 一、大气学雾霾相关概念 （一）什么是雾霾 1、雾霾，顾名思义是雾和霾。但是雾和霾的区别很大。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。有些地方和文献习惯将霾称为灰霾或烟霞。 2、雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。多出现于秋冬季节，是近地面层空气中水汽凝结（或凝华）的产物。 3、霾是空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊。将目标物的水平能见度在1000－10000米的这种现象称为轻雾或霭。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，因而雾看起来呈乳白色或青白色和灰色。 （二）雾和霾的区别 1、雾和霾相同之处都是视程障碍物。但雾与霾的形成原因和条件却有很大的差别。雾是浮游在空中的大量微小水滴或冰晶，形成条件要具备较高的水汽饱和因素。 2、出现雾时空气相对湿度常达100%或接近100%。雾有随着空气湿度的日变化而出现早晚较常见或加浓，白天相对减轻甚至消失的现象。出现雾时有效水平能见度小于1千米。当有效水平能见度1－10千米时称为轻雾。雾是指大气中因悬浮的水汽凝结，能见度低于1公里时的天气现象。 3、霾在发生时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和)。霾是由汽车尾气等污染物造成的。相对湿度介于80-90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的。 4、当水汽凝结加剧、空气湿度增大时，霾就会转化为雾。霾与雾的区别在于发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的。 （三）雾霾的成因是什么 1、这里所说的雾霾是大气学原来对雾霾的定义。 2、雾霾天气自古有之，刀耕火种和火山喷发等人类活动或自然现象都可能导致雾霾天气。不过在人类进入化石燃料时代后，雾霾天气才真正威胁到人类的生存环境和身体健康。急剧的工业化和城市化导致能源迅猛消耗、人口高度聚集、生态环境破坏，都为雾霾天气的形成埋下伏笔。 3、由于雾霾问题以前很少被人重视，同时大气运动规律的研究总是以抽象的宏观表述为主，目前可查的有关霾形成的理论基本归纳为：在水平方向静风现象增多、垂直方向上出现逆温及空气中悬浮颗粒物的增加三点，非业内人士很难理解，而雾霾污染方面的理论研究就更加乏善可陈了。 4、大气理论上分析霾的形成原因百姓很难懂，如果用通俗易懂的语言可以归纳为： 第一：雾霾的产生与决定于地形地貌，与东南暖湿气流的活动有直接的关系，与大气温度有直接关系； 第二：雾霾的强弱程度与高压气团的压力成正比，与高压气团的厚度成正比，与高压气团的空气密度成正比，与形成与污染物的数量成正比 （四）雾气团和霾气团 1、雾和霾都属于近地气团，和高空的云团不能混为一谈。其主要区别是水分含量，当气团水分达到90％以上的叫雾，水分含量低于80％的叫霾。 2、霾和雾气团的厚度不一样，雾的厚度只有几十米至200米，.霾则有1千米～3千米。 3、雾和霾的颜色不一样，雾的颜色是乳白色、青白色，霾则是黄色、橙灰色。 4、雾和霾气团的范围不一样，雾的边界很清晰，过了“雾区”可能就是晴空万里，但是霾则与周围环境边界不明显。 （五）雾霾能不能预测 雾霾是众多异常天气的一种，当然可以预测。并且随着科学技术的发展已经能够精确的预测。其预测方法和手段大概经历了四个阶段。其中： 1、经验预测阶段：17世纪以前人们通过观测天象、物象的变化，编成天气谚语，据以预测当地未来的天气。中国古代三国时期的诸葛亮在书中就有多次预测大雾的事例。 2、气象站单站预测阶段：17世纪以后，温度表和气压表等气象观测仪器相继出现，地面气象站陆续建立，这时主要根据单站气压、气温、风、云等要素的变化来预报天气。 3、天气图预报阶段：1851年，英国首先通过电报传送观测资料，绘制成地面天气图，并根据天气图制作天气预报。20世纪20年代开始，气团学说和极锋理论先后被应用在天气预报中。30年代，无线电探空仪的发明、高空天气图的出现、长波理论在天气预报上的广泛应用，使天气演变的分析，从二风向标维发展到了三维。40年代后期，天气雷达的运用，为降水以及台风、暴雨、强风暴等灾害性天气的预报，提供了有效的工具。 4、数值天气预报阶段：20世纪50年代以来，动力大气学原理、数学物理方法、统计学方法等，广泛应用于天气预报。用高速电子计算机求解简化了的大气流体力学和热力学方程组，可及时作出天气预报。尤其是60年代发射气象卫星以来，卫星的探测资料弥补了海洋、沙漠、极地和高原等地区气象资料不足的缺陷，使天气预报的水平显著提高。 大家可以通过2016年12月21日开始的京津冀雾霾天气预测了解到雾霾天气预测的准确性之高。因此，雾霾是可以准确预测的。 （六）雾霾对人类生活的影响 1、我们这里所说的雾霾，是不受人类活动影响的气象过程。 2、雾对人类生活的影响有损有益，对自然界生物链有着重要的意义。其中： ①雾对减轻作物干旱还是有一定好处的，秋冬季夜间有雾可以减缓地面温度下降，减免霜冻发生。另外，“高山出名茶”主要是因高山云雾多，气温变化和缓，使茶叶生长变慢，人们能够及时采摘，故叶嫩且色清味醇。当然，多云雾的湿润遮荫气候同时也有利于生长许多名贵的中草药材；许多自然云雾奇观还成为了独特的旅游资源。 ②雾对海洋养殖及农业生产带来诸多不利。如长时间海雾减少日照，降低海水透明度，易使海带等养殖品减产以至腐烂。小麦扬花、成熟期时如遇长时间海雾会造成锈病。由于海雾中凝结核多是盐粒，可使各种庄稼遭受咸害。所以许多国家沿海都种植防护林以过滤海雾，保护紧邻海洋的农田庄稼。 ③雾对陆上、空中交通影响十分严重。每年约有13%的航班不能正点开，其中天气原因约占54%，而雾和低能见度是其中最常见的天气原因。 3、霾对人类生活的影响基本都是负面的，但霾是大气运动的一个自然过程，轻微的霾一般持续时间不会太长，对人的身心健康危害也不大。 （七）我们能不能消灭雾霾 1、雾霾是一种正常的天气现象，它和台风一样虽然对人类存在一定的影响、但也有有利的一面，它是大气运动的所形成的，我们无法消除。雾霾作为一种自然气象，我们也根本没有办法把它消除。 2、作为自然现象的雾霾，在工业革命以前对人类基本没有什么严重危害。按雾霾的等级划分，雾的严重程度一点也不比现在小，国内外有许多“雾都”和“雾城”，江河湖泊每每都是云遮雾罩；霾一般都比较小，但北京历史上也有严重霾天气的记载。虽然严重的雾霾天气对人类生活有害，但我们也无法消灭这种自然现象产生的雾霾。 3、我们今天所指的雾霾现象与自然气象的雾霾所指不同。当大量人类活产生的污染物颗粒混杂在雾气中，这样的雾会产生严重的危害。当大量的人类活动产生的污染物尘埃混杂在霾气团中，这样的霾会对人类产生严重的危害。我们今天要消灭的是这样的雾霾。 4、为了区分自然气象产生的雾霾和人类活动产生的雾霾，我们应该对人类活动产生的雾霾冠以“雾霾污染”的称呼。我们只要消除了人类活动产生的污染源，就不会如此频繁发生现在这样的严重雾霾天气。因此，有必要提出“雾霾污染”这个新概念。 二、雾霾污染概念及雾霾污染分类 （一）雾霾污染概念及提出的必要性 1、雾霾是一种正常的天气现象，它和台风一样虽然对人类存在一定的影响、但也有有利的一面，它是大气运动的所形成的，我们无法消除。雾霾作为一种自然气象，我们也根本没有办法把它消除。 2、作为自然现象的雾霾，在工业革命以前对人类基本没有什么严重危害。按雾霾的等级划分，雾的严重程度一点也不比现在小，国内外有许多“雾都”和“雾城”，江河湖泊每每都是云遮雾罩；霾一般都比较小，但北京历史上也有严重霾天气的记载。虽然严重的雾霾天气对人类生活有害，但我们也无法消灭这种自然现象产生的雾霾。 3、我们今天所指的雾霾现象与自然气象的雾霾所指不同。当大量人类活产生的污染物颗粒混杂在雾气中，这样的雾会产生严重的危害。当大量的人类活动产生的污染物尘埃混杂在霾气团中，这样的霾会对人类产生严重的危害。我们今天要消灭的是这样的雾霾。 4、为了区分自然气象产生的雾霾和人类活动产生的雾霾，我们应该对人类活动产生的雾霾冠以“雾霾污染”的称呼。我们只要消除了人类活动产生的污染源，就不会如此频繁发生现在这样的严重雾霾天气。因此，有必要提出“雾霾污染”这个新概念。 （二）如何对雾霾污染进行分类 1、进行雾霾污染分类的必要性 根据北京市环保局2017年1月3日的通报，2016年北京空气质量持续改善，PM2.5年均浓度73微克/立方米，同比下降9.9%，北京空气质量达标天数198天，较2015年增加12天，重污染天有39天。这表明北京的大气质量已经有了较大的改善，但是2016年底和2017年初的两次严重的雾霾污染，让人们的信心大打折扣，对刚刚发布的大气质量数据也会心存疑虑。 为什么大气质量的改善没有有效的遏制雾霾污染的程度呢？根据笔者对雾霾和雾霾污染的研究成果，认为这是环保和气象等学术机构对雾霾的分类不清所致。混淆了不同雾霾污染的性质，给出的治理措施也不可能具有针对性，对雾霾污染治理的成果评价也不可能客观。因此，有必要对雾霾污染的类型进行分离。 2、雾霾污染概念的提出 笔者在前面提出将人类活动导致的雾霾现象或使雾霾现象加剧的现象称为“雾霾污染”。雾霾污染有别于正常气象概念的雾霾，其重要性在于我们可以找准雾霾污染的源头所在，有针对性提出治理雾霾污染的措施，正确评价我们治理雾霾污染工作的效果。 因此，本文所涉及的所有问题都基于治理雾霾污染问题，而对自然界正常的雾霾不做功夫。 3、气象和环保部门对雾霾的分级 根据现有的雾霾基础理论，气象部门和环保部门对雾霾的分级分别依据能见度和污染物含量进行，都是根据雾霾和雾霾污染的后果进行评价的。气象部门的分级标准把雾分为轻舞、雾、大雾、浓雾和强浓雾五级，把霾分为轻微霾、轻度霾、中度霾和重度霾四级。环保部门根据污染物含量将雾霾污染分为黄色、橙色和红色预警三个等级。具体的标准和指标相关网站都有，不做具体介绍。 4、雾霾污染的分类原则及类别 雾霾污染的分类是一个基础理论创新，是笔者根据已经完成的理论成果，以雾霾污染成因的不同对雾霾污染进行分类。 雾霾污染触发原因划分可分为雾霾天气触发、热岛效应触发和其他原因触发三大类。根据当前大气空气质量状况和雾霾污染实际发展状况，又可以对现有的雾霾污染天气进行细分。其中： ①由于雾霾天气触发的雾霾污染可分为两类：雾霾型雾污染和雾霾型霾污染。 ②由于热岛效应触发的雾霾污染可分为两类：热岛型光化学污染和热岛型固体颗粒污染。 ③其他原因不明的雾霾污染都纳入未知型雾霾污染。 上述内容属于基础理论创新成果，对认清雾霾污染的本质和解决方案极位重要。 （三）雾霾型雾污染 1、雾霾型雾污染概念 雾霾型雾污染是由大雾或浓雾触发，由空气中的有害物质含量严重超标导致空气质量恶化，危及人的生命安全的空气污染事件。 2、雾霾型雾污染触发条件 由于雾气团的范围和厚度较小，大雾或浓雾多发生在江河湖泊附近，发生雾霾型雾污染发生概率一般较低。其主要的触发条件包括： 第一：有持续时间较长的大雾或浓雾出现； 第二：雾气团内有大量污染物排放。 3、大气静稳天气的类型 发生雾霾型雾污染的大气静稳天气属于动态型静稳天气（根据大气雾霾理论分析，发生雾霾现象都与大气的静稳天气有关。笔者用流体力学和地球地质学理论对静稳天气进行分析。把大气静稳天气分为静态型静稳天气和动态型静稳天气两类）。 4、雾霾型雾污染易发区域和时间 雾霾型雾污染多发生在大雾和浓雾多发地，其他区域较少发生。发生的时间多为春季和秋季。 5、雾霾型雾污染的典型案例 雾霾型雾污染的最典型案例是英国伦敦50年代的毒雾事件，截止目前在我国还尚未发生。 （四）雾霾型霾污染 1、雾霾型霾污染概念 雾霾型霾污染是由中度或重度霾触发，由外源性污染物传入霾气团引起、并经霾气团内部污染物不断加剧的空气污染，导致空气中的有害物质含量严重超标导致空气质量恶化，危及人的生命安全的空气污染事件。 2、雾霾型霾污染发生的原因和发展过程 一般雾气团的范围和厚度很大，霾发生机会也较多，只是由于持续时间比较短，大家对此印象不深。2013年后我国持续发生雾霾型霾污染，主要原因是贴地层大气污染物含量剧增引起，由于大量的污染物进入霾气团，在适当含量水分作用下使霾气团的空气密度增大、能见到降低而加剧霾的程度，而霾气团内部污染物扩散不畅又加剧了霾的程度。这样反复不断恶性循环，是霾污染的范围和严重程度不断增大。这就是雾霾型霾污染发生的原因和发展过程。 3、雾霾型霾污染的触发条件 雾霾型霾污染多发生在大城市、高大山脉山脚下的地区或海岸附近，发生概率近年急速上升。其主要的触发条件包括： 第一：有持续时间较长的中度或重度霾出现； 第二：合适的地理位置； 第三：外界有大量的污染物持续输入； 第四：霾气团内部有大量污染物排放。 4、大气静稳天气的类型 发生雾霾型霾污染的大气静稳天气属于动态型静稳天气（根据大气雾霾理论分析，发生雾霾现象都与大气的静稳天气有关。笔者用流体力学和地球地质学理论对静稳天气进行分析。把大气静稳天气分为静态型静稳天气和动态型静稳天气两类）。 5、雾霾型霾污染易发区域和时间 雾霾型霾污染多发生范围很广，我国北方地区和南方地理条件适宜的地区都可能发生。发生的时间多为春季和秋季。 6、雾霾型霾污染的典型案例 雾霾型霾污染的最典型案例是北京2013年1月的雾污染事件，这类霾污染近几年我国有很多实际案例。 （五）热岛型光化学霾污染 1、热岛型光化学霾污染概念 热岛型光化学霾污染由城市热岛效应触发，由于热岛范围内空气置换速率较低，导致空气中有机污染物扩散困难，在阳光的作用分解出有毒物质，造成城市上空有害物质含量超标、危及人的生命安全的空气污染事件。 2、热岛型光化学霾污染发生的原因和发展过程 热岛型光化学霾污染一般发生在较大城市或重化工城市，由于城市总排热量巨大并且伴有大量汽车尾气或化工工艺废气排放，在强烈的热岛效应作用下，城市上空空气置换速率较低，有机气体在阳光照射下分解出有毒物质，造成城市上空有害物质含量超标并危及人的生命安全。这就是热岛型光化学霾污染发生的原因和发展过程。 3、热岛型光化学霾污染的触发条件 热岛型光化学霾污染一般发生在较大城市或重化工城市，在城市的汽车尾气污染物排放不受控制或大量的化工生产工艺废气排放的情况下可能发生。其主要的触发条件包括： 第一：有强烈的热岛效应发生； 第二：有机气体排放量超过大气承载能力。 4、大气静稳天气的类型 发生热岛型霾污染的大气静稳天气属于静态型静稳天气（根据大气雾霾理论分析，发生雾霾现象都与大气的静稳天气有关。笔者用流体力学和地球地质学理论对静稳天气进行分析。把大气静稳天气分为静态型静稳天气和动态型静稳天气两类）。 5、热岛型光化学霾污染易发区域和时间 热岛型光化学霾污染仅在发生在工业化初期发生过，目前仅有洛杉矶一个典型案例。其主要发生在干旱和强日照的干热地区的超级城市。发生的时间多为夏季高热季节。 6、热岛型光化学霾污染的典型案例 热岛型光化学霾污染的最典型案例是洛杉矶的光化学污染事件。 （六）热岛型固体颗粒霾污染 1、热岛型固体颗粒霾污染概念 热岛型固体颗粒霾污染由城市热岛效应触发，由于热岛范围内空气置换速率较低，导致空气中固体颗粒扩散困难，造成城市上空固体颗粒含量增加、大气能见度降低，我们把这种由热岛效应而引发的霾称为热岛型固体颗粒霾污染。 2、热岛型固体颗粒霾污染发生的原因和发展过程 热岛型固体颗粒霾污染一般发生在大城市或重工业城市，由于城市总排热量巨大并且伴有大量固体颗粒污染物排放，在强烈的热岛效应作用下，城市上空空气置换速率较低，导致空气中固体颗粒扩散困难，导致城市上空大气能见度降低进而导致霾污染。这就是热岛型固体颗粒霾污染发生的原因和发展过程。（热岛型固体颗粒霾污染的热力过程将在后面做专门论述） 3、热岛型光化学霾污染的触发条件 热岛型固体颗粒霾污染一般发生在大城市或重工业城市，其主要的触发条件包括： 第一：有强烈的热岛效应发生； 第二：城市有大量固体颗粒污染物排放。 4、大气静稳天气的类型 发生热岛型霾污染的大气静稳天气属于静态型静稳天气（根据大气雾霾理论分析，发生雾霾现象都与大气的静稳天气有关。笔者用流体力学和地球地质学理论对静稳天气进行分析。把大气静稳天气分为静态型静稳天气和动态型静稳天气两类）。 5、热岛型固体颗粒霾污染易发区域和时间 热岛型固体颗粒霾污染发生范围较广，截止目前我国许多超大城市都有发生，发生的时间为夏季高热季节。 6、热岛型固体颗粒霾污染的典型案例 热岛型光化学霾污染的最典型案例是北京2003年至2007年的霾天气，广州等大城市也有发生，只是霾的程度不同，气象部门做过很多专门研究。 （七）国外重要的雾霾污染事件 工业革命以来，由于雾霾造成的严重的空气污染事件很多，具有典型的代表性事件有6次。包括1930年比利时马斯河谷烟雾事件、40年代美国洛杉矶光化学烟雾事件、1948年美国多诺拉烟雾事件、1952年伦敦烟雾事件和日本四日市哮喘事件。其中： 1、1930年比利时马斯河谷烟雾事件 1930年12月1-15日，整个比利时大雾笼罩，气候反常。由于特殊的地理位置，马斯河谷上空出现了很强的逆温层。通常，气流上升越高，气温越低。但当气候反常时，低层空气温度就会比高层空气温度还低，发生“气温的逆转”现象，这种逆转的大气层叫做“逆转层”。逆转层会抑制烟雾的升腾，使大气中烟尘积存不散，在逆转层下积蓄起来，无法对流交换，造成大气污染现象。河谷工业区有上千人发生呼吸道疾病，症状表现为胸疼、咳嗽、流泪、咽痛、声嘶、恶心、呕吐、呼吸困难等。一个星期内就有60多人死亡，是同期正常死亡人数的十多倍。其中以心脏病、肺病患者死亡率最高。许多家畜也未能幸免于难，纷纷死去。 2、40年代美国洛杉矶光化学烟雾事件 美国西南海岸的洛杉矶，西面临海，三面环山。从上世纪40年代初开始，人们就发现这座城市一改以往的温柔，变得“疯狂”起来。每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化剂，使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛，在严重情况下，也会造成死亡事件。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产，材料和建筑物受腐蚀而损坏。这就是著名的洛杉矶光化学烟雾污染事件。 3、1948年美国多诺拉烟雾事件 多诺拉是美国宾夕法尼亚州的一个小镇，位于匹兹堡市南边30公里处。这个小镇坐落在一个马蹄形河湾内侧，两边高约120米的山丘把小镇夹在山谷中。1948年10月26-31日，持续的雾天使多诺拉镇看上去格外昏暗。气候潮湿寒冷，天空阴云密布，一丝风都没有，空气失去了上下的垂直移动，出现逆温现象。空气中散发着刺鼻的二氧化硫气味，令人作呕。空气能见度极低，除了烟囱之外，工厂都消失在烟雾中。随之而来的是全城14000人中有6000人突然发病，症状为眼病、咽喉痛、流鼻涕、咳嗽、头痛、胸闷、呕吐等，其中有20人很快死亡。死者年龄多在65岁以上，大都原来就患有心脏病或呼吸系统疾病。 4、1952年伦敦烟雾事件 1952年12月5-8日，一场灾难降临了英国伦敦。地处泰晤士河河谷地带的伦敦城市上空处于高压中心，一连几日无风，风速表读数为零。大雾笼罩着伦敦城，又值城市冬季大量燃煤，排放的煤烟粉尘在无风状态下蓄积不散，烟和湿气积聚在大气层中，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫，能见度极低。由于大气中的污染物不断积蓄，不能扩散，许多人都感到呼吸困难，眼睛刺痛，流泪不止。伦敦医院由于呼吸道疾病患者剧增而一时爆满，数以千计的居民感到了胸闷窒息，并伴有咳嗽、喉痛、心慌、呕吐等症状。仅仅4天时间，死亡人数就达4000多人。 5、日本四日市哮喘事件 日本东部海岸伊势湾的一角有个四日市，由于四日市近海临河，交通方便，又是京滨工业区的大门，到1958年以后，成了日本石油工业四分之一的重要临海工业区。1961年全市工厂粉尘、二氧化硫年排放量达13万吨。大气中二氧化硫浓度超出标准5—6倍。在四日市上空500米厚度的烟雾中飘着多种有毒气体和有毒铝、锰、钴等重金属粉尘。重金属微粒与二氧化硫形成硫酸烟雾，使得市民哮喘病发作，1964年，连续三天烟雾不散，气喘病患者开始死亡。1972年全市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人。 |
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