華東環(huán)境氣象培訓20141126霾靄形成及長期趨勢

霾和靄的識別

與三大城市群的長期變化趨勢

吳兌（暨南大學大氣環(huán)境安全與污染控制研究所）Wuduigz@中國氣象局綜合減災司和中國氣象局華東區(qū)域氣象中心環(huán)境氣象培訓尊敬的各位同行上午好衷心感謝國家自然科學基金10余年來持續(xù)的支持49975001，40375002，40418008，40775011，U0733004，41475004國家“973”課題2011CB403403國家“863”課題2006AA06A306

近百年來全球和中國的氣候正經歷一次以變暖為主要特征的顯著變化，它對世界和我國的生態(tài)系統(tǒng)和社會經濟產生了并將繼續(xù)產生重大的影響。

目前全球變暖問題已成為各國政府和科學界共同關心的重大問題，也是我國政府和科技界十分關心的重大問題。氣候變化平均狀態(tài)變化離差幅度變化引自丁一匯引起氣候變化的因素自然波動：太陽輻射的變化、火山爆發(fā)等；人類活動：溫室氣體和氣溶膠的排放、土地利用的變化等。吳兌，2003，溫室氣體與溫室效應，氣象出版社化石能源燃燒活動（二氧化碳CO2等）化石能源開采過程（二氧化碳CO2和甲烷CH4）工業(yè)生產過程（二氧化碳CO2）農業(yè)和畜牧業(yè)（甲烷CH4）廢棄物處理（甲烷CH4和氧化亞氮N2O）土地利用變化(二氧化碳CO2)以上活動都伴隨著二氧化硫、氮氧化物、碳氫化合物、一氧化碳、氣溶膠等污染物的排放排放溫室氣體的人類活動吳兌，2003，溫室氣體與溫室效應，氣象出版社近50萬年全球人口的增長趨勢吳兌，2003，溫室氣體與溫室效應，氣象出版社工業(yè)化（1750年）以來，大氣中溫室氣體明顯增加。年100012001400160018002000280300320340360濃度(ppmv)CO2南極LawDome冰芯資料顯示的近1000年大氣CO2濃度吳兌，2003，溫室氣體與溫室效應，氣象出版社節(jié)能減排已經刻不容緩發(fā)展低碳經濟是基本國策節(jié)能減排是發(fā)展的必由之路目前每年全世界二氧化碳排放量達到291.95億噸，中國占第一位達60.18億噸（年增長11%），，超過美國的59.03億噸（年減少2%），第三至第六分別是俄羅斯（17.04億噸）、印度（12.93億噸）、日本（12.47億噸）、德國（8.58億噸）控制大氣污染最根本的應該是控制碳，而控制二氧化硫污染、氮氧化物污染、顆粒物污染等都是局部的、片面的。什么是大氣復合型污染傳統(tǒng)的大氣污染物濃度居高不下光化學煙霧初顯端倪前體物－氮氧化物、揮發(fā)性有機物、一氧化碳排放增加標識物－臭氧濃度明顯增加產物－細粒子顆粒物PM2.5、PM1濃度快速增加，使得能見度惡化，形成灰霾天氣。吳兌，2013，探秘PM2.5，氣象出版社“霧霾”不是規(guī)范性學術名詞2014年春季習近平要求環(huán)保部分清楚霧和霾李克強要求氣象局分清楚霧和霾作為云霧物理工作者，覺得汗顏周秀驥院士：一片混亂！大氣物理學與大氣光學專著中關于霧與霾的敘述近地層大氣中每時每刻總是有霾存在，而霧滴的存在是少見或罕見的霾粒子尺度范圍從0.01－10微米，霧滴是3-100微米氣溶膠質量濃度體系吳兌，2013，探秘PM2.5，氣象出版社霾“終風且暴”、“終風且霾”、“終風且曀”

“霾”字的古義就是塵《爾雅釋天》“風而雨土曰霾”

《說文》“風雨(音玉)土也”“雨”字是動詞，表示“落”、“降”、“下”的意思

通假字“”吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社霾“霾”字的古義就是落塵貍字的異體字“貍”字有兩個讀音，作為一種動物，讀li（音離）。而讀mai（音埋）時，貍沈（音埋沉）一詞指古人祭祀山林川澤，貍指祭祀山林，即將祭品埋入土中，因而與土關系密切，霾字上下分開就是“落土、降土、下土”之意，吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社中國古代沙塵現象并不少見商帝辛五年（公元前1093年）雨土于亳唐景龍元年（707年）京師雨土宋慶元六年（1200年）京師雨土，晝蒙明成化6年（1550年）河南開封晝晦如夜黃霾蔽天清咸豐三年（1853年）廣東龍門三月雨土古人的“雨土”、“霾”泛指了今天的“揚沙”、“塵卷風”、“沙塵暴”、“浮塵”、“霾”等天氣現象吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社寒冷地區(qū)的人總比熱帶地區(qū)的人身材高大，是因為身體體積增加時，表面積與體積之比減小，身體的熱量便散失得更慢；北歐人的大鼻子是因為較長的鼻腔能將寒冷的空氣盡可能的加熱；黃種人的內眥（音自）皺襞（音畢），也稱蒙古褶，即上眼瞼在眼內角向下延續(xù)遮蓋淚阜的皮膚皺褶，是長期適應風沙氣候的結果。人體的氣候適應吳兌等，2001，環(huán)境氣象學與特種氣象預報，氣象出版社什么是灰霾將受到人類活動顯著影響的霾稱為灰霾氣溶膠細粒子污染在高濕度條件下形成的低能見度事件灰霾天氣的本質是細粒子氣溶膠污染組成灰霾的細粒子氣溶膠中二次氣溶膠比例頗大，不同于由土壤、沙塵粒子組成的自然形成的霾。霾的觀測和預報等級國家氣象行業(yè)標準將受到人類活動顯著影響的霾稱為灰霾From秦瑜、鄭均華、何清10um漢城北京廣州北京巴黎澳大利亞吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社2002年3月20日北京霾大氣中嚴重的“灰霾”廣州2003年11月2日廣州2003年11月3日嚴重的城市灰霾天氣廣州2003年11月3日吳兌等，2006，氣象學報倫敦煙霧的治理英國過去50年能見度變化趨勢洛杉磯煙霧的治理美國東部過去15年消光系數變化趨勢灰霾的成分無機物:礦物粉塵（如土壤塵、沙塵、火山灰）、海鹽、黑碳、硫酸鹽、硝酸鹽等有機物:碳氫化合物、其他有機物，如多環(huán)芳烴、持久性有機污染物等生物活性物質:花粉、孢子、病毒、細菌和動植物蛋白碎屑等霾的形成塵卷風揚沙沙塵暴浮塵霾人類活動直接排放顆粒物煙霧灰霾人類活動排放氣態(tài)污染物氣粒轉化生成二次氣溶膠光化學煙霧灰霾吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社塵卷風－揚沙－沙塵暴－浮塵－霾

藍霾悉尼藍山20131204藍霾悉尼藍山20131204

常見大氣污染現象

《說文》靄,

云貌,云氣，亦指輕煙《說文》

霿，晦也

天色昏暗WMONo782Thesuspensionofmicroscopicwaterdropletsorwethygroscopicparticlesintheair,reducinghorizontalvisibilityto1000to5000m.Therelativehumidityisgreaterthan95percent.微小的水滴或濕的吸濕性粒子在空氣懸浮，水平能見度減小為1000至5000米。相對濕度大于95%。靄（ai）霿(meng)霧人類對霧的迷惑由來已久《詩經》認為詩含神霧往往將美好的幻想，常常是對情愛的企盼，比喻為是霧起時形成的一幅朦朧圖畫“霧”與“蒙”、“夢”相通假

吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社海霧海霧SanFranciscoSanFranciscoSanFrancisco地形霧DuBai迪拜DuBai迪拜Dubai迪拜2013年12月5日上海2013年12月5日上海2014年11月21日沈陽2014年11月21日沈陽2014年11月21日沈陽霾和霧的區(qū)別天氣現象

成分水汽粒子尺度厚度顏色日變化邊界霧水滴、冰晶飽和100－102m肉眼可見101－102米乳白色、青白色明顯清晰起伏明顯霾塵、硫酸、硝酸、碳氫化合物等不飽和10-3－101m肉眼不可見1－3公里黃色、橙灰色不明顯不清晰內部均勻吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社水汽不飽和可能有霧滴嗎？如環(huán)境水汽壓小于臨界值，即使干粒子能吸濕長大，但尺度不能超過臨界半徑，而形成霾滴，若此種潮解粒子很多可影響能見度。－－－－大氣物理學霾滴霧滴過飽和駝峰？×吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社大氣物理學與大氣光學專著中關于霧與霾的敘述云霧是低溫下飽和氣塊的可見標志每立方米的飽和空氣中，4℃時含有6.4克水，

10℃時含有9.4克水，20℃時含有17.1克水，30℃時含有30.0克水。降溫！吳兌，2009，霧和霾，氣象出版社世界氣象組織等標準霧靄霾世界氣象組織報告782號(3版)2001年

能見度<1000m能見度1000-5000m相對濕度>=95%能見度<=5000m,與靄、沙塵、浮塵、冰晶、煙幕不能兼記世界氣象組織報告782號(4版)2005年

能見度<1000m能見度1000-5000m相對濕度>=95%能見度<=5000m,與靄、沙塵、浮塵、冰晶、煙幕不能兼記世界氣象組織報告782號(5版)2008年

能見度<1000m能見度1000-5000m相對濕度>=95%能見度<=5000m,與靄、沙塵、浮塵、冰晶、煙幕不能兼記《觀測人員手冊》英國氣象局,1982年

能見度<1000m相對濕度通常接近100%能見度=>1000m相對濕度=>95%,通常<100%能見度沒有限制

《氣象術語》,英國氣象局,1991年

能見度<1000m能見度>=1000m相對濕度>95%左右能見度沒有限制

《航空氣象手冊》,英國氣象局,1994年

能見度<1000m相對濕度通常接近100%能見度=>1000m相對濕度=>95%,通常<100%相對濕度<95%

我國地面氣象觀測規(guī)范沿革霾、靄、霧概念圖靄我國霾與輕霧觀測標準（規(guī)范）的歷史沿革輕霧現象初始為霧現象的次分，在民國時期與1950年代主要稱為霿（音meng）或靄，出現輕霧時相對濕度也應接近飽和，部分版本給出輕霧的參考相對濕度區(qū)間為90%-98%可以干濕球寒暑表所示之空氣濕度為準，空氣潮濕，則此微粒為水汽，所成之現象即為霧或霿，否則為霾而非霧霿不能。霾現象主要由“干性物質顆?！苯M成的表述在1961版規(guī)范首次出現，并規(guī)定現象可簡化記錄，將“浮塵、煙幕、霾并記為霾”，1979版規(guī)范重新將幾種現象分開，但其潛在影響持續(xù)至今。Mist不是“輕霧”，是“靄”文革中簡化業(yè)務，將“靄”廢除是沉疴痼疾的病根造成了今天的一片混亂！Smog不能翻譯為“霧霾”Smoke+Fog是“煙霾”或“煙霧”包括天氣現象的“煙幕”、“霾”可以稱“霾靄”或“煙霾”“灰霾”？“霧霾”？來自毛節(jié)泰，2012大氣灰霾對人體呼吸系統(tǒng)的影響黑碳粒子人類紅細胞黑碳粒子僅僅是人類紅血球的百分之一廣州肺癌死亡率與灰霾？TieandWu2009AE能見度灰霾日高濃度細粒子氣溶膠導致能見度降低形成灰霾天氣長期來看珠三角灰霾天氣與經濟發(fā)展同步廣州地區(qū)灰霾日的長期變化趨勢TieandWu2009AE廣州地區(qū)吸煙率TieandWu2009AETieandWu2009AE全國霾日的長期變化趨勢1980年以來中國4個嚴重灰霾天氣區(qū)中，珠三角地區(qū)是其中之一吳兌等，2010，氣象學報案例

北京灰霾事件2013年1月，京津冀地區(qū)共發(fā)生四次強霾污染過程，北京只有4天晴天。這一個月中，北京空氣PM2.5小時濃度最高值曾達到1000微克/立方米，有120個小時超過300微克/立方米?？諝庥袕娏掖瘫菤馕?。北京地區(qū)灰霾日的長期變化趨勢能見度<10km相對濕度<90%長期來看京津冀灰霾天氣也與經濟發(fā)展同步吳兌等，2014，環(huán)境科學學報北京灰霾天氣月際變化的長期趨勢吳兌等，2014，環(huán)境科學學報邢臺霾日霧（輕霧）日的長期變化趨勢吳兌等，2014，環(huán)境科學學報邢臺地區(qū)霾日月季變化的長期趨勢吳兌等，2014，環(huán)境科學學報環(huán)首都圈區(qū)域灰霾的長期分布吳兌等，2014，環(huán)境科學學報2013年1月北京能見度與相對濕度的時間序列吳兌等，2014，環(huán)境科學學報2013年1月環(huán)首都圈的風矢量和吳兌等，2014，環(huán)境科學學報區(qū)域矢量和日均值與北京能見度時間序列圖吳兌等，2014，環(huán)境科學學報2013年1月環(huán)首都圈近地層輸送示意圖吳兌等，2014，環(huán)境科學學報北京、沈陽霾日霧（輕霧）日的長期變化趨勢沈陽北京吳兌等，2010，氣象學報重慶、?？邛踩侦F（輕霧）日的長期變化趨勢重慶海口吳兌等，2010，氣象學報南京地區(qū)灰霾日的長期變化趨勢能見度<10km相對濕度<90%長期來看長三角灰霾天氣也與經濟發(fā)展同步吳兌等，2010，氣象學報南京灰霾天氣月際變化的長期趨勢吳兌等，2010，氣象學報合肥、杭州霾日霧（輕霧）日的長期變化趨勢合肥杭州吳兌等，2010，氣象學報廣州地區(qū)灰霾日的長期變化趨勢能見度<10km相對濕度<90%長期來看珠三角灰霾天氣也與經濟發(fā)展同步吳兌等，2006，氣象學報廣州灰霾天氣月際變化的長期趨勢吳兌等，2006，氣象學報廣州與香港歷年灰霾天氣年日數最近10年區(qū)域性特征明顯吳兌等，2013，環(huán)境科學學報廣東省2001－2010年灰霾日分布圖能見度<10km,相對濕度<90%清遠－三水－佛山－順德－新會－斗門及東莞－深圳是灰霾天氣集中的污染帶YearPM2.5(μg/m3)PM10(μg/m3)PM2.5/PM10198954.8117.046.8200488.8143.661.8200575.2129.857.9200665.288.973.3200748.961.779.3200849.261.979.5200942.052.979.4201039.451.975.9201142.262.567.5201244.759.974.6201339.952.775.7廣州近年來PM年均值及細粒子比例(%)近10年廣州市年平均PM10、PM2.5濃度變化

近年珠三角BC氣溶膠的濃度（μg/m3）123456789101112平均200411.110.712.510.69.510.68.28.310.810.713.014.810.920057.55.310.710.77.36.67.68.211.88.511.710.99.520069.29.210.86.95.49.36.99.36.07.06.06.07.620076.15.65.75.47.25.73.14.55.27.37.311.56.220087.46.98.27.06.94.85.24.25.35.35.37.96.220095.64.44.55.34.14.83.14.75.07.37.08.05.3201010.35.46.44.62.93.22.22.93.32.95.66.64.720114.14.65.34.74.13.03.53.14.23.85.46.14.320124.45.56.34.23.73.02.83.73.34.64.44.84.2平均7.36.47.96.75.75.74.85.56.16.57.38.66.5近10年來廣州年平均黑碳濃度變化(μgm-3)珠三角與西沙群島的黑碳氣溶膠Wuetal，2013，ACP不同大小氣溶膠粒子(PM10,PM2.5,PM1,EC）對能見度的影響0.25-1um氣溶膠粒子散射氣溶膠粒子吸收1-2.5um散射2.5-10um散射69%灰霾天氣的本質是細粒子污染能見度(Vis.)與PM1的關系密切關鍵區(qū)：50－60ug/m310km政府治理灰霾的長期性與艱巨性早期研究要點（1988-1990年）吳兌等，2014，氣候與環(huán)境研究近期研究要點（2008-2010年

）吳兌等，2014，氣候與環(huán)境研究Ca2+和NH4+變化Ca2+濃度的降低說明了廣州市的粉塵污染已經受到控制，而NH4+濃度的迅速升高值得我們注意。吳兌等，2014，氣候與環(huán)境研究亞洲徑向（a）、緯向（b）環(huán)流指數序列

2005年旱季經向環(huán)流比2004年旱季顯著2004年緯向環(huán)流比2005年顯著。吳兌等，2008，應用氣象學報珠江三角洲近地層風的特征2005年風速有明顯的雨季旱季變化。與2004年相比，2005年旱季風速大，不利于灰霾天氣的形成。2005年的靜風頻率比2004年低。吳兌等，2008，應用氣象學報近地層流場演變(14-29,Nov,2005)在旱季，大部分珠三角灰霾天氣受輸送條件控制，與冷空氣過程緊密相聯系，近地層形成氣流停滯區(qū)，然后形成灰霾天氣吳兌等，2008，應用氣象學報2004年1月5日00時至1月9日23時近地層風的120小時矢量和

整個珠江三角洲甚至其周圍地區(qū)風的矢量和非常小，污染物的水平擴散條件很差，氣流停滯區(qū)造成污染物的停滯、積累。吳兌等，2008，應用氣象學報2005年11月15日00時至11月20日23時風的120小時矢量和整個珠江三角洲甚至其周圍地區(qū)風的矢量和比較大，污染物的水平輸送條件很好。吳兌等，2008，應用氣象學報海、陸、山地、城市群區(qū)域的復雜邊界層Wuetal，2013，ACP污染霧（干霧、煙塵霧）的霧水比雨水臟幾百倍雨水霧水霧水非常難采集，48小時才采集10毫升廣州2005年3月17日霧水和雨水的化學成分(umol/L)

地點樣品pHD(us/cm)F-Cl-NO3-SO4=NH4+K+Na+Ca++Mg++南嶺1999雨水5.322.66.826.515.