11月3日，北京發(fā)布空氣重污染黃色預警。我們想知道，冬季京津冀等地區(qū)氣象條件如何？除了氣象條件之外還有哪些因素造成霧霾天氣頻發(fā)？如何應對這些挑戰(zhàn)？
在京津冀地區(qū)靜穩(wěn)天氣條件下形成的“三圈環(huán)流”（由于山區(qū)與平原的熱力差異、城市與郊區(qū)熱力差異、海面與陸面的熱力差異形成的山谷風環(huán)流、城市熱島環(huán)流、海陸風環(huán)流）的耦合效應，對京津冀地區(qū)污染物的擴散產(chǎn)生重要的影響。
對話人：北京大學物理學院大氣與海洋科學系 博士生導師 劉樹華
劉樹華， 北京大學物理學院大氣與海洋科學系教授、博士生導師，大氣物理與大氣環(huán)境學科帶頭人。從事大氣邊界層物理、陸氣相互作用、區(qū)域與全球變化研究和教學工作。主持國家基礎(chǔ)研究計劃（973項目）課題、國家科技支撐項目課題、國家自然科學基金國際合作項目、國家自然科學基金面上項目、科技部全球變化專項項目等。
采訪人：本報記者楊奕萍
霧霾天氣形成的成因是什么？
■地理環(huán)境、天氣條件和污染源分布作用。
中國環(huán)境報：11月份北方將進入采暖季，京津冀地區(qū)的空氣質(zhì)量將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。您認為今年冬季京津冀地區(qū)的天氣條件與以往相比有何不同？
劉樹華：今年10月13日～16日，京津冀地區(qū)出現(xiàn)了霧霾天氣。10月13日16時，北京市空氣重污染應急指揮部辦公室發(fā)布了空氣重污染藍色預警。同時，天津、河北、山東等地也出現(xiàn)了霧霾天氣，相繼發(fā)布了空氣重污染預警，啟動了應急響應。
進入采暖季，由于采暖將向大氣中釋放污染物，大氣邊界層產(chǎn)生逆溫作用，使得大氣更加穩(wěn)定，擴散能力較弱，是秋冬季更容易形成霧霾天氣的主要原因。
至于今年冬季京津冀地區(qū)的霧霾是否更為嚴重，是一個很復雜的問題。在污染源沒有變化的情況下，主要取決于天氣過程。如果天氣過程（大風）比較頻繁，嚴重霧霾天氣將較少。如果天氣過程（大風）較少，大氣比較穩(wěn)定，嚴重霧霾天氣將較多。
為什么今年秋季市民會感覺霧霾來得更早？這是因為10月是京津冀地區(qū)季節(jié)轉(zhuǎn)換時期，天氣形勢靜穩(wěn)，大氣邊界層較穩(wěn)定，地表水汽比較大。從氣象條件分析，秋季總體風力偏小，濕度偏大，地表比較穩(wěn)定，不利于霧霾的擴散。近地層污染物積累，導致過早出現(xiàn)嚴重霧霾天氣。
當前北京周邊省市都在嚴格控制污染物排放，本地污染物排放變化不大。在當前污染源排放沒有明顯增加的前提下，不利于擴散的氣象條件是造成霧霾的主要原因。
中國環(huán)境報：京津冀地區(qū)霧霾天氣形成的成因有哪些？
劉樹華：首先要定義霧和霾。根據(jù)氣象規(guī)范定義，大氣的相對濕度低于80%，顆粒物的光學效應使得大氣能見度低于10公里，大氣呈現(xiàn)灰蒙蒙的視程障礙現(xiàn)象稱作霾。而大氣相對濕度達到90%以上，即為霧。霧和霾的另一區(qū)別是，霧容易散去，而霾卻不容易散去。這是因為霧天相對濕度大，受天氣變化影響比較大，太陽一出來，地表增溫，蒸散迅速加大，或遇到較干燥空氣，霧很容易散去。所以，霧天一般日出后不久即散去，不會全天存在。但是，霾則不然。因為霾天氣過程中，大氣中水汽含量較少，相對濕度較低，霾由細小顆粒物組成，一般處于3000米以下大氣中，如果大氣邊界層中存在逆溫層，而水平方向風速很小，空氣垂直和水平流動不暢時，霾將難以散去。
局地霧霾天氣形成有3個條件。一是天氣條件。大氣污染顆粒物是造成嚴重霧霾天氣的內(nèi)因，天氣條件則是外因，對于擴散污染物有著重要作用。不同季節(jié)的熱力條件和天氣背景強迫對邊界層過程及空氣質(zhì)量有重要的影響。
二是地理環(huán)境條件。京津冀城市化區(qū)域瀕臨渤海，屬于海陸交接地區(qū)。北有燕山山脈，西有太行山脈，構(gòu)成復雜的山地、平原、城市和海陸地理環(huán)境。在京津冀地區(qū)靜穩(wěn)天氣條件下形成的“三圈環(huán)流”（由于山區(qū)與平原的熱力差異、城市與郊區(qū)熱力差異、海面與陸面的熱力差異形成的山谷風環(huán)流、城市熱島環(huán)流、海陸風環(huán)流）的耦合效應，對京津冀地區(qū)污染物的擴散產(chǎn)生重要的影響。
三是污染源作用。京津冀地區(qū)周邊的東南風、西南風、南風都會把污染物送到北京來。這種地理環(huán)境、天氣條件、污染源分布作用，正是導致京津冀地區(qū)秋冬季嚴重霧霾天氣頻發(fā)的原因。雖然京津冀地區(qū)霧霾的產(chǎn)生與氣象條件密切相關(guān)，但要根本解決還是要靠強化區(qū)域減排。
中國環(huán)境報：“三圈環(huán)流”是您研究的重點方向，能否著重談談其對霧霾的影響？
劉樹華：先談談山谷風和城市熱島環(huán)流的影響。白天山區(qū)溫度偏高，密度稀薄，大氣壓低，溫度會上升。山區(qū)白天受太陽輻射，導致溫度遠高于同高度的平原地區(qū)，形成山谷風大氣環(huán)流，污染物就會輸送到山區(qū)。晚上山區(qū)冷卻降溫，京津冀地區(qū)由于城市熱島作用，空氣比山區(qū)冷卻得慢，導致溫度高，氣壓低。在山谷風大氣環(huán)流作用下，白天送到山區(qū)的污染物晚上又送回來，送到京津冀區(qū)域。在缺乏有利天氣條件的情況下，將形成嚴重霧霾天氣。
再談談海陸風的影響。京津冀地區(qū)秋季地表熱力較強，存在海風和陸風的轉(zhuǎn)換。白天，太陽輻射地表加熱比海面快，導致陸地溫度比海面高，導致陸地空氣上升，大氣壓力減小，形成海風；晚上地表長波輻射，陸地冷卻比海面快，導致陸地溫度比海面低，海面空氣上升而陸地空氣下沉，形成陸風。白天污染物從海上送回來，晚上又送到海上，形成循環(huán)污染。當海風發(fā)展時，有可能會將已經(jīng)被遷移到海面上的污染物重新帶回陸地，造成污染加劇。污染物在京津冀地區(qū)也形成了環(huán)流。
中國環(huán)境報：是否可以通過地理環(huán)境改變或城市規(guī)劃等人為手段來破解“三圈環(huán)流”對霧霾產(chǎn)生的影響？對此，您有何建議？
劉樹華： 在形成區(qū)域大氣污染的過程中，地理環(huán)境很難人為改變，甚至是不可能的。可通過城市規(guī)劃，增加城市區(qū)域大氣通風量，增強大氣流動性和擴散，提高空氣質(zhì)量。例如，沿海或沿湖城市建筑、街道盡量與海岸線垂直，避免與海岸線平行；山谷城市建筑、街道盡量與山谷風方向平行等。
科學研究對解決霧霾問題有何幫助？
■有助于理清大氣污染的演變機制，為大氣污染的預報和防治提供重要的科學依據(jù)。
中國環(huán)境報：您認為怎么才能運用當前的科學研究來更好地解決霧霾問題？
劉樹華：我主要是研究大氣環(huán)流對污染物擴散的影響，以及“三圈環(huán)流”對京津冀地區(qū)污染物輸送的作用，也就是機理問題，即形成污染大氣過程的成因機制，從科學角度解釋這個問題。另外，關(guān)于對京津冀地區(qū)霧霾成分分析的研究也很重要。要分析污染物成分譜，建立成分譜庫，追蹤污染源解析，從污染源頭研究霧霾形成機制非常重要。
我們的研究也受到政府的重視。為貫徹落實《關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設的意見》、《大氣污染防治行動計劃》等相關(guān)部署，科技部會同環(huán)境保護部等13個部門及北京等5個地方科技主管部門，制定了國家重點研發(fā)計劃《大氣污染成因與控制技術(shù)研究》重點專項實施方案，組織開展監(jiān)測預報預警技術(shù)、霧霾和光化學煙霧形成機制、污染源全過程控制技術(shù)、大氣污染對人群健康的影響、空氣質(zhì)量改善管理支持技術(shù)和大氣污染聯(lián)防聯(lián)控技術(shù)示范等6項重點任務科研攻關(guān)，為大氣污染防治和發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)提供科技支撐。
今年正式啟動了國家重點研發(fā)計劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”試點專項，這也是接下來要做的一項重要工作，包括以下4個方面的研究。
一是嚴重霧霾天氣形成機理研究。其中包括霧霾重度污染源的解析研究（模擬、監(jiān)測）；霧霾重度污染的天氣和氣候?qū)W成因研究；霧霾重污染的大氣邊界層特征研究；霧霾重度污染過程與大氣邊界層相互作用研究；霧霾重污染的物理和化學成因研究；霧霾重度污染的天氣和氣候的反饋作用研究；穩(wěn)定大氣邊界層輻射增溫效應對嚴重霧霾形成機制研究。
二是霾污染源的解析、霾污染物成分的解析。污染源來源解析方法及其模型、污染源來源采樣方法（采樣布點代表性、高度、周期、頻率、季節(jié)等）、污染源成分譜構(gòu)建解析方法等；采用FSAM模型（Flux Source Area Model），以其物理機制明確、源區(qū)確定直觀清晰而被廣泛用于污染源通量源區(qū)研究。
三是大氣污染與大氣邊界層相互作用和反饋機制研究。邊界層過程與氣溶膠輻射效應存在反饋機制。通過直接影響邊界層的穩(wěn)定度，影響氣溶膠濃度（增強）。通過影響局地環(huán)流（谷風環(huán)流），間接影響近地面氣溶膠濃度。
四是嚴重霧霾天氣的觀測研究。希望構(gòu)建激光雷達和地面污染物觀測網(wǎng)絡，用來定量預報、評價大氣污染物濃度分布特征、實時追蹤污染物來源，提前預警重污染天氣過程、解析成因機制。
這些科學問題的研究，將有助于理清大氣污染的演變機制，為大氣污染的預報和防治提供重要的科學依據(jù)。
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