雾霾的形成原因和真相是什么?

目前中国大部分地区出现和遭受的雾霾天气的原因究竟是什么?为什么去年北京突然雾霾特别严重,而今年到目前为止北京却几乎天天蓝天而其他原来山青水秀的地区各种…
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中国大气污染高发地区统计(2017)

作者:Justin Su

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知乎专栏

来源:知乎

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又到一年雾霾季。霾天气的成因比较复杂,大体上有以下几个原因:

  1. 地形限制。由于霾总是向低处沉降,盆地、山谷、低海拔平原、向风/背风的山脚下往往最容易堆积颗粒物。下面列举的全国主要霾区,几乎都和地形有关。
  2. 天气。除了无风静稳的天气,逆温层的形成也不利于霾的扩散。一般而言,由于太阳辐射,越靠近地表气温越高,热空气会向上对流,从而加快空气流动。而在某些情况,比如清晨、下雪后、大雾天气,地表温度往往比高空要低,冷气在下热气在上,大气处于稳定状态,这就是逆温层的成因。
  3. 人类活动造成的污染。高能耗产业、居民冬季燃煤、汽车尾气、麦秆焚烧及其他来源,大致占空气中细颗粒物3:3:2:2的比例。







(1)辽吉黑霾区。

覆盖范围:东三省境内的辽河平原、松嫩平原和三江平原。

主要城市:沈阳、长春、吉林、哈尔滨、齐齐哈尔、大庆、牡丹江。

污染源:重工业、烹饪及冬季采暖、汽车尾气。

地形限制:低海拔平原,两侧为大兴安岭、小兴安岭和长白山系,扩散能力稍差。

污染指数:8 / 10


东北是传统的重工业基地,异常寒冷的冬天,燃煤是污染物的大头。近几年的经济萎缩,工业生产活动大为减少,污染虽仍很严重,但相比华北平原已经好很多。东北霾区还会跨境影响俄罗斯远东地区、朝鲜、日本北海道地区。

下图是NASA Terra于2016年12月20日拍摄的画面显示,由于冷空气过境,东三省的污染物跨过俄罗斯远东地区,灰霾覆盖了日本海大部分的洋面,其先头已经抵达津轻海峡。

当天日本北部多地出现轻微污染(图片来自在意天气)。


(2)北京 - 石家庄 - 郑州霾区。

覆盖范围:华北平原,以北京 - 石家庄 - 郑州一线为源头向东南扩展。包括北京中南部、河北东南部、天津市、河南省、山东省北部。

主要城市:北京、天津、唐山、保定、石家庄、邢台、邯郸、衡水、郑州、洛阳、驻马店、济南、德州、东营。

污染源:钢铁等重工业、汽车尾气、麦秆焚烧、烹饪及冬季采暖、扬尘。

地形限制:低海拔平原;燕山 - 太行山山脚堆积。


污染指数:10 / 10


我国霾区中的BOSS,污染输送的主力。这一霾区也成了全国出镜率最高的地区,“北京人民等风来”的经典笑话历久弥新。

河北保定、石家庄、邯郸地处太行山脉东侧山脚下,颗粒物容易堆积,尤其是起东南风的时候。从蒙古高原而来的冷空气不容易吹到这里。帝都、唐山同样背靠山脉。北京地区工业排污标准较高,落后产能基本淘汰完毕,污染主力是汽车尾气,但架不住周边污染的扩散,该爆表还是会爆表,因此会有“京津冀协同发展”这一概念。

如何破解,唯有冷空气。祖宗们唯恐避之不及的塞外恶劣气候,如今成了最宝贵的资源。接下来是北霾南送的惨剧,长江中下游平原自身空气也不怎么地,这么一叠加,雪上加霜,直接奔重度污染,甚至常年空气优良的舟山群岛,也难逃“有毒害”的梦魇。

下图来自日本向日葵8号气象卫星,于2016年12月31日午后拍摄的画面。可以看到在这场跨年巨霾中,整个华北平原的霾区,已经和南方的霾区连成一片。


另一张图来自NASA的Suomi NPP于2016年12月18日拍摄的画面。华北平原全部被灰霾笼罩。图中内蒙古、陕西黄土高原,空气清新,显示出了本来的沙土黄色。由于霾会向低处沉降,在山西、河北西部、河北北部、北京西北部的山区,山顶清晰可见(深色),但山谷已被灰霾浸润。山东全省也仅有泰山、沂蒙山和海边稍好。同时,颗粒物浓度已经超越了海洋的自净能力,整个渤海上空全部被灰霾笼罩。(渤海西北部“不那么白”的云,其实是浓雾,高度是低于霾的)




(3)太原 - 运城 - 西安霾区。

覆盖范围:山西汾河平原,陕西渭河平原(关中平原)。

主要城市:忻州、太原、晋中、临汾、运城、渭南、西安、咸阳、宝鸡。

污染源:钢铁、煤炭等化工重工业、汽车尾气、烹饪及冬季采暖。

地形限制:山谷;秦岭山脚堆积。

污染指数:10 / 10

汾河平原 - 渭河平原(关中平原)两侧的山脉阻挡了雾霾的扩散。如下图那一新月形的,夹在山里的狭长污染带,曾经是BOSS级霾区,如今已让位于华北平原。当年太原、大同、临汾是全球污染倒数的三个城市。

产煤大省、焦炭产业...就不多说了。西安所在的关中平原,冷空气光顾次数较少。如果北京人民还能盼望北风,那么西安人民只能靠人肉净化。



(4)四川盆地霾区。

覆盖范围:四川盆地,及其输送区域。包括四川东部、贵州北部、重庆西部。

主要城市:成都、重庆、绵阳、乐山、雅安、南充、宜宾、自贡、毕节、遵义

污染源:汽车尾气、化工业、烹饪。

地形限制:盆地。

污染指数:9 / 10

重庆依靠处在山里的优势,污染稍微轻一点,地处青藏高原脚下的成都,就没有那么幸运了。不过客观地讲,[-哔-]州[-哔-]化所造成的污染,并不是整个盆地的主力。盆地内几乎没有风,污染物一旦堆积就难以消散。

2016年12月,四川盆地几乎每天都像上图中这样被云层覆盖,但掩盖不住周边“溢出”的灰霾。要寻找一张成都晴朗时的卫星影像,还是很不容易的。下图拍摄于2017年1月5日,云层掀开一角,下方果然是浓重的灰色,在成都应该能看到像月亮一样的太阳。西边的棕色的青藏高原和其中的雪山则非常清晰。

四川盆地是全封闭地形,周围山脉和其他霾区相比要高的多,因此是灰霾最不容易扩散的地区。事实上这里平时是没有风的,而且不适合发展工业,甚至不适合放任私家车保有量的增长。不过成都紧邻青藏高原,只要开车往西走几十公里,就能看到纯净的高原蓝。这一点北京也类似。





(5)环塔里木盆地污染区。

覆盖范围:塔里木盆地(新疆南部)

主要城市:库尔勒、阿克苏、喀什、和田及东部的且末县、若羌县。

污染源:沙尘暴、烹饪及冬季采暖。

地形限制:盆地。青藏高原、帕米尔高原和天山山脉包围的低海拔沙漠戈壁。

污染指数:6 / 10

没错,是新疆。大多数人想象中新疆的美丽雪山、草原、湖泊,是北疆地区的克拉玛依、阿勒泰、吐鲁番等地。而南疆完全是另一码事。接近海平面的海拔,周边是5000米以上的高原、山脉形成的完美屏障。中间是干燥的沙漠和戈壁滩无人区。

南疆空气污染成分和内地有很大的不同 。上图来自NASA suomi卫星于2016年3月9日拍摄的图像,并不是之前看到的灰色,而是“黄色的烟” - 沙尘暴,可以看到整个盆地内部被沙尘全覆盖。沙尘污染是南疆空气污染的主力。行业内对空气质量的衡量,沙尘是重要的统计指标,沙尘暴也是PM 10的污染主力,对PM 2.5的贡献也相当明显,每年因沙尘暴而频频爆表的事情简直太平常了。如果你天真地认为内蒙古的沙尘暴已经非常严重了,那只是因为你没有来过南疆。

由于工业稀少,来自人类的污染反倒是屈居第二,且范围小,只分布在城区,并具有明显的潮汐效应 - 污染集中于早晨、中午和傍晚三个时间段(同样的例子可以参照西藏那曲地区)。即使没有沙尘暴,上述时段内爆表也是很平常的。另外由于这里非常不容易扩散的地理条件,污染物也会长时间在盆地内徘徊、累积。






(6)长三角污染区。


覆盖范围:江苏、安徽北部、浙江北部、上海市。

主要城市:上海、南京、杭州、合肥、蚌埠、徐州、扬州、淮安、盐城、南通、无锡、苏州、湖州、绍兴。

污染源:重工业、汽车尾气、上游颗粒物输送。

地形限制:低海拔平原;华南山区(大别山 - 九华山 - 黄山 - 天目山 - 会稽山 - 天台山)山脚污染物堆积。

污染指数:7 / 10


北霾南送:下图拍摄于2016年12月8日。来自蒙古高原的冷空气抵达北京、天津,黄褐色的地表立刻显露了出来。整个霾区开始向南推进。而长江中下游一带在东南风的帮助下达到了优秀。

12月9日,冷空气势力强大,霾区持续向南推进,长江中下游空气普遍转差。浓郁的灰霾被压缩到华南山区脚下。




(7)江汉平原霾区。


覆盖范围:江汉平原全域,及周边岭谷。包括湖北东部、湖南北部。

主要城市:武汉城市群、长沙城市群、岳阳、荆州、宜昌、益阳、随州。


污染源:重工业、汽车尾气、烹饪、上游颗粒物输送。

地形限制:低海拔平原;准盆地地形

污染指数:9 / 10


下图拍摄于2016年12月30日。这场跨年巨霾中,江汉平原霾区已经和华北华东连成一片。




(8)珠三角污染区。

覆盖范围:广东省珠江三角洲

主要城市:广州、清远、肇庆、佛山、东莞

污染源:汽车尾气、化工业、烹饪

地形限制:低海拔冲积平原;南岭谷地。

污染指数:4 / 10


南岭有效地阻挡了长江地区的灰霾输送,但也是珠三角相对封闭的地形,有利于本地污染物堆积,沿海空气较好。珠三角城市群带来的污染也较严重,但和全国其他霾区相比,算是最好的。





(9)湘桂黔次生污染带。

覆盖范围:湖南南部、广西北部、贵州东部

主要城市:贵阳、衡阳、永州、桂林、柳州、来宾、南宁、百色、河池、崇左

污染源:上游颗粒物输送、汽车尾气

地形限制:山谷;较低的山系;云贵高原东部低地。

污染指数:6 / 10

由于经济欠发达,本地工业并不会产生多少污染,但这一区域长期受到来自四川盆地、江汉平原重霾区的侵扰。上述重霾区的霾天气发展到一定程度,就会向南“溢出”,一路沿着山谷低地前进。云贵高原在贵州省的部分海拔较低,霾可以轻易翻过,此时贵阳、南宁都会受到影响。湖南南部以低地丘陵为主,北风一来必然被湖北的霾“深度浸润”,甚至会影响到广州。

下图拍摄于2016年12月7日,四川盆地高空的颗粒物向南扩散,整个贵州及广西北部全部被覆盖。云南由于境内海拔较高,并未受到影响。

12月8日,北风将江汉平原的霾推进到了湖南南部和广西。

12月10日,西南风到来,湘桂黔雾霾消散。同时北方的冷空气也将灰霾向南推送,经过压缩,形成长江地区浓郁醇厚的“痰”....











除了上述大面积霾区外,在偏远地区也分布着若干霾易发区域,但范围很小,一般只局限在城市市区。

(1)呼和浩特。和包头、巴彦淖尔(河套)同在阴山山脉南侧脚下,风吹草低见雾霾,但并没有连成一片。冬季采暖、工业污染是主要来源。

(2)包头。

(3)河套地区。

(4)乌鲁木齐。乌鲁木齐 - 吐鲁番地区夹在天山山脉中。冬季灰霾高发。

(5)银川。依然是典型的地形限制。贺兰山东部山脚下,是低海拔的黄河冲积平原 - 宁夏平原。而周边都是高原,非常易于灰霾堆积。如果你开车沿银巴高速(银川 - 巴彦浩特)走一趟,翻越贺兰山,能明显感受到巴彦浩特蓝和银川灰的区别。宁夏北部的乌海污染程度不相上下,但地势平坦,空气质量明显好于银川。

(6)兰州。山谷地形,扬尘污染为主的城市。冬天燃煤粉尘占据主流。兰州为了除尘真是拼了,洒水车全天候开动。

(7)西宁。同兰州一样处于山谷中,但海拔(2200米)要比兰州(1500米)高很多,是进入青藏高原前最后一站,因此污染物稍微少一点。





周末避霾指南:

如果你在北京,往西走、往北走、往高处走,八高(G6,京藏高速 )是逃离雾霾的天路。京北和京西山脉众多,怀柔、密云、延庆也有不少海拔1000米以上的山峰,更远的张家口、丰宁坝上、克什克腾旗是最理想的选择。注意有些谷地平原也要避开,虽然这里海拔高(比如翻越八达岭后的康庄 - 怀来 - 宣化一线,空气并没有预想的良好)

如果你在上海,往南走,深入浙江的山区,去海洋深处的舟山群岛。浙江山区有很多宽阔的谷地平原,北边的灰霾非常容易渗入(比如衢州 - 金华 - 新安江 - 富春江沿线),要注意避开。尽量选择靠山的东南沿海。如果去舟山群岛,要注意风向 - 避开刮西北风的日子。北京驱霾靠冷空气,上海驱霾靠的是台风。台风登陆前一周,长三角一带盛行东南风,AQI指数常常在个位数。

如果你在成都,往西走,过了都江堰进山爬坡开始,空气就有明显的好转。继续前行,首先登上霾端,然后冲出云端,阳光、蓝天和白云就在眼前。是的,你已进入青藏高原。推荐S303,G317.


如果你在兰州、西宁,同样往西走,去往青海湖。内地霾区和高原的分界线同样很明显。到达湟源县,南线G109翻越日月山垭口,北线G315越过东大滩水库,便彻底摆脱霾的困扰。