徐祥德：天气有时会给驱霾“帮倒忙”

本刊记者 胡 敬

徐祥德：天气有时会给驱霾“帮倒忙”

本刊记者 胡 敬

专家简介：

徐祥德，中国工程院院士，中国气象科学研究院研究员。浙江余姚人，1942年出生。长期从事天气动力，大气环流和动力气候研究，是多项国家重大科学试验首席科学家或执行人，推进黄河防汛、农业防灾、城市环境观测与高原大气科学试验等技术工程建设，发展了高原新一代监测预警工程、技术系统等。

近年生活在北京或周边城市群的人们，常常留恋蓝天白云的年代，甚至还自嘲对霾天气“司空见惯”而淡忘了长久蓝天白云的日子。近年人们似乎已有了与霾天气“拉锯战”的经历，而“人努力，天帮忙”也正是人们在应对霾天气挑战实践中的一种重要体验。但是“天”帮忙都是“正效应”么？我国著名气象学专家徐祥德院士不这么认为。

地形会帮倒忙吗？

我国大地形呈西高东低三阶梯特征，在西风带气流大背景下，青藏高原和黄土高原的“屏障”作用导致东部平原处于“背风坡”东侧的“弱风区”和“下卷气流”，类似“避风港”，导致此地区大气污染的排放物难以扩散；另外，一旦周边大气污染物被输送到这个区域，亦易在局地滞留。

北京地处太行山脉、燕山山脉东南侧，华北大平原北部，可以说北京三面环绕着山地，向南呈喇叭口形平原谷地特征。经统计大样本重污染事件，并通过卫星遥感与地面观测分析，可发现北京与周边城市群地区气溶胶相关影响域呈近似南—北向喇叭形“大三角”状分布。分析研究也表明北京为“大三角”状影响域顶端，恰好与向南开口的喇叭形平原谷地中的城市群人口分布稠密区相吻合。近年在异常的静稳型天气背景下，北京及周边南部省区PM2.5质量浓度高值分布往往呈南—北向喇叭形“大三角”状气溶胶相关影响域特征，而北京及周边的特殊大地形地理条件和城市群污染物区域输送也对此地区霾天气频发事件有着特殊的“贡献”。

城市大气污染过程的“大锅盖”效应

在大气污染十分严重的城市上空，由于边界层“下冷上暖”逆温层的稳定出现，整个城市似乎被一个空中“大锅盖”所笼罩。其学名称为“空气穹窿”，它会抑制区域对流和扩散运动，使局地边界层内污染物不断积聚。值得注意的是，这个“大锅盖”还会扩展，甚至漫延到城市群上空，加之城市间大气污染输送的交互影响，“大锅盖”效应给城市大气环境的调控带来极高的难度，并将付出极高的代价。例如2001年，北京市曾有过大气污染调控的例子。“记得那时候已过了采暖期，城市实施了工厂停工、城区汽车限行，但是根据我们当时大气环境现场科学试验观测结果，发现北京城市空气中的二氧化硫和氮氧化物等浓度反而比采暖期还高。”徐祥德说。

为什么会出现这种情况？原因似乎是天气在帮倒忙。当年，徐祥德所带领的“973”团队正在开展城市范围南—北剖面探空试验，利用风廓线仪、系留气艇等新型手段垂直探测现场大气边界层。大气温度垂直探测数据分析表明，北京城市上空有一个逆温层“大锅盖”，城区逆温盖高，郊区逆温盖低。这个描述正是城市空气穹窿的特点。通过数值模式和流场诊断、卫星遥感产品综合分析计算，依据实况分析，他们发现此阶段来自南面城市群污染物可通过偏南气流源源不断地输送“援兵”，聚积到北京城区“大锅盖”下方。这就是那时调控未能奏效的原因之一。

污染源源头的“蛛丝马迹”

为了追寻城市大气重污染过程周边污染源源头，徐祥德团队借助卫星遥感，以及数值模式、轨迹追踪等技术进行综合判识来锁定其中的“蛛丝马迹”。

他们借助卫星遥感与地面观测气溶胶数据综合分析，追踪河北等跨区域输送路径，例如：石家庄等地自南向北延伸至北京一条带状较清晰的卫星遥感气溶胶轨迹，尤如一条大气污染物远距离输送的通道；若将多个北京重污染过程样本低层风场进行合成分析，亦可发现来自河北等跨省区域延伸至北京的大气低层风场汇合气流的辐合带。令人惊讶的是，这条大气低层气流辐合带与变分分析的卫星遥感气溶胶轨迹路径相吻合。这进一步印证了有关跨区域大气污染输送通道及其卫星遥感气溶胶轨迹路径判识的客观性。

缺乏科学评估的城市规划，可能会事与愿违

在静稳天气因素影响背景下，区域内排放和外来输送的污染物持续“聚集”，就形成了区域性大气重污染。值得注意的是，虽然霾频发现象与天气、气候，以及季节变化存在显著的相关关系，但是城市过度发展，人口膨胀的超负荷状况等都是大气环境恶化的主要影响因素，尤其是超大城市已经临近环境承载力底线。如近十年长三角、珠三角与京津冀经济发达区域霾天气的季节特征已变得越来越不显著，这意味着在某些经济发达区域大气污染的调控任务将更加艰巨。

徐祥德认为，若缺乏科学合理的城市规划与评估，盲目地把城市的工厂搬迁到郊区或周边区域，可能会使环境调控事与愿违。且不说郊区或周边区域污染物会在一定天气背景下重新“回流”至城区，城市热岛现象也不容忽视。现代城市发展过程中，热岛现象加剧，一方面促进城区热岛环流的形成，另一方面会加强城区的上升气流，吸引城市周边气流的汇合，同时高楼林立建筑群的“阻风”效应，造成了局地污染加重现象。事实证明，若不实施大气污染区域联防联控，以及城市群发展科学规划与区域环境调控，城市局地环境未必能“独善其身”。

霾天气频发与“气候调节”有关联吗？

中国区域霾日数年际变化主要依赖于大气污染排放程度。值得注意的是，虽然上世纪八、九十年代，中国区域大气污染排放程度加大，但中国东部霾日频数年际变化却表现出波动式“平稳”缓升特征，那时霾天气也的确尚未引起公众的关注。

大量分析研究发现，原因在于此阶段中国东部热力结构年代际特征具有特殊性，其对流层大气结构特征有利于中国东部大气对流“不稳定”状态及其污染物扩散。而近十年期间在对流层中此种大气热力结构发生了年代际“变异”，由大气温度距平“上冷下暖”的垂直结构“逆转”成了总体上呈“逆温盖”特征——即大气温度距平呈现“上暖下冷”的“稳定”状态。这种对流层大气结构特征“逆转”恰与近十年大气污染排放程度加剧过程同步进行。此类相对高层的对流层“逆温盖”（大气温度距平）的气候背景再叠加上阶段性大气低层边界层的逆温层及其静稳天气的影响，这些气候调节与天气不利因素共同作用导致了近年霾天气频发的年代际异常现象。

污染源影响评估将是区域大气污染调控关键之一

目前，各级政府制定了很多政策法规，强调在发展经济同时要更加重视环境保护，特别对超大城市及其经济发达区域面临严重的城市化环境问题给予了极大关注。

徐祥德指出，要实施大气污染调控，首先要深化认知霾形成的大气化学、物理过程，尤其大气污染的复合机理，但同时也需认识霾与天气、气候的关联性。“我们希望能够逐步实现跨部门资料和科研—业务观测网数据的共享工程，进一步认识区域大地形、气候调节、天气影响因素与霾天气过程的相关机理。”徐祥德所说的“气象相关机理”指的是：通过天基—地基—空基一体化的综合探测系统数据分析，将气象模式和大气化学模式结合起来研究污染源影响评估新技术；探索区域大气污染过程大地形，气候特征、天气系统的影响，研究在不同的天气气候的背景下区域大气污染源的影响程度及其影响域，为区域联防联控提供科学依据与应对新技术。

“之前我们的研究，用气象现代手段和技术途径在大气环境领域做了一些应用研究的事。事实上，工作还做得十分有限，气象与大气环境相结合的研究也仅仅是个开端，还有更多复杂的交叉学科问题需要去探索。今后，我们会继续深入研究这些问题。”徐祥德说。