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没有大风,雾霾就地消失!它去哪儿了?来看看雾霾认知的新观念

2016年12月16日至22日,华北及周边地区遭遇入秋以来最严重的雾霾覆盖。27个城市启动红色预警,企业停产限产、工地停工、机动车限行。环保部遥感监测数据显示,灰霾最大面积达188万平方公里,全国空气质量日均值达到重度及以上污染的城市共有90个。


22日清晨,北京率先脱霾。终于摆脱了漫长的噩梦,人们长吁一口气,并开始以异样的眼光审视雾霾。


“感觉从地狱又回到人间。阳光如此明媚而温暖。那些霾去了哪里?没有听见强烈的风,早晨户外的空气清新,用表测量,指数不超过15。它们去哪里了?什么使得昨天夜里指数400多的霾忽然不见了?昨天晚上,冬至时分,办公室里即使两台空气净化器连续工作,指数依然徘徊在150。但今天早晨没有开机,办公室内的指数已经在10以下了。”一位朋友在微信朋友圈晒图并这样写道。


另一位朋友随即留言:“霾去了哪儿?这是今天早上几乎所有人问的第一句话!”

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“霾去哪儿了?”这一问,实际上代表了雾霾认知的新观念。


因为在以前,人们一直认为是风吹霾散,灰霾理所当然是被风给吹走了。所以,碰到雾霾就只有盼着风来,雾霾终于过去了又觉得是老天刮风之赐。但就是从这次严重雾霾开始,人们的眼光终于有所变化。因为只要稍微留心观察便不难发现,有时候没怎么刮风,雾霾居然也消散了。比如这次弥漫了五六天的严重雾霾的突然结束。


这次北京市平均指数从六级严重污染下降到一级优,经历了6个小时。而许多站点则在一两个小时内下降幅度高达400。并且,这还是在风力不大的情况下达成的指数骤降。

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图2为北京市石景山区古城站点20日11时至22日10时逐时空气质量指数,下方为与之对应的逐时风力风向。


该站22日23时指数为462,0时指数427,1时则骤降至36,2时为18。而23时和0时皆为北西北风1级,1时为西北风2级,2时为西北风3级。也就是说,是指数迅速下降在先,而风力稍微加大在后。从二级转三级风时,指数本身已经很低了。


既然风力不大,那就意味着大气中悬浮颗粒物的扩散度与传输比都很低;而在同时,监测指数又大幅度下降。于是,“那些霾到底去了哪里?”也就成为一个问题。

 

•霾哪儿也没去


近年来,我国中东部地区大范围严重雾霾频发,尤其以华北平原为重灾区。对于治理雾霾,从上到下不可谓不重视,应该说各种可能的办法都已经基本用尽,可效果还是不如人意。为什么会这样呢?难道问题出在我们对雾霾的认识?


说到严重雾霾,历来都这样解释:污染物排放量大是根本原因,不利于扩散的气象条件是直接原因。按照这种气象扩散的模式,一场雾霾的结束,也就意味着本地的灰霾都被风吹到了外地。


那么,在雾霾扩散的过程中,下风方向的霾必然会增加。而本地下降得越快,下风地则应该增加得越多。所以,如果问霾去了哪里,那当然是被风吹往了下游。——这样简单而明白的事实,难道还会有什么疑问吗?


但实际情况如何呢?我们就来看一下北京这次严重雾霾结束过程各站点的实时指数图示。下面四幅截图,每幅间隔为两小时。

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第一幅为21日23时,西北角八达岭站点率先达优(指数35)。第二幅22日1时,西北的定陵(19),西部的门头沟(20)和古城(36)相继至优,植物园(139)和昌平(328)也开始明显下降。北京市本轮雾霾结束过程基本是由西北和西部向东依次消散,虽然风力不大,但也说明是冷空气推进的影响所致。


我们先不必管风力大小,还是请特别注意:“雾霾去哪儿了?”请看指数迅速下降站点的前方站点,即处于下风方向站点的指数变化。如果是风吹扩散,也就是污染物向下游推移和传输,那必然要导致前方站点指数的陡然升高。尤其是上风站点的指数下降异常迅猛,一个小时即达三四百点,这样巨量的污染物如果是被输送转嫁,理应会使下风带污染指数成倍猛增。


但实际上呢?请仔细对比第一幅与第二幅,再对比第二幅与第三幅,以及第四幅,接连看下来,各个站点都是先在高位缓慢波动,而后迅速直线下降。也就是说,从各站到全市整体,基本上都没有发现污染物明显的扩散、推移、传输和转嫁。


看了城区,再请看北京外围站点,西南角的琉璃河,南部的榆垈,东南角的廊坊站点群以及永乐店,东部的通州和顺义,东北的怀柔和密云,看这些站点的连续指数表现,同样是没有一个出现过猛然攀升的情况,而都是大致稳中微降,接着突然跳水。


这一情况说明,这次持续时间超过120小时的严重雾霾,在最终结束的阶段,不论是看各个站点,还是看北京市全境,大气中的悬浮污染颗粒基本上没有、或者说完全没有出现向外界的扩散、转移、传输和稀释、蔓延的现象。


再看下表14个站点的具体实时指数,情况就更为详细和清楚。

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若从下面的指数曲线图来看,还可以更为直观和明确。

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上两图之下方所列站名,即从左至右彩色线条所代表的站点。


郊区站点大致相距10-30公里,市区站点距离多为几公里,在这样的空间尺度之间,我们只看到了各个站点指数的断崖式突降,而没有看到急剧下降之前的明显上升。


种种迹象都表明,本次雾霾结束过程中,确确实实没有发生污染物的扩散、稀释、转移。


如果没有扩散、蔓延、传输、稀释等等,那么,长时间聚集的浓重雾霾,最终到底都跑到哪里去了呢?


难道说那些霾真的是哪儿也没去吗?


——看到这一步,结论大概只能是:霾哪儿也没去。

 

•霾就地没有了


清楚了北京之霾消,也就知道了各地的情况。既然北京各个站点都没有向外界扩散和转移,北京全市也没有向外地扩散和输送,那么,就可以推知,其他各地的情况大致都应该是一样的。


下面再从更大范围看本轮雾霾之消长。

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上图第一幅12月20日17时,为本轮雾霾较严重时段。(图片区域:北起北京、大同、秦皇岛,南至宜昌、武汉、南京、黄山)


第二幅21日21时,京津冀地区大致依旧,而山东、河南已经明显减轻,边缘的湖北、安徽、江苏也在同步减轻。而且,雾霾严重区域呈现为收缩态势,四周向心的收缩,南部向北收缩尤其明显。


第三幅22日8时,总体继续全面减轻,严重区域继续向心收缩。只是安徽和江苏部分地区稍微加重了一点。


第四幅23日8时,依然是继续减轻和收缩,本轮雾霾接近结束。


——其实,用“收缩”一词来形容,就很容易给人以雾霾移动传输之感。包括看空气质量动态图,也容易产生雾霾团不断运动的感觉。看似像在收缩,实际上是各自都在逐步减轻消淡。如果像上面那样,具体而精确地看一座城市及其监测站点在雾霾结束过程中的连续表现,便可以清楚地知道,污染物到底是扩散转移了呢,还是就地消失掉了。


至此,我们可以看到:


在大华北地区,雾霾基本没有向外界扩散和传输;


在北京全市,雾霾也没有向外界扩散和传输;


在北京的每个站点,雾霾还是没有向外界扩散和传输。


也就是说,不论在什么尺度和区域来看,雾霾都是哪儿也没去,而就是在就地没有了。


如果尺度再缩小,具体到我们生活的空间,其实也同样如此。若雾霾结束过程恰巧发生在夜晚,第二天清晨你会发现,室内与室外的指数竟然是在同步降低。就是啊,夜间门窗紧闭,没有空气流通与交换,没有开启空气净化器,也没有人员活动等其他因素,屋子里的霾到哪儿去了呢?而如果是从理论上讲,PM2.5会长时间在大气中悬浮滞留,怎么可能一夜之间自己就没了呢?


在整个霾消的同时,连房间里的霾也都是就地没有了,这到底是怎么回事呢?

 

•雾霾降解净化之奥秘


如果霾根本没有被吹到别处、散到外地,那它们到底去了哪里,又是怎么消失的呢?


本文作者的《水气循环与雾霾》一文,以一种新的思路和视角,对大气中悬浮颗粒物的降解净化机制等诸多方面都做了比较细致的分析探讨。一般都讲冷空气活动等大气环流,并只见蒸发与降水-径流组成的大循环,而从雾霾的生灭角度,我们更应注重水汽的蒸散与凝结形成的微循环。相对于短时间的降水而言,水汽的蒸散与凝结则是经常的和持续的。所以,在没有降水时,无数水汽微循环也始终都在生灭周运之中。同样,强度和速度明显的冷空气活动是断续的和暂时的,而水汽微循环层面的空气运动则无止无休。因此,即使在静风条件下,空气依然永动不息。


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。就像人体在静止和睡眠时,亿万细胞仍在继续工作一样。水气循环系统中的自净化机制,即无处不在的水汽蒸散凝结之小微循环,对悬浮颗粒物随时随地实施吸附、溶解、沉降、化消。


如果微循环(细胞)的功能受到抑制,降解污染物的作用无法正常发挥,就会形成雾霾聚集。反之,循环系统犹如发出指令,亿万微循环(细胞)立刻被激活而恢复工作,则迅速清除污染物,雾霾很快消散。


《水气循环与雾霾》指出,决定微循环工作状态的,是水气循环系统整体的通滞度。地下水作为水气循环系统的深层根基,对系统整体影响巨大。因为长期大面积超采地下水,华北平原已经成为世界上最大的漏斗区,这里同时也成为严重雾霾频发的重灾区。从这一事实,我们应该可以看出水气循环系统与灾害性雾霾的直接关系。


文章分析了京津冀地区污染物排放总量和气象条件在多年变化不大的情况下,为什么严重雾霾会从2013年起突然泛滥成灾;提出灾害性雾霾与普通型大气污染是完全不同的两种境界,因此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。


《水气循环与雾霾》第一次从天地循环系统来认识雾霾,展示了新的思维视野,发现和提出了诸多新的问题。文章认为,华北平原地区灾害性雾霾频发,主要不在于“气象扩散条件不利”,而是说明这里的自然生态系统出了大问题,雾霾常态化显然已是严重症状之一。

 

•平常排放的污染物去哪儿了?


12月21日24时,北京市红色预警结束。到12月30日,又启动空气重污染橙色预警。两次预警之间,22日曾有西北风3-4级,28日又有过无持续风向的3-4级风,其他时日皆为微风。在这8天时间里,空气质量指数则是三落复三起。


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红色预警结束,各种限制措施取消,也就意味着污染物总体排放量很快恢复到往常的水平。请注意,这个里边可就大有文章了:排放量比红色预警期间多了,为什么雾霾反而却基本没有了呢?尤其是中间三段各有30多小时的一二级优良天气时段。因为这个时候污染物也始终在排放着,都到哪里去了呢?


不论是看北京这样的一座城市,还是一个地区,乃至整个华北,污染物排放量大致都是比较恒定的。在基本没有风、没有雨,也没有雾霾聚集的时候,那些一直都在排放的污染物呢?它们都去哪儿了?


在《水气循环与雾霾》中,我们把这种自动降解清除污染物的机制,称之为自循环系统的自净化功能。这种机制正常运转,一般排放的污染物就可以照单全收,而不至于弥漫成灾;若内在机制失能,污染物就会聚集成为雾霾。2013年以来,华北地区便明显进入了水气循环系统失能的恶性循环。即使如此,也并非始终处于雾霾笼罩之中,而是每年大约有二十几次延续两天以上的雾霾过程,如同大病之后的间歇性发作。


从病症看,这是灾害性雾霾的间歇性发作;而从自然机能来看,则可以视为循环系统的间歇性恢复正常。我们来看上图中显示的北京地区自循环机制的三次启动。第一次是在22日清晨,延续6天的严重雾霾之结束,在本文前半部分我们便反复讲说了这一过程。还有一点应该特别说一下,许多站点一两个小时指数便下降400点之巨,而且没有发现污染物的扩散转移,这就说明自循环系统本身具有极其强大的自净化功能。自循环清除污染物的能力如此之超强,几乎不可思议。第二次为26日清晨,这期间始终是微风,污染物的降解速度也很快,说明系统主要是内在的自启动,而且相当迅速和有效。第三次启动,则要从27日晚上开始看起,空气质量指数从优良上升至轻微污染到中度污染,说明自净化机制部分被抑制而失能。而在中度污染区间维持六七个小时之后,正常循环系统便开始启动,指数转而下降。所以这次短暂污染过程不能算是雾霾,只是系统稍有失常。循环系统明显失常是29日傍晚开始,北京全市平均指数3小时便从二级良攀升至五级重度污染,再过两个小时更升至六级严重污染,可见系统净化机制几乎全部失能,雾霾暴涨一度不可收拾。所幸的是,这样的极端情况很少出现。即使是在雾霾笼罩期间,污染指数在高位起伏徘徊,只要没有一路向上攀升,就说明自净化机制还是在发挥着作用,大致降解着与当下排放量基本相当的污染物。所以,不论在什么情况下,自循环系统的自净化功能都不可忽视。

 

•2017何去何从?


2016年岁尾,空气质量态势喜忧参半,好起来还挺好,坏起来真够呛。新的一年呢?我们头顶的苍天,我们生存的环境,是好还是坏?未来可好可坏、能好能坏,而最终是好是坏,当然取决于我们自己。最近有说法把严重雾霾归类为“气象灾害”,我们则认为,近年来以华北平原地区为代表的灾害性雾霾,是人类面临的新型复合生态环境灾难。这是大面积地下水持续下降为主因,叠加以环境污染与生态破坏,最终致使水气循环系统发生了境界性恶变。即使是所谓“气象扩散条件不利”,也完全不能成为我们为自己开脱责任的理由。《水气循环与雾霾》中反复指出,以2013年初为界,华北地区污染物排放总量和气象条件的年际变化都不大,但是,空气质量指数前后却别如霄壤。

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北京、石家庄、保定、唐山四地近年来逐月空气质量图示,已经把前面的普通型空气污染与后面的灾害性雾霾这两种境界展示的如此明确与清晰。这显然是人类盲目活动导致的整体性境界之突变。所以,灾害性雾霾的原因和责任,都在人类本身,都在我们自己。是我们自己把区域水气循环系统折腾成了这个样子,当然也只能依靠我们自己再把这一系统恢复和重建。如果我们还要在这片土地上继续生活,如果我们还希望明天还应该有希望,那么就必须做好这一点。希望在于明白真相,正本清源,顺应规律,标本兼治。治理雾霾从系统整体着眼,努力恢复自然生态系统的良性循环,2017年当有希望。

 

2016年12月31日,时燕赵故地霾情如磐

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