中国工程院院士：气候变暖导致京津冀冬季静稳天数明显增多
文 | 人民日报 刘毅 孙秀艳 寇江泽
今年全国两会期间，生态环境部部长李干杰就打好污染防治攻坚战相关问题回答中外记者提问时表示，大气重污染成因与治理攻关项目取得了阶段性成果，三大影响因素污染排放、气象条件和区域传输，基本上搞清楚了。
气象条件对大气重污染影响到底有多大？如何应对？中国工程院院士、中国气象科学研究院研究员徐祥德，中国气科院大气成分研究所所长王亚强，国家气候中心研究员柳艳菊等专家，最近接受了蓝蓝天工作室专访。
风速很小、大气静稳、近地面逆温、湿度较高等情况下，容易产生重污染
2017年4月，国务院常务会议确定由原环境保护部（现生态环境部）牵头，科技、中科院、农业、工信、气象、卫生、高校等多部门和单位协作，针对京津冀及周边地区秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放管控技术等难题开展集中攻关。原环境保护部随后按照1+X模式成立了国家大气污染防治攻关联合中心，组建了由200多家单位、近2000人组成的科技攻关队伍。
徐祥德、王亚强、柳艳菊等专家组成气象攻关团队，对导致大气重污染的气象条件等问题，开展了深入研究。高强度排放是导致大气污染的内因、主因，气象、气候条件是关键的影响外因。在代表这一气象攻关团队接受蓝蓝天工作室专访时，徐祥德说。
徐祥德介绍，京津冀及周边地区位于太行山东侧背风坡和燕山南侧的半封闭地形中，受青藏高原大地形背风坡效应所导致的下沉气流和弱风效应影响，冬季京津冀及周边地区为显著的下沉气流区，这不利于大气对流扩散及污染物清除。这个地区是我国冬季大气污染最重、季节差异最为显著的区域，PM2.5浓度冬季普遍偏高，污染最重，秋、春季次之，夏季最轻。
青藏高原大地形背风坡效应所导致的下沉气流和弱风效应影响示意图。
研究表明，从目前统计分析结果来看，在京津冀及周边地区，符合以下条件时容易产生本地累积型重污染：风速小于2米/秒，对污染物水平扩散极其不利；大气处于静稳状态，垂直扩散能力较差；近地面逆温（一般情况下大气温度随着高度增加而下降，可是在某些天气条件下，地面上空的大气中会出现气温随高度增加而升高的现象，气象学上称为逆温，发生逆温现象的大气层称为逆温层），边界层（近地面空气可以在其中上下混合交换）高度低于500米；大气相对湿度达60%以上，导致气态前体物向颗粒物加速转化。
具体来说，不利气象条件主要包括以下几个方面：
风速很小。静风或小风（风速小于或等于2米/秒），风向多为东南风或偏南风，空气流动性弱，污染物水平扩散极其不利。
大气静稳。大气处于静稳状态，大气垂直扩散能力较差。重污染天气期间，通常有逆温层发展，导致大气垂直方向静稳度增加，大气边界层高度明显降低，对污染物垂直扩散不利。
大气边界层高度通常为5001500米左右，重污染天气期间，边界层高度可下降到500米以下，甚至达100米以下，垂直方向扩散能力明显减弱，有利于污染物在低层累积、导致重污染天气持续。
湿度较高。大气相对湿度达60%以上。一方面，相对湿度增加有利于细颗粒物的吸湿增长；另一方面，相对湿度增加还会促使气态前体物向颗粒物加速转化，导致颗粒物浓度快速增加。二氧化硫、氮氧化物等气态污染物在大气中发生氧化等化学反应，形成硫酸盐、硝酸盐等PM2.5的主要成分。
上述指标有一定的代表性，但气象条件对于大气污染的影响是复杂的非线性关系，某一个单一指标和污染的相关关系有很大的局限性，而且不同区域、不同季节其关系可能有较大的变化，研究各主要污染相关气象参数综合影响更为合理。徐祥德向蓝蓝天工作室指出。
攻关团队气象专家通过对风速、风向、相对湿度等气象条件综合诊断，获得了两个最重要的指标定量描述不利气象条件：区域气团稳定性和水汽凝结率，进而得出了污染气象条件指数（PLAM）。
研究表明，在空气质量较好的时候，污染气象条件指数的值通常在40以下，在我国大气污染重点地区，污染气象条件指数值若大于80，通常大气水平能见度低于10公里的几率就很高，其与PM10和PM2.5浓度总体呈线性关系。污染气象条件指数为80可视为一个重要的阈值。
研究还表明，在空气污染过程中，污染累积到一定程度后还会导致气象条件进一步转差，重污染和不利气象条件之间形成显著的双向反馈效应。
什么是双向反馈？气象专家告诉蓝蓝天工作室，这可以理解为一种恶性循环。
对北京2013年以来所有持续超过3天的重污染事件的分析表明，北京的大气污染形成后通常分为两个阶段，一是前期南风输送污染阶段，二是污染累积阶段，当PM2.5浓度累积到一定程度（通常大于100微克/立方米），大气污染会通过辐射效应促进逆温形成和边界层低层相对湿度增加，使边界层内气象条件进一步转差，转差的气象条件导致数小时到十几小时PM2.5浓度至少增加一倍以上的爆发性增长。
气候变暖趋势导致京津冀地区冬季静稳天数明显增多
研究结果显示，在京津冀及周边地区，有利于雾霾天气形成的气象条件在增多，而这背后隐藏的一个重要因素是：以全球气候变暖为主要特征的气候变化。
今年初，多家权威机构确认，2015年至2018年是100多年前有气温记录以来最热的4年，其中2018年是史上第四热年。世界气象组织2月6日发布报告指出，无论在陆地还是海洋，过去四年的变暖程度都非同寻常。这是持续长期气候变化的一个明显迹象，而持续长期气候变化与创纪录的大气温室气体浓度相关。
专家普遍认为，人类活动导致的二氧化碳和其他温室气体排放增加是全球变暖的主因，而这又导致热浪、飓风等极端天气事件日益频繁。
联合攻关研究表明，人类活动引起的全球变暖趋势导致我国北方地区，特别是京津冀地区静稳天数在冬季明显增多，气候变暖对北方雾霾的形成起着重要作用。徐祥德表示。
19612018年冬季，京津冀地区冬季日平均气温总体趋势是线性升高的，增长率为每10年增加0.39℃，明显高于全球及全国同期的增温率（分别为每10年增加0.13℃及0.22℃），是我国变暖明显的区域之一。研究结果表明，北京地区1960年以来年平均气温增温速率，约为每10年增加0.36℃。
徐祥德指出，20世纪60年代以来，特别是1990年以后，冬季京津冀及周边地区平均风速总体呈下降趋势，小风日数一直处于明显偏多的阶段。来自贝加尔湖、经西北方向影响京津冀及周边地区的冷空气气团强度及其风速，存在年代际及年际的减弱趋势，表明该区域风速下降与气候变暖密切相关，而非仅城镇化因素起主导作用。另外，1960年以来，年代际变化趋势表明京津冀地区冬季大气低层边界层层结趋于稳定，静稳天数明显增多，不利于该地区污染物垂直扩散。这些均可被认为主要与年代际气候变暖有关。因此，气候变暖影响不仅制约着全球经济社会的发展，而且给京津冀区域大气环境治理带来了更为严峻的挑战。
气候变暖和人类温室气体排放有关，缓解气候变暖的步伐还是要靠减排。我国近年来通过调整能源结构等措施积极应对气候变化，减少二氧化碳等温室气体排放。通常在减排温室气体的过程中，会同时减排大气污染物，对缓解长远的气候变暖和当前区域大气环境污染都有益处。徐祥德说。
提高空气质量预报能力，是应对空气重污染过程、减轻污染的重要举措。
徐祥德认为：在一个时段内排放量相对固定的情况下，气象条件是重污染事件是否发生的关键因素，几天之内就有可能从蓝天白云转变为污染物爆表。下一步要加强大气污染成因和气象影响关联性的深入研究，为重污染天气的精准预报预测提供应用理论与技术支撑。
徐祥德还建议，要进一步实施跨部门、跨学科联合攻关，加强对不同地形与气象条件背景下排放源布局影响与区域输送贡献等问题的研究，为精准施策防治大气污染、打赢蓝天保卫战提供科学依据。
