《科学家》杂志： 2013年中国雾霾高发的气象原因初探

华盛顿人

[color=rgb(153, 153, 153) !important]2014-3-17 19:20

杨学祥，杨冬红

美国《福布斯》杂志网站2013年12月25日报道盘点了2013年全球各地在气候和能源领域的五大话题事件，中国雾霾排第一。2013 年1月以来全国平均雾霾日数为4.7天，较常年同期(2.4天)偏多2.3天，为1961年以来最多。今年黑龙江、辽宁、河北、山东、山西、河南、安徽、湖南、湖北、浙江、江苏、重庆、天津十三省市，雾霾日数均为历史同期之最。辽宁雾霾天数已经破了历史纪录。2013年雾霾高发的原因是什么？偶然还是必然？

雾霾天气的出现主要受两个条件的影响：一是大气颗粒物浓度，二是气象条件。

大气污染是雾霾发生的元凶，这是人们的共识，这里就不多讨论了。本文主要讨论雾霾发生的气象条件规律性，以便有效的预测和预防。

一、雾霾发生的半年周期和年周期

最近的研究表明，雾霾的发生有明显的季节性特征：每年11月至次年1月的潮汐组合类型有利于雾霾的形成，每年2月-4月的潮汐组合类型不利于雾霾发生；每年5-7月潮汐组合类型有利于雾霾发生，每年8-10月潮汐组合类型不利于雾霾发生，潮汐组合类型转化的周期为6个月。这个半年周期是固定的，每年都是这样。与雾霾季节性相叠加，雾霾频发期是每年的1月和12月。

吴兑等人根据1951-2005年中国大陆霾的时空分布特征得出同样的结论：就中国大陆而言，12和1月霾天气日数明显偏多，2个月霾日数的总和达到了全年的30%；9月霾天气日数最少，约占全年的5%。这一研究结果与潮汐类型的划分完全一致。2013年的中国雾霾首发在1月，并于12月进入高潮。预计2014年1月会仍保持高发态势。相关的检验数据发表在科学网上。

二、潮汐南北震荡的18.6年周期

美国科学家相信，即使没有温室效应, 地球自己的卫星月球也会使地球的温度上升。月球通过影响地球上的潮汐使地球的温度上升，是地球的恒温器。当日、地、月排成一线且相互距离最小时，日月引潮力相互加强而变为最大，地球海洋潮汐规模也最大，这时就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。当日、地连成的直线与月、地连成的直线相互垂直时，太阳潮汐减弱月球潮汐，使地球海洋潮汐变小，这时海洋深处的冷水很难被带到海面，世界就变得暖和。当月亮在南（北）纬28.6度（月亮赤纬角最大值）时，高潮区在12小时后从南（北）纬28.6度向北（南）纬28.6度震荡一次，大气和海洋的南北震荡将产生巨大的能量交换并搅动深海冷水上翻到海洋表面降低气温。这是以18.6年为周期的潮汐南北震荡作用比其他周期的潮汐震荡作用更显著的原因。太阳在南北回归线时也会产生潮汐南北震荡运动。

根据世界气象组织的统计数据，1998年是最热的年份，全球平均地表温度比1961年至1990年的平均温度14℃高0.54℃。2005年地表温度比这30年的平均值高出0.48℃，名列第二位 。全球最热年的排序：1998、2005、2002、2003、2004，2006年。由此可见，自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，难以恢复到1998年的水平。1998年是最热的年份，1995-1997年月亮赤纬角最小值产生的弱潮汐南北震荡是原因之一；自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，2005-2007年月亮赤纬角最大值产生的强潮汐南北震荡是原因之一。

中国气象局的数据显示，2013年12月初的雾霾波及25个省份，100多个大中型城市，安徽、湖南、湖北、浙江、江苏等13地雾霾天数均创下历史纪录。权威数据显示，今年以来，全国平均雾霾日数为29.9天，较常年同期偏多10.3天，达到52年来的峰值。2014-2016年月亮赤纬角最小值导致2013年雾霾高发，并将在今后三年持续高发。52年前，1959-1960年月亮赤纬角最小值导致前一周期的雾霾高发。

三、准60年“太平洋十年涛动”周期

“拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文·黑尔于1996年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（英文缩写为PDO）。“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于1890年至1924年，而1925年至1946年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于1947年至1976年，1977年至1999年为“暖位相”。第三周期的“冷位相”为2000－2035年之间。

在1947-1976年拉马德雷冷位相时期，西方工业化国家雾霾事件频繁发生：

1946、1948年在美国洛杉矶两次发生光化学烟雾事件；

1948年10月26-31日,在美国宾夕法尼亚州多诺拉镇发生因烟污染而导致43％的人受二氧化硫的刺激性气味而病倒, 17人死亡事件；

1952年12月5-8日, 伦敦烟雾事件,造成4000人死亡,8000多人得病；

1955年8-9月, 又在洛杉矶发生光化学烟雾事件, 造成400老人死亡, 在该地的250万辆汽车,日排1000多吨碳氢化合物石油烃废气、一氧化碳和氧化氮,铅烟进入大气与空气中其他化学成份反应产生浅蓝色烟雾, 由于地势使之长期滞留造成污染；

1970年7月8日, 在日本东京也发生光化学烟雾和二氧化硫废气使万人受害事件。

2013年中国雾霾事件频发也是在2000-2030年拉马德雷冷位相时期，显示了雾霾发生的拉马德雷周期性，也表明雾霾高发时间的长期性。在2030-2060年拉马德雷暖位相时期，雾霾事件将进入相对平静时期。

四、风速减弱是雾霾频发的重要原因。

一项研究表明，北半球最近30年风速减慢。法国和英国研究人员分析了欧洲、亚洲、北美的822个气象观测点的风速记录，结果显示，从1979年到2008年，大部分地方的风速都有所下降，风速下降幅度介于5%到15%之间。风速下降可能有多种原因，比如气候变化可能影响了气流的传统活动模式，导致风速下降。一些地方的森林植被恢复和增长使得地球表面更为“粗糙”，也会起到降低风速的效果。

澳大利亚Tim McVicar博士研究小组发现近30年来澳大利亚平均风速以每年0.009米每秒的速度递减，该递减的现象遍布88%的国土范围。不只是大洋洲，已有的文献表明，包括亚洲、欧洲和北美州在内的中纬度的世界，好像真的都正在变得风平浪静了。中国科学院地理科学与资源研究所莫兴国研究员的研究小组也发现华北平原风速在过去50多年有明显的下降趋势。

我们在2010年指出，北半球最近30年风速减慢的研究提出如下两个重要课题：其一，风速减慢是否与人为因素有关？其二，利用风能是否存在负面效应。

事实上，大陆集中在北半球，比森林高得多的城市高层建筑密布在沿海地区，阻挡陆海之间的季风循环，是北半球最近30年风速减慢的人为原因。密布在大陆内部的高架桥、高速公路、高速铁路如蜘蛛网，也是减慢内陆风速的重要原因。风力发电机利用风能发电，更是风速减慢的重要人为因素，这表明，天下没有免费的午餐，风能利用也要付出相应的代价。

由温差产生的大气环流是信风和季风形成的主要原因，其结果是均衡赤道和两级、大陆和海洋之间的温差，营造全球正常均衡的气候变化。人为降低风速，阻碍大气环流的正常运作，可造成热带地区更热、寒带地区更冷的极端气候频发，是严重气象灾害发生的根本原因。近年来频繁发生的城市内涝与城市减慢风速、云层阻挡在城市上空有关。由于城市减慢风速和改变风的方向，大城市的无序扩张将导致周围农村大气环流的改变和洪涝灾害的频繁发生，这些问题需要认真深入地研究和解决。

最典型的例子是"三北防护林"工程。三北防护林是防治沙尘暴的成果，也是2013年中国雾霾高峰的生成原因。近年来北京的沙尘暴确实减少了，但是，北京的雾霾也确实在突飞猛进：一种灾害的防治意味着另一种灾害的增强。灾害防治不能头痛医头脚痛医脚，应该综合防治，合理布局。

转载自《科学家》杂志2014年第三期90-91页