾霾灾害。  图3.此情可待成追忆，只是当时已惘然。 境界——突变，这两点，都非常关键。如果不清楚境界差别，仍然是在研究和处理一般的大气污染，与灾害性雾霾当然隔了一层。 看到境界，非常关键。境界观属于智慧思维。平常思维都落在具体的相上，看到的是千差万别的物相。即使所见差别再大，也认为仅仅是物相或数值的不同，而看不到境界转变。其实，境界决定存在，不同境界有不同规律，规律主导着存在性质及其变化。南橘北枳，水土异也——境界使然。 二、霾被吹到哪里去了？ 一次严重雾霾经常持续数天，天昏地暗，令人窒息。有网友悲鸣：等风都等疯了！ 一旦进入雾霾过程，人们只能苦盼风来。经常是大风一来，霾消雾散。  2-1.霾被吹到下游了吗？ 这个问题似乎“毫无疑问”，霾当然是被吹走了，而且当然是吹到了下风方向。——请注意：当然与想当然。 如果污染物是吹往下游，推移过程必然会造成前端叠加，指数陡增。就像铲雪，一寸厚的雪，用锹或木板推着走几步，前边马上就堆起半尺一尺高。在雾霾消散过程中（注意，是专指雾霾消散境界），一般随着冷空气到来，此地的霾确实是不见了。但是，前方地区又确实没有出现雾霾指数陡然增高、成倍叠加的明显情况，周边地区也没有出现这种现象。无论是监测站点之间的千米尺度，还是城市之间的数十至数百千米尺度，基本都没有过那样的明显现象。那么弥漫数万甚至数十万平方千米的霾团，最终都跑到哪里去了？  图5. 2016年10月18-20日华北雾霾过程图 通过空气质量监测动态图可以看到，在较大范围区域，比如华北地区，每次雾霾过程中，雾霾最严重的中心不时移动，这似乎是在说明霾气团在随风传输扩散。而实际上各地指数涨落起伏以及最高点位的时间差，其实主要是各地循环系统境界变化的时间差。 除了冷空气结束雾霾，实际上还经常会在无持续风向的微风情况下，严重雾霾同样消散掉了。仔细观察就可以看到，在微风和静风条件下，本地数值也不停地在涨落起伏。——对于本地自动化消清除污染物的机制与功能，后面我们还要展开分析。 准确地讲，雾霾是“散中化、行中消”，是散—化、行—消，而且是化多于散，消大于行。在风力较大的条件下，通常三四级或以上风力，雾霾是在边扩散边清除，而且清除权重远比扩散要大。后面我们就会从内在原因说起，大气污染物清除的规律是，本地降解净化为主，异地转移扩散为辅。 注意境界的不同：每次雾霾聚集过程期间，会有城区逐渐向郊区的传输蔓延现象，乃至跨地区转移输送，尤其是南风容易把污染物向北推移输送。而在雾霾消散过程中，多为北风，污染物大范围扩散、长距离推移现象则不明显。 2-2. 霾被吹到高空了吗？ 认为污染物被风吹到异地叫水平扩散，还有一种方式叫垂直扩散，即认为霾飘散到了上空。污染颗粒物主要悬浮于近地空间，总体分布规律是浓度随高度而降低，越高越稀薄。可以说基本没有出现过下面空气清朗，而霾团像云层一样都聚集到高空中的现象。如果低空的霾少了，高空的霾同时也更少。 2-3. 霾被稀释了吗？ 若一地的雾霾指数为500，应该需要数倍的空间才能稀释到100。比如一万平方千米的严重雾霾扩散为几万平方千米的轻度雾霾，这叫稀释。 既然雾霾指数有高有低，从理论上说，应该会有扩散与稀释作用。但在每次严重雾霾消散的过程中，却没有在较大范围内发现这样的明显现象。 2-4. 雨水降解了多少？ 说到污染物的降解，通常都讲水平扩散、垂直扩散和降水携带。如果从霾的降解来看，那就只有雨水携带这一种方式属于污染物的清除。  从观察现象就可知，直接降雨化霾的比例较小，速度也较慢。霾的消散过程，风比雨要快，甚至微风静风往往都比降雨要快。降水对污染颗粒物的直接降解，时间和地域都有限。再比如冬春季节雾霾频发，恰恰雨雪较少，那一次又一次接连爆发又不断消散的灰霾，最终都到哪里去了？ 2-5. 如果不是吹走扩散稀释和降水降解，那么霾的归宿到底何在？ 因为，准确地讲： 扩散——位置的移动，不等于消失； 稀释——浓度的降低，不等于化灭。 任何事物都是有生必有灭。如果说源源不断排放的污染物只有生而没有灭，显然不符合存在实际，不符合自然规律。  2-6. 以前的污染物都到哪里去了？ 过去几个月、几年、几十年持续排放的污染物呢？ 如果污染物仅仅只是扩散和转移，或者生多灭少，那么工业革命以来污染物不断排放积累聚集，我们的地球早已经毒化的无法居住，和金星差不多了。 2-7.一场严重雾霾结束时，那么巨量的霾一下子全部消失了，它们都扩散和转移到哪里去了呢？一时间全国陆地和海域，可以几乎都是优良级别，所以那些污染物显然是都没有了，是已经被降解消除掉了，而不是扩散和转移到了其他的什么地方。 2-8.再看一个更简单的问题：平常日子不停排放的霾呢？ 到了雾霾天污染指数一路攀升人们才感觉到霾的存在，但是，平常时候的排放量和雾霾天的排放都是一样的（除了APEC和大阅兵期间）。我们应该特别注意这一点：在没有大风、没有降雨、也没有雾霾笼罩的时候，始终不停排放出来的污染物呢？我们为什么基本感觉不到它们的存在？它们为什么没有聚集为讨厌的雾霾？这个时候，排放量大这一根本原因就在那里，而气象条件这个直接原因也是没有风和雨，也可以说是扩散条件不利，但是，那些持续排放的污染物呢？ 我们再仔细想一想这一点：无论污染指数如何起伏，无论监测数值变化有多大，实际排放量基本上都是比较恒定的。  图8.北京2015年12月到2016年2月初逐日空气质量，同为冬季燃煤期，上下两幅却差别巨大。图中标出“风”为三四级及以上风日（只有一次转四五级12.14-16、两次四五级转五六级12.2-3、1.22-24），未标注皆为微风。冬季经常是风力微弱后，一两天雾霾就开始弥漫。但我们更应该注意，有时候在风力微弱的情况下，同样排放的污染物却并没有聚集为雾霾。比如下幅风停之后的四五天，还有最后十天中，只有两天有三四级风，为什么优良天气能够持续？ 优良天气不依靠刮风而持续，这就是区别于雾霾境界的相对正常境界。这种正常境界经常都会有，我们也应该经常能够感受到它的存在。就是在这种平常状态才有文章。这里面深藏着我们认识雾霾的奥秘和治理雾霾的根据。 因为在这种经常存在的正常境界中，同样排放的污染物并没有演变成为严重雾霾，所以，我们应该就能够有办法促成这种正常境界更多、更长久、更经常，而尽量不让雾霾境界成为主导。之所以能够这样做的根据，就是在2013年之前，华北地区乃至全国，主体上一直都是这样的正常境界。雾霾常态化，只是近几年的反常现象。从反常复归正常，不仅应该，而且必要。因为，自然循环系统本身就是要正常自然运行。否则，自然不自然，人类最麻烦。 爱因斯坦说过，我们能够看到什么，不在于我们的眼睛，而是取决于我们头脑中的观念。  我们被雾霾困扰这么长时间了，一直以为对雾霾的认识已经没有问题了；都认为问题仅仅在于减排治理的力度；几乎就没有想过除了减排是否还天外有天。而如果稍微一想，马上就会发现我们对雾霾的认知盲区是如此之多，随便一想就是问题，随便一个问题都能把自己给问住。 雾霾肆虐好几年了，为什么治理效果不明显？ 问题的关键：治理雾霾的困境，首先在于观念陷阱。 从“根本原因”来看，产业转型是长期过程，临时措施难起沉疴。保障阅兵式的非常性措施难以经常化，毕竟整个经济社会活动无法持续大幅度消减。 因为我们把自己囚困于“排放—扩散”的认知模式之中，对于气象扩散条件似乎无力回天，人的作为只能全部都被压缩在减排这一个点上，问题又在于减排方面却又不可能常下猛药。所以无论雾霾之去来，都只能等风靠天。 破解这一困局，首先要从观念上破局。廓清观念雾霾，方得根治雾霾。去掉观念成见，自然见到真相。 2-9.霾之生与灭：  图10.北京2015年12月24日至25日，仅仅10小时指数就从二级良好直线攀升到六级严重污染,24小时全市平均值突破500，指数增长曲线远远超过实际排放量。为什么会这样？应该是有大量的二次生成气溶胶。 雾霾的霾为悬浮颗粒物。PM2.5（细颗粒物，主要指空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）是其重要组成部分。悬浮颗粒物的重要来源为，一次排放：工业污染、燃煤、汽车尾气、生物质燃烧与垃圾焚烧、土壤尘；二次生成气溶胶。 雾霾条件下，二次生成比例是否更高？ ·霾之灭，霾的最终降解和归宿。 风吹霾散，已经成为一个观念定论。问题在于，仅仅扩散并不是霾的最终去处。作为细颗粒物之存在，在这里是PM2.5，扩散到别处还是PM2.5；在五级重污染的地方是PM2.5，稀释在一级优的环境中还是PM2.5。但污染颗粒物不可能生成之后，就永远是颗粒物。生成后它肯定要变要化，最后它注定会消会灭。无生有，有归无，一切存在物必然如此。 对于雾霾认知的空白：霾的归处、终结境界何在？污染颗粒物到底是怎么灭的？不同的颗粒物应该有相对不同的化灭，不同境界的化灭应该也不同。 悬浮颗粒物之灭，理论上应有三种归宿： ① 降归于大地、植物等下垫面——归于固态； ② 被雾滴雨滴俘获吸附后，溶解于水体——归于液态； ③ 在空中解体而气化，或溶解后气化——变成气态。 自然循环系统包含了无生有、有化有、有归无的完整境界。认识就是要把握事物的生——存——化——灭之运动全过程。就造成雾霾之污染物而言，源排放为其生，风吹为其散。只讲其生与其散，还不能构成完整的循环境界，而只是一个残缺的非对称结构。 认识就是要认识事物的发展变化规律。而为了认识规律，人的认识本身首先需符合规律。我们研究存在，要获得完整认识，就要知道它的有无终始，知道它的化变行止，知道它的存在境界。在天地境界之中，致霾之污染物者，生于地，而存于天，复化于天，而灭于地。所以，要看其生，而寻其克；见其存，而转其化；知其终，而促其灭。 图11.2014年11月1日北京霾散过程，气象条件为北风3-4级转4-5级。可以看到如下几个特点：第一，站点间呈现蛙跳式下降，而不是完全随风由北向南次第推进。第二，有些站点是：风未到，霾已消。第三，下降没有秩序。8个站点，直线下降的时间前后相差12个小时：最先是北部新区（西北六环），其次是美国大使馆（东城区）、延庆（西北角），然后是古城（市区西部）、永定门内（市区南部）、亦庄（东南部），最后是怀柔（北部）、密云水库（东北角）。第四，即使明显下降时没有次序，各个站点也都是开始为缓慢下降，然后是突然下降，而没有表现出接受了大量外部输送污染物指数倍增而后再行下降。第五，各站点指数之下降或缓慢或迅速，都主要是自己的事，而没有发现相互转嫁污染把悬浮颗粒物推送到别处的明显表现。 霾的生很复杂，霾的灭也很复杂。 ——复杂主要是因为境界。 图12.2016年10月20日清晨，北京霾消 2-10．我们再来看一次雾霾结束过程——2016年10月20日清晨，北京霾消：基本没有风，没有下雨，也没有扩散稀释，霾却突然没有了。 ①与大风没有关系。期间始终是一二级风，无持续风向，雾霾竟然迅速灭消。这样的微风，按说远不足以驱散指数超过200（最高为345）的时间持续了36个小时的严重雾霾。 ②与降雨无关。在没有降雨也没有风的情况下，两个小时全市平均指数从近300下降到100以下。指数下降12小时后开始降雨。降雨持续期间，指数则始终在50-80区间。 ③迅速下降。全市平均指数4时294，5时284，6时180，7时88。各站点都是陡崖式下降，城区美国大使馆监测点一小时降幅几达200点。 ④没有看到霾扩散到异地，没有明显的水平转移、传输； ⑤在消散过程中，即使在全市的各个站点之间，也没有明显的扩散和转移。19日下午城区东部南部更严重。20日早晨迅速下降。城区南部、东部下降最快，北部郊区延庆、密云和西南角琉璃河下降相对缓慢。 ⑥注意，是整体都在下降，仅仅是指数下降快与慢之差别，而不是这里的霾少了，扩散后使别处加重了。天津下降比北京早2小时、廊坊早1小时，保定比北京晚1小时。而在北京各站点之间的下降过程还有几个小时的时间差。 ⑦没有垂直扩散，霾没有向高空转移。这次是阴天，降雨之前本身就是云气下沉的态势； ⑧没有看到明显的稀释，在消散过程中，霾没有蔓延疏散到周边更大区域； ⑨面对这样的事实，我们只能得出这样的结论：悬浮颗粒物应该主要都是就地化消湮灭掉了。 2-11.北京逐月及逐日平均风力与空气质量相关度很低。 图13.北京逐月及逐日平均风力与近年空气质量对照 图13显示，北京逐日与逐月的平均风速总体变化规律相当吻合，但是与“风吹霾散”的观念定论却相去甚远。 按月统计，风力最大的是4月、3月，最小的依次为8月、9月和7月； 近四年空气质量最好的月份，2013年2014年和2016年都是8月、2015年是9月；最差月2013年为1月、2014年2月、2015年12月，2016年11月（12月？）。 北京年度周期的平均风力比较有规律，第一和第二季度风力比较大，第四季度一般，第三季度风力最弱。 近四年北京雾霾的大致趋势为，第一和第四季度空气质量相对较差，第三和第二季度空气质量较好。 空气质量与平均风力几乎无法对应，这个事实具有某种颠覆性。几乎没有人怀疑过风吹霾散的观念，我们一直以为事实就是如此，而且是科学论断。其实，最大的问题还是观念问题。实际上，人的观念不是被事实改变的。只有不固执己见，放下执著，才能发现和接受新的观念，也很容易见到原本就在的事实和真实存在。 2-12.空气质量指数的消长轮回说明了什么？ 不论是从像北京这样一座城市的范围看，还是从华北这样的大区看，尽管污染物排放量基本不变，但是空气质量指数却变幅很大。近年来，雾霾频繁来袭，即使指数经常会攀升至严重污染的高位，但必然还会回落而下。污染天气过程一次一次出现，整体空气质量又一次一次大体归零达到优良。从较大区域来看，每一场雾霾聚集的悬浮污染物，在这轮雾霾过程结束时，就已经基本都被降解清除掉了，而显然不是乘风扩散还在继续旅游。空气质量指数的消长轮回只是现象，需要我们认识的是导演这一消长轮回的内在机制和力量。 三、水气循环：微循环·自循环 在自然系统的诸多物质能量循环中，水循环极为活跃，几乎参与各种循环。 地球上的水往复于天空、地面和地下，转化于气态、液态和固态之间。太阳辐射使水从海洋和地表及植物表面散发变为水汽，水汽随气流运动而被输送，再凝结降为雨雪，产生径流，汇入河川，流入海洋。气象学称海洋同大陆之间的水分交换过程为大循环；海洋或大陆上的降水同蒸发之间的垂向交换过程为小循环。 图14.气象学视野中的水循环系统 3-1.重新认识水气循环系统：微循环犹如水气循环系统的细胞。 水从液态蒸发为气态时，体积膨胀约16000倍，凝结时体积则同比收缩。 我们把蒸发与降水-径流形成的区域外在循环称为大循环，而水汽的蒸散与凝结-吸附为主的内在循环称为小循环、微循环。 无数蒸发凝结膨胀收缩而生灭不息的微循环组成小循环，诸多化变往复之小循环再形成大循环。 相对于短时间的降水而言，水汽的蒸散与凝结-吸附则是经常的和持续的。所以在没有降水时，无数小微水循环也始终都在生灭周运之中。——请注意，这一点非常重要。 强度和速度明显的冷空气活动是断断续续的和暂时的，而水汽微循环层面的空气活动则无止无休。因此，即使在静风条件下，空气依然永动不息。——这一点也非常重要。 微循环犹如水气循环系统的细胞。即使在无雨和静风条件下依然始终周行不止的微循环，对于水气循环系统整体实际上更为重要。犹如人体在没有运动时、在睡眠时，亿万细胞仍在继续工作一样。从直观比喻上讲，我们如果把水气循环系统中的微循环看做细胞之于人体，经常带着这个意识再来认识雾霾，事情就比较简单了。 3-2.水气循环为自循环层级体系 水循环是一种自循环，是自循环层级体系。自然循环系统及其层级子系统，皆为自循环。 水气循环层级体系中，区域大循环与本地小微循环相因互果，相辅相成。故本地自循环为主，异地外循环为辅。本地自循环越活跃越充分，异地大循环相应越协调越正常。各地自循环都正常，水气循环整体系统便会以常态为主而周行不殆，风调雨顺，气象和平。 若系统遭到强力干扰破坏，本地自循环能力不断弱化，就会逐渐演化为外循环为主。这时，只有外力足够之强，才能形成交换与循环。外循环的特点是时断时续和强弱没谱，表现为骤冷骤热和暴旱暴涝轮番登场。伏之越低便起之越高，隔阻愈甚复冲决愈烈，是为恶性循环中的平衡方式。 自循环永远无可替代。外力的作用以及种种外面的办法，只能是辅助因素和权宜之计。循环为自循环为主，净化也是自净化为主，指望外力、依赖外援，不可能维持系统的正常状态。若已是外因和外力为主，则显然已经不是正常循环系统。 自循环状态决定着整体系统的正常与反常。 核心观念：自循环。自循环，最关键的就在这个自。自本、自具，自能、自主，自演、自化，自反、自成……存在万物之本都在这个自，认知本身和认识的基点也在自。 自循环的特性是自他一体、大小与内外一体、自生与自化一体、运动与生灭一体、平衡与净化一体。 不知自，不知自循环，无以认知存在，难以明白天地循环系统，也无法认识雾霾真相。 水气循环之层级众多，形态万千，界定越精细，观察角度越丰富，对水气循环系统及规律的认识便可越深入。 见微知著，方明了自循环之本来； 层级完整，则知晓自循环之规律。 3-3.自循环与自净化 自循环的重要功能之一即是自净化。 循环既是运动，同时亦为生灭与化转。 以北京及华北地区为例，蓝天并非必须靠大风和降雨。一般更多的是一二级微风，并没有出现经常性的雾霾笼罩。在2013年之前，本地自循环系统功能虽然日趋退化，即使像北京这样的大都市，即使污染物排放量及强度已经相当之大，还是能够基本上维持自我循环，实现大部分自行净化。这说明，对于污染物的降解，本地自循环系统自净化功能，起着最主要作用。所以我们把大气污染物清除的规律概括为： 本地降解净化为主，异地扩散转移为辅。 2013年以来，在雾霾过程中，在境界转换中，在相对正常的状态下，都可以看到自循环和自净化功能强弱起伏变化的各种表现。 污染指数曲线，可以看作自净化功能状态的直接标示。 图15.2016年10月15日至20日北京逐时平均指数，这6天都是微风无持续风向。15日小雨，降水未能降解多少污染物，指数维持在200以上的高位；16日晴，指数在100至200区间起伏；17日晴，指数呈U型，居然有几个小时下降到50以下，然后又上升；18日晴，指数在波动中上升到200多；19日转阴，指数上达300多；20日阴转小雨，清晨微风无雨时指数迅速降至100以下，也就是我们前面分析过的那次霾消过程。 既然风力微弱，污染物扩散稀释的程度也就十分有限，显然主要都是在本地降解化灭。实际上，无论是否风雨，降解都是本地为主。所以包括风雨在内的各种形式和要素，都是当地循环系统自净化功能的组成部分。 污染物不等于霾。在污染物排放量不变的情况下，一旦指数升高演变为雾霾，则说明循环系统反常而出了问题，意味着自净化机制的失能。 而正常状态，即为自循环系统正常和自净化功能正常。 3-4. 自净化的关键在哪里？ 水的三态性质转化，蒸发膨胀而凝结收缩，气态多升而液态多降，水随气压气温等条件变化而蒸凝胀缩升降的特性之生演，表现为气水之周行、天地之呼吸。 水蒸散为水汽，成为雾滴，再蒸散化灭，即为循环；雾滴再凝结为雨滴下落，便形成降水循环。没有凝结就没有降水；而凝结不一定最终都成为降水。在水平循环中，没有雾滴之凝结便没有露霜；而水汽雾滴不一定都变成露霜。大量水汽雾滴在近地空间直接吸附于下垫面各种液态与固态之体物，亦自完成循环。 微循环 I ：水汽—雾滴—大雾滴—雨雪露霜 微循环 II ：水汽—雾滴—水汽 水汽雾滴生灭化转之微循环，应是悬浮颗粒物降解的关键。物质存在形态之化转与性质之演变，皆靠小微循环实现，都在隐而难见的微观层面进行和完成。而宏观运动，多为空间之位移。 水气循环系统中的净化机制，即随时随地无处不在的水汽蒸凝涨缩之小微循环，对悬浮颗粒物实施吸附、溶解、沉降、封固。微循环如细胞，其工作状态，决定着系统的功能程度。大气中悬浮颗粒物，本身即为雾滴之凝结核。人工增雨技术大都利用此一原理。凝结缩合为雾滴、雨点、露珠的过程，即化转、降解、封藏，如“微循环I”。而带核凝结溶解，再蒸散挥发，即为降解、化灭，如“微循环II ”。自然相生相克之循环系统，自具很强的自净化功能。 由此可见，本地自循环，尤其是小微循环，构成了经常性的持续不断的水气转换、空气流通和净化机能——这也就是细胞的特性。水气自循环的尺度越小，循环便越活跃，越经常化，持续性越强，自生、自动、自反、自化的自循环度也越高，因此对于循环整体和系统机能来说就越发重要。这也是常态境界的自循环之基本模式与自净化之主要途径。 薄雾和露霜，是小微循环的直接标示之一。我们观察发现，近些年北方地区不仅降水呈现减少之总体趋势，晨昏之薄雾和草木灌丛农作物上的露霜都明显减少。薄雾和露霜减少的现象，直接证明自循环系统及自净化功能在迅速衰弱。 四、重霾轻雾，难识雾霾 4-1.在污染物排放量变化不大的情况下，为什么有时候会成为灾害性雾霾，而有的时候又没什么事儿？ 雾霾、雾霾，没有雾，霾则难以为灾。 气象学讲，雾是霾聚集的气象条件。从根本上看，雾是霾的存在境界。所以，重霾轻雾，难识雾霾。 雾，是天地循环系统和水气循环的一种特殊状态。 雾，在中国古代分为：雾与霿。成书于2000多年前的《尔雅》解道： 天气下，地不应，曰霿（音盟）； 地气发，天不应，曰霧（雾）。 雾与霿，也可以大致称为晴天之雾与阴天之雾：雾，地气发，天不应，即近地空间雾气弥漫而天上无雨云，通常大雾之后必天晴；而霿则是阴天之雾，天气下，地不应，云气一直压到地面，却未形成降雨。雾一般过程较短，霿历时较长。 4-2.雾霿藏天机。从雾与霿看，古人不仅能对天气现象精细区分，还有对内在原因的准确解说。“天气下、地不应”与“地气发、天不应”，特别要注意这个“不应”。从雾和霿的现象中发现原因在天地气机不应，“不应”里边大有文章。不应就是循环阻隔，系统不通，所以才会出现雾和霿这两种非正常状态。既然有不应，必然还有相应。雾与霿之两种不应，其相对则为晴与雨之两应。这样就有了天地气水循环的四种气象境态： 古人用雾和霿这两个汉字，深刻发现并准确描述了两种特殊天气状态的内涵，并为我们定格了窥测自然循环系统“天机”的窗口。 由雾霿而知天地气运，因不通而见循环系统。 4-3.升降悬浮。 《黄帝内经》：“地气上为云，天气下为雨；雨出地气，云出天气。”将《内经》和《尔雅》合看，天气与地气相因互果的循环系统和不同境态便更为清晰。 ① 云——地气上而通为云，云出天气： 地气发，天气应，为云（晴）；晴为升、化，水汽生化扬散活跃正常。 ② 雾——地气发而滞为雾，雾欠天气： 地气发，天不应，为霧；雾为悬、滞，升扬无力，水汽生多化少，形成雾气弥漫。 ③ 雨——天气下而合为雨，雨出地气： 天气下，地气应，为雨；雨为降、凝，水汽多聚合为雨滴。 ④ 霿——天气下而塞为霿，霿欠地气： 天气下，地不应，曰霿，霿为浮、塞，降合无力，水汽生多凝少，形成霿气覆地。 简单而言，即云为升、雨为降、雾为悬、霿为浮。 在晴天气候中，常态是蒸散持续，非常态为雾气悬滞。 在阴雨气候中，常态是雨雪凝降，非常态为霿气浮塞。 雾与霿，即为循环暂时受阻而系统不通，致使微循环停滞，犹如细胞失能，循环系统功能便全面下降。 循环系统正常的境态，升降通达，开合有序，水汽雾滴微循环充分活跃，自净化功能比较强，悬浮颗粒物大都能够较快降解化灭。 雾与霿本来只是循环系统暂时停滞、部分失能的非常态。如果是雾霾频繁光顾而成为常态，就说明循环系统失常而出了大问题。 4-4.雾或霿反常而延长，进入雾霾境态，甚至持续数天，雾滴生多灭少，微循环处于相对停滞状态，自循环系统的自净化功能大幅削弱甚至丧失，细颗粒物的降解速率大打折扣，污染物迅速聚集弥漫，形成灾害性雾霾。 可以这样假设：正常气候下，一个基数的PM2.5，平均存在一个时间单位；而在雾霾气候下，同样一个基数的PM2.5，若平均存在延长至几个时间单位，污染后果就差别巨大。 即使雾霾境界中悬浮颗粒物滞留周期平均增加一倍，就很容易抵消排放总量减少百分之几十的艰难减排努力。 再者，因为雾霾境态中悬浮颗粒物滞空时间明显延长，二次化合生成的比率也要高得多。所以，尽管同样的排放量和基本同样的天气条件，却可以导致相差悬殊的污染后果。 4-5.常态大气污染与灾害性雾霾 境界差别观是认识雾霾的基本观念意识。我们可以从天地循环系统，来区分常态大气污染与灾害性雾霾，看这两种明显不同的境界。 人类排放污染物强度大，就会造成空气污染。普通型空气污染有两个特点：一是点状分布，面积一般不大，主要限于集中排放的工业区和主城区；二是如果努力减排，就能够明显见效。 普通型大气污染严重的区域范围一般比较明显，如以前北京的首钢一带。还因为这些区域的硬化表面多、植被和水面少，自循环系数本来就低，而排放强度又大大超出自身环境容量，即超过自净化能力，所以往往成为重污染地区。再如兰州、太原等特殊地形的城市，工业布局不合理，致使空气污染经常很严重。 图17.南亚和中东地区大气污染卫星图，都属于普通型空气污染，为明显的点状分布，大城市和工业区的指数或许会很高，但严重污染区域的范围一般相对不大。 我们来看常态大气污染及其治理结果。20世纪90年代，北京的大气污染曾经相当严重，1998年北京的污染天数高达141天。随着大力治理空气污染的“蓝天行动”的展开，在经济不断发展、能源消耗总量逐年增加的情况下，还是成功控制和逐步削减了污染物排放量：1998年北京市能源消耗总量为3808万吨标准煤，2012年为7177万吨，增长188.5%；而二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物（PM10及以下颗粒）浓度，2012年则比1998年分别降低了77%、30%和42%。污染物排放量逐步减少，污染天气亦随之逐年减少：到2006年，重污染天减少到24天；至2011年，重污染天为5天；2012年为4天。这说明，对于普通型大气污染，只要抓好产业转型升级和能源替代，严格控制和削减排放，就能够收到明显效果。 图18.2013年1月 17日美国航天局公布卫星照片，显示当时中国华北地区的雾霾天气。 灾害性雾霾则是大面积笼罩蔓延。因为相当区域的天气与地气阻塞不通，自循环系统陷于相对停滞、自净化功能几近失能，重度污染经常会大范围弥漫，动不动就是数万甚至几十万平方千米。2013年以来华北平原地区便是这样的典型境态，说明区域整体生态循环系统已开始进入恶性循环。 境界差异：雾霾过程中间，自循环系统发生障碍，自净化机制失能，污染颗粒物不断一次排放和二次生成，生多灭少，或生而难灭，所以，污染物不断聚集、累加，自然会传输、转移，向周边区域蔓延、扩展。 图19.雾霾初罩北京城，2013年4月8日作者摄于北京西山。通常灾害性雾霾之初起，像上图这样边界相对清楚的情况比较少见。当日下午霾气团开始聚集于北京城区中北部，而后迅速蔓延，一两小时即与西部和北部山体基本连成一片。再后来起北风，5-6级转4-5级，所以这次雾霾未成气候。 4-6．自循环与自净化功能之盛与衰乃至有与无，导致了普通型大气污染与灾害性雾霾的境界性差别。 我们说系统之境界性恶化与质变，关键即在小微循环之停滞与失能。如果系统疾病已经使大部分细胞无法正常工作，即便大面上似乎还可以像以前一样运动，但却心跳和哮喘的厉害，这时候就不能只看身体外形了。2013年之后的北京和华北地区，尽管蒸发与降水-径流的大循环还存在（年降水量变化不大），大气环流也在运行（年平均风力变化不大），但是，由于微循环障碍与失能，系统的内在功能与质量已今非昔比，所以，在污染物排放量变化不大的情况下，却经常会出现大范围雾霾弥漫。比如一酗酒者平常喝一斤白酒没事，但若肝坏死，不要说来一斤，哪怕二三两就可要命。 灾害性雾霾与普通大气污染有共同性，同时各有其特殊性。其特殊性，决定了主要矛盾的主要方面，决定了事物的不同性质。因此，除了研究大气污染的共同性，我们还必须研究灾害性雾霾的特殊性，明了特殊性与普遍性的相互作用及境界差异，才能真正认识和化解雾霾灾害。 图20.北京与昆明空气质量指数曲线之对比，也可视为外循环与自循环之对比。北京经常依靠外界风力推动循环，曲线起伏很大，一个峰谷落差可达300-400。自循环为主的昆明指数始终很低，曲线起伏也很小。北京最下面的蓝线为密云水库站数值，这还是北京空气质量最好的站点。昆明下面的绿线为西山森林公园站点，显示自循环功能良好。 4-7.境界与知行 图21.北京2010-2014年逐月空气质量 图22. 北京城区2010-2014年PM2.5浓度比例图 北京2010-2014年逐月空气质量图表显示，前三年的普通型空气污染与后两年的雾霾常态化有着非常明显的境界差别；而北京城区2010-2014年PM2.5浓度比例图表，其数据统计则显示这五年间北京空气质量变化不大，无论频数还是百分比，各年度不同空气质量状态的比例差别都不明显。这份北京大学光华管理学院师生所做的研究报告，从统计学角度非常详实严谨。报告多方面分析导致北京雾霾的最主要原因，确实就是污染物排放与风力气象。报告还量化模拟了最理想的状态，最后的结论为，除非彻底改变产业结构与能源利用方式，否则北京和华北雾霾基本无解。 不分境界差别而得出的结论，反而更能说明问题。因为我们都希望能够真正认识问题，进而彻底解决问题。问题的实质就在于，没有准确深刻的认识，我们不可能有正确有效的行为。面对雾霾灾害这一严重问题，如果意识不到境界变化及其重要性，便局限了我们对雾霾的认识，同时也束缚了我们的治理行动和效果。污染物排放与能源消耗和经济发展是连在一起的，而产业及能源结构调整和技术进步对减排的贡献，既有幅度区间同时也需要时间。这就决定了我们对于排放量这一造成严重雾霾“根本原因”的作为必然十分有限。 有这样一个比喻。一个人平常的饭量和食物基本不变，但有时候突然腹胀难耐，而过两天自己又正常了。如此反反复复，时好时坏。他去看医生，如果得到这样的处方：最大限度地减少饭量。那结果会怎么样呢？虽然也可以说吃饭是腹胀的根本原因，就像认定污染物排放与雾霾的线性因果关系一样，问题是这样的简单逻辑思维难以真正解决问题。面对腹胀这一症状，中医会辨证求因，通过调理脾胃运化、肝气疏泄等，使其气血通和；西医则要检查其消化系统功能指标，再对症下药。头痛医头脚痛医脚毕竟不是办法，调治系统而使整体回归正常状态方为治本之道。 根治雾霾，必须首先透破观念雾霾，观照宏观之天地水气循环整体系统，明了微观之微循环细胞。本质和规律是眼睛看不见的，要透过现象发现本质，通过变化发现规律，进而切准病根，给出对策，找到新出路而转境。 五、地下水是水气循环系统的根基 京津冀地区空气质量状况在2012年与2013年之交发生的巨变，给人印象极为深刻，也令人非常费解。以年度为单位来看，污染物排放量变化不大，气象条件变化不大，地表水、土壤和植被盖度等变化也不大，为何突然间雾霾成灾？尤其从自循环的视角观察，显然是整个系统的灾难性突变和境界性逆转，犹如人体免疫系统突然出现严重功能障碍。在此之前，不管怎么样，自循环系统好歹还在基本运转，自净化功能大致还在发挥作用。可是就在旬月之间，自循环和自净化竟然一下子基本停摆罢工，雾霾说来就来，污染指数与时俱进势不可挡。这究竟为什么？其中一定还有什么我们未知的重要内因在暗中发力主导。 5-1．经过反复审视天地水气循环系统境界，我们终于发现并圈定了幕后主角——华北平原大范围地下水水位的持续快速下降。 水气循环系统是贯通天空、地表和地下的浑然整体。虽然地下水并不直接参与大气污染物的降解，但地下水是水气循环的深层根基，从内在主导天地水气循环系统，而水气循环系统之微循环的功能状态则决定着污染物之降解。 在循环系统正常的情况下，地气与天气暂时不应也会偶发雾或霿。而大面积地下水深埋则使地气严重衰微，天地气水循环不时发生阻塞暂停，系统之小微循环经常停滞失能，所以灾害性霿霾和雾霾频繁爆发。 图23.我国中东部地区2008年、2011年深层地下水降落漏斗示意图 从2008年到2011年，短短三年时间，我国中东部地区深层地下水漏斗的发展变化就如此惊人。 5-2．伴随我国经济快速增长，水资源用量越来越大，缺口与年俱增。我国北方地区65%的生活用水来自地下水；同时，50%的工业用水和33%的农田浇灌也源自地下水。全国657个城市中，有400多个城市以地下水为饮用水源。几十年来，我国地下水的提取量以每年25亿立方米的速度递增。全国因城市用水和农村井灌形成的地下水超采区400多个，总面积达62万平方公里。几乎所有大中城市都因超采地下水而出现地下漏斗。 北京市地下水水位在上世纪60年代为3米，50年来下降了23米多，2015年6月为26.7米。自上世纪90年代以来，北京地下水水位平均每年下降1米。密云、怀柔、顺义水源地的最低水位已经深埋50米左右。 河北年均超采地下水50多亿方，累计超采1500亿方，面积达6.7万平方公里，超采量为全国的1/3。2000年的一年中，河北省平原区浅层地下水水位同比平均下降1.32米，全省深层地下水水位平均下降2.91米。衡水的巨大地下水漏斗区面积约4.4万平方公里、中心水位埋深112米。天津地下水埋藏最深达110米。河北最深的机井在沧州，达到800米。数年前，在官方通报华北超采地下水1200亿立方米时，就有水利专家估计，实际上华北透支的地下水已近2000亿立方米。一个世界最大的地下水降落漏斗区已在华北形成。华北地下水已无开采潜力，超采的深层地下水已无法补充。 图24.华北平原2012年浅层地下水埋藏深度等值线图 5-3．长期超量开采地下水带来的问题，不仅是人们已经注意到的引起地面沉降、海水倒灌和地下水污染（超过八成浅层地下水被污染，已不适合饮用）等等，更为严重的是导致水循环为主的自然循环系统的整体失衡与失能，对生态环境和人类社会造成不可估量的灾难性后果。下面只是几点： ① 干旱趋势，降水减少（上世纪70年代开始）； ② 准荒漠化与沙尘暴（上世纪90年代前后）； ③ 局地反季节霿霾和雾霾增加（本世纪初）； ④ 大范围霾持续且频发（2013年起）； ⑤ ？…… 图25.全国200个城市污染指数2014年排行榜。前30名中90%皆为华北平原地区的城市，与地下水降落漏斗为主因导致的循环系统失能相关度极高。第一名邢台184，第四名石家庄174，北京127第22名，天津119第29名。第8名新疆库尔勒为风沙。 图26.2001年华北平原深层地下水降落漏斗示意图。如今又过了十几年，地下水超采量至少又增加了数百亿方，华北地下水降落漏斗始终在扩大和加深。 华北平原中北部作为世界上最大的地下水漏斗区，等于雾霾重灾区、极震区。 水资源消耗与能源消耗密切相关。华北平原2012年煤炭消耗量为10亿吨，这片面积为全国5.6%的土地，煤炭消耗占了全国总量的四分之一，全球煤炭消耗总量的14%。从2001年到2012年，京津冀鲁豫三省二市的煤炭和汽油消费增长了三倍，柴油消耗增长四倍。 近几年雾霾灾难对于华北平原已经犹如挥之不去的噩梦，地下水超级透支与能源超级消耗为双主因，又是一回事。——原因和责任都在人类自己。 严重雾霾灾害频发，也许是这里的环境承载系统正在解体的不祥之兆。 5-4．地下水水位的灾难性持续下降，对于水气循环体系和整个自然生态系统不啻釜底抽薪。随着大面积地下水水位的持续迅速下降，加之环境污染和生态破坏，原本整体通达的自然循环体系支离破碎徒有其表，山河大地逐渐丧失内循环和深呼吸。滋养万物的地气生机越来越衰弱，必将酿成比雾霾灾难更为严重的后果。以大面积地下水深埋为主因的循环系统障碍，犹如人体的肾衰竭，病情已相当之严重。 长期依靠大量透支地下水发展经济，是现代人类的饮鸩止渴，乃断子绝孙之急功近利。岩层中的深层承压水流动非常缓慢（平均每天渗透流动1厘米即为快与慢之分界），其循环补充周期为数千年至若干万年。对于我们人类蜉蝣般短暂的生命尺度，这等于是与石油同样珍稀的不可再生资源。而深层地下水更比石油宝贝重要千万倍。如果没有了石油，人类好赖还可以生存，倘若几十米至数百米区位的深层地下水资源枯竭，人类和陆地生命系统都将大难临头。 眼下灾害性雾霾常态化，即为恶果之一。 问题是后面还会突然发生什么更其严重的灾难，我们不知道。 六、循环系统突变之关节点 6-1.华北平原地区自然循环系统的整体境界之逆转，经历了一个从量变到质变的过程。由于人类活动对生态环境系统的压力不断增强，随着大气污染、水体污染、土壤污染和生态破坏的不断积累，更随着地下水水位的持续快速下降，最终撑破自然循环系统的承受极限，整个系统便突然跌入恶性循环。 华北平原地理单元区域循环系统之境界性逆转的时空交汇点，应该是在2012年与2013年之交。 图27.北京、石家庄、保定、唐山近年空气质量境界对比 图27应该一目了然：2012年与2013年都明显不同； 2012年12月与2013年1月也都明显不同。 而2011年与2012年、2013年与2014年，包括其他的12月与1月，则没有显示出很大差别。 6-2．境界质变的内在转折点：2012年冬至。 循环系统突变之转折点为什么会发生在2012与2013的年度之交？这就要说到天地气场之四时循环模式与寒暑阴阳转化周行规律。 华北平原区域系统整体质变的内在转折点，我们推论当在2012年冬至节气。2012年冬至，公历12月21日。 现代天文学测定，冬至日太阳直射南回归线，北半球太阳高度最低，日照时间最短，为一年中太阳辐射值的最低点。 在中国传统的阴阳理论中，冬至为阴阳转化的关键节气。日月经天，寒来暑往，终而复始，阴至生阳。冬至为地雷复卦，象一阳来复。冬至为阴气极至之日，也是元阳初生之时，从此天地阳气始之升发兴作，一元复始，万象更生，是新循环之转机，新境界之开启。冬至一阳生，在一年的二十四节气中最为重要。 对于华北平原地区的自然循环系统来说，壬辰年冬至则为大限关头。 ①内因。年复一年，大面积地下水不断被超量开采，加上各种环境污染和生态破坏的扰乱与压制，地气越来越微弱，天地水气循环境态越来越勉强，最终跌落至临界点。二三十年的时间在地质纪年中不过是短短一瞬，但是地下水的下降幅度却比以往千百万年的变化还要剧烈得多，远远超出了自然系统本身的适应极限与修复能力。 ②节气（时机）。2012年冬至，在这个转折枢机，潜藏于大地而微若游丝的那一线阳气生机，没有能够照常升起而接合天气。犹如循环链条突然脱落，关键环节瞬间断裂，整个系统的内在循环于是受重创、被阉割、遭窒息。 ③外境。恰恰在这个冬至前后，华北地区被连续强寒潮覆盖冰封。2012年11月下旬至2013年1月初，全国先后经历7次冷空气过程，全国平均气温（-3.8℃）较常年同期偏低1.3℃，为近28年最低；华北平均气温（-7.4℃）较常年同期偏低2.4℃，为近42年最低；北京市12月平均气温（-6.4℃）比常年同期偏低3.5℃，为1951年有气象记录以来之最低。其中，冬至前后12月19日至24日的寒流强度最强、降温幅度最大、影响范围最广，北方大部过程最大降温幅度8～12℃，部分地区在14℃以上。 冬至者，一阳初动处，万物将生时。已经一再被摧折被祸害的、微弱至极的新境界之阳机，就在这个阴极复寒极的冬至，被人祸加天灾合谋做掉。就像那破壳将出的蛋中鸡雏，若其生命力本已严重弱化，啄壳之际但凡稍有外力袭扰封阻，它就只能胎死蛋中。内因加上外因，再与壬辰龙年冬至之时机叠合，共同促成了整体境界的致命转折点，华北平原地理区的循环系统从此开始深陷内在失衡与失能之厄境。 北京境界剧变时间点显示为2013年1月11-12日。 2012年12月19日至24日的极强寒流之后，又是接连三波冷空气。疾风扫尘埃，雾霾起不来。可是延时发作，症状更猛，首波霾潮即先声夺人铺天盖地，1月12日北京PM2.5小时最高值达到680微克/立方米，天津690，石家庄最高值更超过1000微克/立方米。 河北中南部地区自1月初便率先突进雾霾时代。石家庄1月5日指数爆表，一月份有11天超过这一数值，还有12天在300～500之间。 就在2012年冬至这个关键节气，华北平原中北部地理单元的天地之气未能合时交媾，阴阳化转未能正常开阖，导致系统整体运行程序从内在被改写。尽管新年的太阳照常升起，但跌跌撞撞艰难启动的2013版循环模式，却已是阴阳失据，天地否塞，内力衰微，气机逆乱，以故水气循环残存其表，净化机制失能甚多，污染物件难以降解，雾霾笼罩沦为常态，蓝天白云几成稀罕之物。 阳光、空气和水，是维系地球生命系统的三大要素，亿万年来一直是自然对于生命和人类的慷慨赐予。明媚的阳光、清新的空气和洁净的水体，原本免费无价，在我们拼命追逐价值的过程中，竟然变成了万金难买的无价之宝。 6-3．雾霾成灾之演化模式 华北平原进入雾霾常态化境界，整体来看，循环系统严重失能，但尚未全面失能；自净化功能多有丧失，还不是彻底丧失，应该还属于恶性循环的初级阶段。从2013年进入雾霾模式，也并非始终是雾霾笼罩，而是每年大约有二十几次持续两天以上的明显雾霾过程，如同大病之后的间歇性发作。 地下水下降、环境污染和生态破坏对水气循环系统影响极大。三者相互作用综合累加，最后越过循环系统承载极限的临界点，发生境界性逆转。临界点也是一个动态指标。在系统下行的态势中，范围越大，临界点系数越低。若自循环系统失衡的区域小，周围地区尚可辅助补救，适当恢复自循环，或在辅助中一起循环净化。失衡区域越大，所需外力越大，补助与恢复也越难，自身越容易进入恶性循环。 灾害性雾霾的发生和发展，一般呈现以大城市为中心的蔓延模式。原因就在现代大城市的自循环系数最低，同时又是集中产生污染物的地区。城市规模越大，维持基本循环所需要的辅助面积相应也越大，其辐射削弱压制周边地区自循环功能的范围也就越大。在经济持续快速发展过程中，以大城市为同心圆，较大区域的自循环能力都在梯次同步衰减。尽管大城市远郊、小城镇和乡村地区的污染物排放相对要少，但地下水下降作为主要因素，导致本地自循环系统已从根本上被削弱。土壤污染、水体污染和大气污染等，皆为抑制自循环的因素。自循环功能越弱，越容易被外力左右；自净化功能越差，越依赖外循环。而一旦跌破临界点沦陷反常境界，则各种因素的作用便都会转而以负面表现为主。因自循环功能衰微，很容易转落循环系统阻塞的雾霾境界，区域外循环风力减弱，大城市的污染物便迅速聚集，随之迅速蔓延。周围大片地区自循环系统本已风雨飘摇，大城市一发飙，即轻易被席卷覆盖，迅速将更大区域拖入失衡与失能境态。而雾霾境态中天地气水循环停滞隔断的封闭效应，又进一步窒息原本微弱的小微循环，这本身又演化为“气象条件不利”的因与果。污染物也更难以降解且不断聚集化合及传输弥漫，复又形成共生叠加的恶性循环。这就成为2013年初以来灾害性雾霾在中东部地区大范围蔓延和频繁发作的主要因果演化模式。 自然循环系统为层级体系之整体，自然会产生系统共振互动效应。京津冀地区在2012年底率先突破质变临界点之后，随即把黄淮地区、东北地区、关中地区、长江中下游平原和长三角等地的临界点系数明显拉低。这些地区纷纷从普通型大气污染境界开始落入雾霾偶尔发作境态。从2013年开始我国中东部地区突然连锁陷霾中招，其中污染物跨区域长距离传输应非主要因素，主要还是自循环系统内在共振效应与联动作用所引发的境界性变化。 七．从自循环看选择明天 天地水气循环系统，层级错综，气机复杂，变因众多，境态万千。面对这一整体系统，我们的认知仅仅是刚刚开始了一点点。 7-1.近几年雾霾终始去来反复震荡，我们从中可以看到循环系统的四种境态： 上述四种境态的每一境界，还包含三种类别： ① 该境态持续时间之长度； ② 该境态作用地域之大小； ③该境态表现程度之强弱。以微循环之自净化失能程度来看，至少可以分为全部失能、大部失能、半数失能、小半失能等几个档级，再界定还可以更为精细。 分析梳理四种境态，可以得到很多启示： 首先，循环系统的正常境态最重要，这是我们告别雾霾灾害的基础和依据。即使华北地区现有污染物排放量已经很大，但只要自循环系统基本正常运转，自净化功能还是能够照单降解化灭之。平时在微风和无雨的情况下，那些一二级状态的时日就是证明。华北平原的自循环系统，现在仍然具有内在的自愈和恢复能力，这是我们可以摆脱雾霾灾害的最重要基础和依据。所以说平常境界有文章，正常状态藏奥秘，因为治理雾霾的根据和标准、规律和方法，都在其中。 第二，反常境态即雾霾持续境界，对我们的认知也很关键。正是从雾霾肆虐的反常境界，我们才意识到自循环系统的巨大作用，才知道自净化功能有多重要。因为反常而发见正常，真正明白正常即可调治反常。再有，在雾霾持续期间，污染指数持平或缓慢波动，而没有继续一路攀升，这恰恰说明微循环之自净化机制又在起着作用。因为这期间污染物的排放还一直在继续，指数在污染高位变化不大的现象，同时也就意味着相当于当下排放量的污染物基本在被悉数消化降解。若像开始转落污染境界那样自循环系统陷于停滞，雾霾过程两三天就足以达到严重污染，趋势再延续指数爆表乃至上千也很容易。反常境态中依然有正常机制在发挥作用，这同样是灾害性雾霾能够得到治理的积极内因。 第三，从正常境态到反常境态，这个境界转变的现象最为复杂。转落雾霾境界为循环系统阻滞，自净化失能，表现为污染指数明显上升。但是，①发病机制具体是什么？②每次又是如何发作的？③这一转境的开关在哪里？④它又是怎么启动的？这些都是未知问题。再有，⑤每次进入雾霾境界的时间之长短、覆盖面积之大小、失能程度的档次之强弱等等，又是被什么所控制和决定的？一般来说，⑥为什么二三季度的雾霾峰值相对缓和，发作频度也相对低一些，⑦而一季度和四季度往往来势凶猛，发作也相对频繁？虽然这与冬季取暖排放增加有关，但⑧十月到十一月初也经常会出现严重雾霾，这又是为什么？明白病机与转境之要，对于认识雾霾非常关键。 最后，从反常境态复归正常境态，就更值得仔细探究。相对而言，雾霾终结阶段指数的下降速度，比进入雾霾阶段的指数攀升通常要快。这一现象说明什么呢？它向我们透露了自循环的一大秘密：系统自具超强净化功能。一场雾霾结束阶段，经常会有许多站点乃至全市平均指数一小时下降一二百点的情况，这就表明系统自净化功能具有远大于实际排放量的降解潜力。这实际上就在告诉我们，若能顺应和恢复好自然循环体系，雾霾问题本来可以不是大问题。 图31.北京空气质量平均指数与具体站点指数逐时对应图 7-2.从指数曲线再看自循环：自转机与自启动，自恢复与自回归 如果讲风与霾消的关系，我们发现至少有如下三种情况：①风到霾消，②风前霾消，③微风或无风霾消。 图31记录时段的气象条件都是无持续风向微风。在风力很小、作用微弱的情况下，霾聚霾消，指数的高高低低，可以比较清楚地看出微循环的工作效能和强弱程度。而距离不算远的各站点的逐时变化，显然更说明是小微循环为主导。各站点指数涨落起伏急剧，变化与差异很大，似乎显示自循环开关的频繁转换。 我们应该注意到，循环系统本身实际上就在经常不断的自启动、内启动，这一特性非常重要。空气质量水平无论处于什么点位，指数曲线若大致持平，即可视为自循环系统基本在运作，降解着与当下排放量相当的污染物；如果曲线呈现为比较明显的下降，则说明自循环系统在加速启动，自净化机制的降解能力超过了当下排放量。既然是一个完整的系统，那么就必然要运动要变化，必然自循环。在地下水持续下降和环境污染、生态破坏的大背景之下，系统内在的循环力不断弱化，逐渐失势、失能、失态、失衡，所以，系统时常会落入微循环停滞障碍，天地之气难以交易流通的反常态，表象即为雾霾逐渐聚集蔓延。但是，系统阻塞而停滞，只是相对暂时的非常态，系统本身又一定会自转机而启动循环，一定会不断自回归到相对正常的循环状态。哪怕勉强运转、哪怕循环通运度较低，系统内在也会不时冲破阻塞停滞状态，而一再自启动、自抬头、自沟通、自恢复——这就是自循环。 地气之盛衰主导循环系统通滞之性状； 天气之化变影响系统循环通滞之程 图32.2016年12月初的雾霾过程，大部分时间都是一级风，指数两个起落，这还是全市平均值，具体站点的曲线变化就更为剧烈。 自循环相对有内生型与外应型之分。内生型自循环主依地气，地气强而循环生，故相对持久而净化功能较强；因其稳定则一旦失能其复原也难。外应型自循环主依天气，天气行而循环动，故相对表浅而净化功能次之；因其活泛则容易激发也容易失却。外应型自循环对于污染物的降解与扩散之输移比，通常相对要大一些。 风力微弱而指数变幅较大，主要表明都是微循环即自净化的功能状态。图32中间的第一次下降期间，以实地感受来说，在几百米视程距离上，从比较浑浊到比较清朗的转变，实际上就发生在几分钟之间。由此也可以知道，真正转变的是天地气场，也就是大循环系统。这种系统的转换开关换挡，只在须臾之间。天地水气循环系统阻塞，微循环便停滞，如细胞休眠而失能；循环系统转而通泰，则微循环重新活跃，如细胞之激活唤醒。空气质量指数只是表象，天地水气循环系统的通与塞才是根本。 对循环系统越清楚，看雾霾也就越明白。 雾——地气发而滞为雾，雾欠天气； 霿——天气下而塞为霿，霿欠地气。 一次严重雾霾的彻底结束经常依靠冷空气的到来，从自循环来看，因天气行而至的新风系统，是自循环体系的新因素，新风激活微循环并带来生力军，自净化功能得以增强，所以污染物降解净化加快。——其实，这样说还是从现象上的解释。看图32的右端，从一级风加强到二级风时，指数已经降到了100以下。短时的三级至四级风，使指数降至20-30的较低水平。所以，与其说是风来而境转，不如说是场变而风行。因为说到底，是天地水气循环系统的通塞及程度，决定了空气质量；而风力之大小，只是外在表现之一。 四季转换规律形成循环系统的年度大周期。 春生夏长，生机旺盛，微循环活跃而稳定，所以二三季度的雾霾相对轻，发生率相对要低一些。尽管三季度平均风力最低，但因为内生型微循环功能较好，所以污染物降解率也比较高。如同森林中多静风，但水汽循环充分，空气质量一般都优于外界。 秋收冬藏，气机内敛，天地能走弱，微循环趋缓，因地下水下降而被削弱的系统便会更多地失能停滞，所以雾霾在一季度和四季度往往比较厉害，发作次数相对也多。这个季节多以冷空气活动为代表的外应型自循环为主，风停之后，通常雾霾很快卷土重来。空气质量指数曲线呈现为大起大落的锯齿形态。 7-3.现状有好有坏，未来可好可坏 华北地区现在还只是刚刚开始进入雾霾常态化境界，即属于恶性循环的初级阶段。相对以前，问题之严重前所未有；而相对以后，现在的情况也许不算特别糟糕。 说初级阶段有两层含义：一方面发展下去会进一步恶化；同时，因为刚刚进入恶性循环，只要认识准确、措施得力，相对来说比较容易扭转境界，比起病情更加严重的时候再抢救，应该说还可以事半功倍。 看图33，空气质量状况好坏分明：好起来是真好，左幅2016年10月23日下午，全国404个城市，一级优的达到307个，只有28个超过70，而100以上的8个站点，有7个是在西部，因为风沙所致；坏起来也真坏，右下幅2015年12月1日，京津冀地区指数超过500的站点达到半数。而好与坏的距离又是何等短暂，右上幅2014年11月30日整个北京的平均指数，先是两个小时内从五级严重污染就到了一级优，然后经过12小时即从一级优猛升至500以上。 这说明我们面临的状态是有好有坏，此好彼坏，未来则可好可坏，能好能坏，而最终是好是坏，就看我们现在的选择，我们到底要往哪个方向走。 如果循环系统继续恶化，可以预料： 第一，负效应倍增，加速度恶化。 既然自然循环系统为一体之存在，故净化机制失能，其影响不会仅限于空中的大气质量，对于水体和大地等诸多净化机制与功能，肯定也会产生重要影响，并逐渐有所显现。 在循环系统内在失能的境界中，损害最大的还是生命系统。关于雾霾污染使人罹患疾病，已经陆续有许多研究和报道。世界卫生组织2013年将“室外空气污染”列为一类致癌物。中国环境规划院研究报告，2004年～2010年，我国因空气污染导致的早死人数达到35万～50万人。在循环系统不断恶化的大环境中，诸多因果错综复杂，人类的各种隐性病患和莫名灾祸还会越来越多，所有人的生命质量和人均寿命都将受到严重损害。 第二，系统相互影响，剧烈震荡。 如果循环系统继续恶化，黄淮平原、东北平原、关中平原、长江中下游平原和长三角等偶尔发生雾霾的地区，也会逐步堕入京津冀地区这样的雾霾常态化境界。恶性循环地区不断扩大，失能区域越来越多，我国中东部地区的总体生态环境将更趋恶化。循环系统失能的程度越深、区域越广，内外净化机制的衰弱乃至丧失便越甚。 在恶性循环系统中的所谓平衡方式，就是大起大落。系统整体下行的具体表现，往往是反复在极端之间剧烈震荡。就像全球变暖，地球的年平均气温比正常值高了零点几摄氏度，从数值上说不过是热了一点点而已。但就是这一点点升温，就足以使整个地球遭逢发烧。发烧是忽冷忽热，痉挛抽疯。近年来世界各地频繁出现各种极端气候现象，就是因为全球的平均气温仅仅高了那么零点几度。如果整体循环系统持续恶化，各种闻所未闻的极端灾害将会接踵而至。 第三，难免遭遇未知的恶性突变。 问题就在于，有可以预料的，就必然有不可预料。比如2013年以来突发性的雾霾大范围蔓延和频发，事先就没有任何人曾预料到。预料都是根据已知进行的逻辑推演，而人类对于存在万有毕竟知之甚少，毕竟未知远远大于我们的已知。 雾霾常态化主要表现在大气方面，如果系统失衡蔓延演进至水体，水体的循环降解净化能力也突然失能，灾难就更其恐怖。我们现在一般所说的水污染，相当于普通型空气污染，而富营养化和赤潮等水污染事故，则类似于偶发性雾霾，为局部自循环失能。但如果是整个水环境循环系统的内在机制突然失能，其恶性影响和灾难程度将更甚于雾霾。 再假设，系统失衡病变发展到土壤，如果大地的养育承载和降解净化能力突然大部失能，会是什么结果呢？那将是植被死亡，作物绝收，家园毒化，所有生命都无法生存…… 有科学家指出，持续雾霾天气影响植物光合作用，可能威胁国家粮食安全。2013年6月小麦灌浆期间遭遇雾霾，连续一个星期没有太阳，在顺义的大面积小麦新品种高产试验受到影响，比上一年减产15%～20%。雾霾频发的地区，都是我国粮食主产区，如果整体循环系统持续恶化，发生突发性大幅度减产甚至绝收，后果不堪设想。 如同雾霾灾难之突然爆发一样，我们不知道下一个整体境界的恶性质变将会是什么。但如果循环系统继续恶化，肯定还会有更大更要命的灾难在前面伏击着我们。 7-4.可恢复与不可恢复 自然生态系统被强力破坏之后，存在着可恢复与不可恢复之两种可能：可以通过人为努力使之恢复，而人类停止干扰，亦可自然恢复。同时，还存在着另外一种可能：不可恢复。如果继续不可持续的盲目发展，如果循环系统整体持续恶化终至崩溃，其尽头便极可能是不可恢复的绝境。 茫茫塔克拉玛干沙漠中的尼雅等遗址，可以视为自然生态系统不可恢复的千古证明。1300年前玄奘取经路过时，记载泥壤城“在大泽中，泽地热湿，难以履涉，芦草荒茂，无复途径”。而今天那废墟即在瑟瑟诉说，当年那里发生的是一场生态灾难，地面植被突然全部死亡。没有了绿色植物，人类当然无法生存。那又是一场系统彻底崩溃的环境灾难，即使在人类逃离千年之后，那里的自然生态系统再也没有能够哪怕是稍微有所恢复。 极端荒漠化的沙漠戈壁地区也存在中下部区位的深层地下水，天空也有云带过境流行，但就是因为浅层地下水和深层地下水的上层基本枯竭，所以天气与地气的气水循环被断隔，地表和近地空间的水汽微循环非常微弱，降水极为稀少，植被和各种生命都难以生存，成为不毛之地和生命禁区。 长期大面积超采地下水，加之环境污染与生态破坏，实际上就是彻底断截地天气水循环与摧毁地气之举。大地没有了生机，最终只剩千里荒漠和荒漠千年。即使残存一些地表水，也是杯水车薪，无济于事。 如果循环系统继续恶化，下一个境界性整体逆转和骤然灾变，会是什么呢？ 难道会是天地气断绝、自循环寂灭的不可恢复的极端荒漠化吗？——我们不知道。 但是，尼雅等遗址所定格的巨大灾难之覆盖，当可视为对现代人类的终极示警。 7-5.可持续与不可持续 我们指出危机的前景，是为了避免危机加剧； 我们推演可能的灾难，是为了防止灾难成真。 2014年12月中央经济工作会议指出：我国环境承载能力已达到或接近上限。 1949年以来的60多年，中国的总人口“仅仅”增长了两倍多，而能源资源消耗却增长了上百倍至几千倍。 2015年,全国煤炭消费量为39.65亿吨,比1949年增长124倍。 全国总发电量5.618万亿千瓦时,比1949年增长1307倍。 石油消费5.43亿吨，对外依存度首破60%，比1949年增长4525倍。 2015年全国钢材实际产量总计约7.795亿吨，增长4872倍。（钢材产量总计约11.235亿吨，实际产量为不计因重复加工而重复统计的产量数据） 如此之发展成就当然非常可观，但这样的速度和强度，这样的量级规模和指数递增，可以说任何系统都难以承受。这无论用什么标准评价，只能说不可持续。 几十年来，我们是在中国历史上最为脆弱的生态环境资源基础上，强力持续着世界历史上能源资源消耗规模最大和强度最高的经济发展。 我们再看另外一种算法： 1949年至1998年50年的全国能源消耗总量为257亿吨标准煤，若以此为100，则1999年至2010年的12年间，总能耗即达102（262亿吨）；而2011年至2016年，已经高达240亿吨，到2017年6月，6年多就将消耗掉第三个100。 50年——12年——6年多…… 我们到底是为了什么？ 我们知道我们这是在做什么吗？ 位于亚洲大陆东部的这片神州国土，维系了中华民族的文明史，养育了世界上人口最多的民族。未来世世代代中华儿女，还要在这里繁衍生息。 这是我们祖祖辈辈共同的家。 这是我们子子孙孙唯一的家。 为了使支撑十几亿人的环境资源基础免遭无可挽回的破坏毁灭，为了给我们自己的余生和子孙后代留下最起码的生存发展余地，我们现在必须做出明确选择，我们今天必须做出某些牺牲。如果我们现在不明确选择未来，我们就得被迫忍受灾难的未来；如果我们今天拒绝做出部分牺牲，我们的明天和我们的后代就将付出更为沉重的牺牲。 严重雾霾灾难从正反两方面明确警示我们：环境承载力的极限，必定是经济增长的极限，更是中华民族生存基础的底线。 人类从工业革命开始的追求物质利益的文明模式，已经达到或接近其境界的尽头。现代人虽然有能力改变一切，却忽视了自我内在进化。而正是被人类改变了的环境，将促使人类自身必需脱胎换骨。人类是如此彻底地改变了自己的生存环境，这种改变已经彻底到了这种地步，即人类如果不彻底改变我们自己，不彻底改变我们的生活方式、观念价值和文化体系，人类就不可能在这种环境中继续生存下去。 中国的人口环境资源国情，决定了我们根本不能再走单纯追求经济发展的消费社会之路。 中国源远流长的传统精神资源，决定着我们最有可能创造一条以文化立国为核心的民族复兴之路。 近年来严重凸显的雾霾灾难，理当成为历史性重要转折，促使我们必需走通社会主义生态文明建设的崭新道路。 八、恢复自循环系统为根本之道 8-1.治理雾霾是一项长期的系统工程。1952年伦敦烟雾灾难带来严重后果，英国推出严厉措施控制污染，经过一二十年努力方见好转。美国加州则花费了35年时间，才将其恶名远扬的烟雾浓度降低了一半。以华北平原为代表的因大面积地下水漏斗区而导致循环系统失能的雾霾常态化，应该说是全球前所未见的复合型环境生态灾难。罹患疾病者，多为不明不白糊里糊涂；但要治病康复，必需知规律而合法度。因为观念之迷茫，我们陷入雾霾困境；要走出灾难化解危机，则要靠智慧思维穿透观念雾霾。我们都希望标本兼治，首先要真正知道本，准确把握本，才可能标本兼治。 雾霾常态化，是生态环境系统恶化的突出症状之一。同样，污染物排放也只是人类活动强度的许多指标之一。治理雾霾当然必须控制污染物排放，同时更在于恢复和重建相对正常的自循环体系和生态系统。比如对免疫系统功能严重障碍的患者，尽量减少和避免感染（类似减排），在当下确实很重要，但作为根本之计，还在如何恢复和提升自身免疫系统功能。毕竟自循环体系为立身之本，自净化功能无可替代。虽然在循环系统基本失能的境界中，污染物的多寡与症状指标的相关度很直接，但是病根并不在此。所以，最重要的还是系统本身内在的通泰度和循环力。 8-2.节能减排对于治理雾霾肯定非常必要。我们可以再从水气循环系统的角度看当年北京的“蓝天行动”。1998年至2012年，北京市以治理空气污染为目标，以减排为手段，实现了连续14年空气质量指标的逐年好转。要说效果，确实很有效。但是，到了2013年，一旦转落雾霾常态化的灾难境界，犹如遭遇黑洞，此前的努力似乎全部报销，所有的成绩犹如归零，整体空气质量状况反而更其糟糕。 为什么是这样？境界变了，标准皆变。此境之是，彼境之非；当时为益，长远为损；一点有效，整体无果。而错过时机，才是最大过错，亦之为无可挽回之失。在普通型空气污染的境界中，减排措施看起来很管用。但是，毕竟能源资源消耗总量过大，而且逐年递增，各种污染效应也在积累叠加，尤其是地下水位持续快速下降，致使自循环系数不断降低，微循环之自净化功能不断削弱。在这种局部有所改善、总体还在恶化的大境界之中，尽管蓝天日数每年都在增加，情况似乎越来越好，实际上却是在越来越逼近系统承受极限的临界点，最终无可避免地滑落到2012年冬至那一系统整体恶变之转折点。而境界一变，一切全变，再谈论对错，已经没有意义。如果说有意义，则是昨日之因，终成今日之果。而对于现在和未来，我们尤其应该意识到，今日之因，复为明日之果。我们今天正在承受雾霾灾难之苦果，为了明天，切莫再错因果，贻误时机。 8-3.我们指出，以水气循环为主的自然循环系统失能，是雾霾成灾的内在根源。所以要根治雾霾，必须在循环系统上下大功夫。这既是治霾之本，更是我们的存在之根。忘记根本，必然要出根本问题；不见根本，不可能真正解决问题。 包括水循环系统在内的自然生态系统，是我们的生存发展基础。即使退一万步讲，无论水循环系统与雾霾灾害是否有直接关系，解决好水的问题既是当务之急，也是千秋大计。 如果从整体看循环系统，看我们的整体生态环境，最需要和最重要的就是恢复自循环、调治自循环、补益自循环、助力自循环。 补益和恢复自然循环系统，可以分为地下、地表与空中三个方面： 【一·地下】严格限采乃至禁采地下水，尽量回灌地下水。 如果弄清楚地下水与雾霾的相关性，把这两者看做一回事而努力为之，对于治理雾霾是根本之计，同时也将是地下水危机的重要转机。 第一，华北漏斗区与雾霾重灾区的重合，可以证明相关性。 第二，2015年秋季的“阅兵蓝”同样是证明。 图36.“阅兵蓝”及其后优良天气的持续期 为保障大阅兵，8月20日至9月3日的半个月，北京连同周边六省市采取了最高级别的减排防控措施，期间只有一天为轻度污染，连续好天十分难得，被称为“阅兵蓝”。在9月4日恢复正常排放之后，总体良好天气依然持续了11天之久。这个现象更值得重视，它说明好天气主要是因为自循环功能的相对恢复。这段时间一直是微风，只有9月11日到12日之间有三四级风。期间降雨也不少，但不如七八月份。所以，空气质量好，主要还是因为地气有所恢复，致使小微循环活跃。 我们认为，地下水应是主导因素。根据北京市885个地下水位监测点数据，７月底至９月初，地下水平均埋深为26.55米，比６月底回升了15厘米，整体地下水储量增加了8000多万立方米。雨季降水较多，加上南水北调的因素，使得北京地下水水位16年来首次回升。2015年全年北京地下水还是下降趋势，只是降速稍缓，而在那段时间略为回升。地下水位稍稍回升，地气便得以喘息蓄积，循环系统功能就明显恢复，对大气污染物的降解化灭效能就有所强化。这一影响，明显延续到当年10月和11月，有四个时间段自循环表现良好。或许还影响到了转年1月和2月，甚至使冬季采暖期的2月与8月和9月一起，成为2016年空气质量最好的月份。 图37.北京2015年8月15日至2016年2月空气质量状况，值得注意的是图中几段标号处，为自循环延续相对较长的时段：①从八月中到九月中，连续30天没有“漂红”出现中度污染，期间包含了“阅兵蓝”；②段在九月十月之交；③在十月前半月；④为十月下半月；⑤在十一月下半月。虽然接下来11月底至来年一月初严重雾霾接踵而至，但⑥⑦⑧⑨的不俗表现，为近年冬季所鲜有。这些时段似乎预示着雾霾常态化几年来的某种内在的积极变化，不时出现自循环相对正常的态势能够延续比较长的时段，应是好兆头。 这再次证明，地下水是整个水气循环系统的深层根基。而只要根本处稍有变化，整个系统就会有明显表现。 就经济社会人口负载规模而言，华北已经是地球上水资源最为匮乏、水危机最为严峻的地区，理应实施最为严格的节约和保护水资源的律法和措施。在治霾减排的同时，更应在地下水方面真下功夫，最大限度地限制开采乃至禁采地下水，并尽量回灌补充地下水，治理地下水污染，彻底扭转地下水水位持续下降恶化的趋势，使水循环系统从根本上得以恢复和重建。 即使从功利的角度，在地下水修复上多做些努力，对于治理雾霾即可得事半功倍之效，各级政府设定的改善环境空气质量目标的实现，也至少多了几分可能和保证。若能够连续几年使地下水水位企稳并回升，水气循环系统功能便可适当恢复，甚至有可能开始从恶性循环初步回转至良性循环，那么有三到五年的时间，空气质量当会有境界性的明显好转。我们做出这样预判的依据，便来自于从“阅兵蓝”开始的直到2016年初北京空气质量所表现的“间歇性正常期”的显著增加。 【二·地表】以自然恢复力为主大力做好植被保护和恢复。 保护植被的意义，绿色植被在生态系统中的重要作用，已不言而喻。这里主要说自然恢复力，人类则顺其自然。如果能实行比较严格的封育，即使是在半荒漠化地区，植被也能够迅速自然恢复。中科院蒋高明博士曾在浑善达克沙地主持一实验项目，那里年降水量300—500毫米，4万亩封了二年，草高达1.4米，亩产鲜草5000斤，相当外面没有封育草场的百倍。仅仅两年生物多样性和草情就恢复到了20世纪五六十年代的水平。全国许多地区都有自然封育和工程治理使植被恢复的成功经验，再与治霾和生态建设一并考虑，则动力和效果都会更好。 图38.西北干旱区中几处降水达到400毫米的区域都与高山森林区重合 我国年降水量400毫米的分界线，呈东北—西南走向，大致与森林和草原荒漠分界线重合。对于这一自然生态地理现象，通常解释为400毫米以下的降水，不足以发育森林。而实际情况恰恰相反，是地面植被决定降水量，原因就在于雨出地气。总体来看，空中过境的云带基本是一样的，若没有地气接应，就难以形成有效降水。 请看图38西北干旱地区中几片降水特殊地区。一是从兰州以西，在青海湖与河西走廊之间，狭长的400毫米区域向西北孤军深入数百公里，而其两侧的柴达木荒漠和阿拉善沙漠，降水量则骤减至100毫米以下。再就是新疆中部，乌鲁木齐以西及其东，400毫米上下的区域东西向延展千余公里，宽度大部不足百公里，其两侧同样是荒漠极端干旱区。新疆最北端还有一处400毫米区。要说距离海洋遥远，著名的“亚洲大陆地理中心”就在乌鲁木齐近旁，那里是地球陆地上无论哪个方向都距离海洋最远的地点。而看地形，这几处分别是祁连山、天山和阿尔泰山，按照季风理论都是“夏季风难以逾越的屏障”。但我们只要对照一下森林分布图，问题立刻迎刃而解。这几处都是高山森林区，还包括贺兰山林区，降水也同样比周边明显增多。正是地面森林的存在，使这几处成为荒漠干旱区中的降水特区。 地面植被对于水气循环的各个层级都很重要。良好的植被不仅能够涵养水源，增加降水，保护土壤等，还与我们所强调的小微循环即净化功能密切相关，所以就能够直接改善小环境。哪怕是一片几百平米的林地，下面再有自然草丛，同样是雾霾天，置身其中就会感觉好许多。再看年度雾霾强弱变化，植被最茂盛的季节，雾霾相对为轻。季节和地域两方面都证明，植被良好，水汽微循环自然活跃，自净化功能就越强，降解大气污染物的效果也就越好。 植被是整个生态环境的重要基础，而在水气循环系统中，它还是连接地下与空中的重要环节。没有正常的植被，水气循环体系和自然生态系统都无从谈起。 【三·空中】在我国北方地区从西到东系统启动人工增雨工程。 水资源短缺已成为我国经济社会发展的瓶颈和短板。水资源问题已是我国北方环境资源诸问题中的关键因素和首要难题。未来我国水资源的供需形势更趋严峻，供需缺口将不断加大，而越往后开发难度越大，若在水资源开发利用方面没有大的突破，很难支撑国民经济的持续发展。而如果雾霾灾害也与水循环系统直接相关，则水资源的问题也就更为严重和紧迫。 历史上我国西北和北方地区并非一直像今天这样干旱少雨。许多科学家的研究结果都认为，主要还是人为因素使这一地区陷入了植被破坏——荒漠化扩展——干旱少雨的恶性循环。定量分析表明，在使我国荒漠化扩展的诸因素中，人为因素约占95%。仅看全新世以来的一万年中，这种恶性循环在两千年前后还限于个别地区，几百年前发展到一些地区，20世纪以来则加速蔓延至大部分地区。我们把这种恶性循环定义为：人类扰动导致的自然之变态。现代考古和环境地理学研究发现，在4000年至7000年前，我国北方的森林覆盖率超过50%，降水量则为目前的二至三倍。这本应是我国北方生态环境系统的自然之常态。 我们所设想的在我国北方地区从西到东系统启动人工降雨工程，做起来实际上比较简单，比起南水北调，尤其是比谈论的大西线调水的巨大工程，成本和代价都非常小，效果却应该更好。这一课题二十多年前王卜平先生先行探索，后来我们一起研究，十几年前曾在《中国环境报》《自然之友通讯》等报刊和网站发表过相关文章。 关于中国大陆主要是北方地区的水气循环系统、降水机制和规律等，可以这样简要概括几点： 第一、是地面植被决定降水量，而不是相反。新石器中期的植被盖度与降水量可以说明之，前面指出的西北地区几处高山森林区都是降水特区，也能证明这一点。 第二、我国北方地区的干旱和荒漠化，与青藏高原隆起阻挡印度洋暖湿气流基本无关。高原抬升的地质时间至少以十万年百万年计，与之相比，我国北方的沙漠则太过“年轻”。人类活动与植被破坏，才是荒漠化扩展的主因。 第三、我国大陆的主体降水过程，基本上都是自西向东展开，所以，降水主体来源不是东南方向太平洋水汽的输送，而是自西向东运动的云系及其蒸腾-降水循环。只有在台风期间，才有降水从沿海向内陆的有限推进。 第四、每年雨季开始于由西到东下垫面连续蒸发带的形成，之后在不断加速活跃的层级水气循环系统中，雨越下越多，并在七八月份（尤其是“七下八上”）达到峰值。与之相对的现象则为：水越蓄越少。这也就是工程拦蓄水越多气候越干旱的原因。即如同样数额的资金，一年周转一次与周转几次不可同日而语一样。 基于上述理念进行的系统启动人工降雨工程，目的不在直接增加多少降水量，而主要是整体调治和恢复水气循环系统，切入点即为辅助促进下垫面形成连续蒸发带。水汽循环系统激活之后，则主要以自然运行为主。具体地说，就是从我国西界帕米尔高原开始，从西到东接力进行人工降雨启动。对每三五天一次的从西部进入我国的云带，辅以适当人工之力，完成将其完整地沿有效降水高度运行，一直送入东部海空的连续过程。它的出发点和目的，旨在争取部分恢复我国北方地区历史上大部分时期曾有的水汽利用率与天然植被盖度和水循环机制。我国总的水汽利用率，湿润区为约16%，其余地区的水汽利用率为5%，具体到半干旱区和干旱区就更低。而按单位面积计算，相差则达8.8倍。两者的巨大级差说明了我国北方开发空中水资源潜力的巨大：北方水汽利用率若能提高一个百分点，就能增加水资源1090亿立方米。这种水汽利用率的计算，还只是以我国大陆的东西边界入出量为依据。如果从西到东形成连续降水，中小循环活跃度高，蒸发与凝结周转频度加快，则人类实际可利用的水资源量自然更多。 系统启动人工降雨工程，最根本的目的，应该说既不在增加水资源，也不在治理雾霾，而就是为了调治和补益水气自循环系统。当然，如果能够帮助促进水气循环系统相对正常，则增加水资源和消除雾霾又都是题中应有之意，而且这比具体直奔主题的作用和效果应该会更好。 保护和恢复地下水及地面植被，提高水汽利用率，此三者看起来都不是所谓直接治理雾霾的措施，其着眼点为水汽循环系统，意在整体之功和根本之效。作为整体生态环境的治本之道，肯定将会非常有益于自然循环系统。再者，这些措施从各方面讲，只会有益处而基本不会有副作用。如果我们再认识到这些做法与治理雾霾的相关性和一体性，在大力治理雾霾的同时，也就能够真正开始从根本上扭转我国生态环境“局部有所改善、整体还在恶化”的长期趋势，无论对当下还是未来，都将功德无量。 2016年12月16日三稿于北京 时北京启动空气重污染红色预警 |
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