1、,对中国特色霾的探究,南京大学物理学院2016年12月1日,1,15年11月27日开始，今年以来最严重的污染过程已持续至第5天。雾霾面积一度扩大到53万平方公里，京津冀至关中平原多地PM2.5爆表，11月30日当天北京35个监测站23个达六级严重污染。,专家预计，17日前后将是霾和污染最严重时段，期间PM2.5峰值浓度最高可达250微克/立方米左右。,市环保监测中心介绍，从昨天夜间到今天，PM2.5浓度将继续上升，达到重度以上污染水平，其中城区和南部地区达到严重污染水平。明天上午至中午时段，扩散条件有所转好，预计PM2.5浓度将自北向南缓慢改善，空气质量整体将改善至四级中度污染水平。后天随着冷
2、空气作用加强，北风风力加大，预计整体空气质量将改善至二级良水平。周五空气质量有望达到良好。,2,1952年伦敦曾出现严重雾霾天气，最终导致1.2万人死于空气污染。当时的媒体是这样描写持续5天的伦敦雾霾事件：浓重的雾霾吞噬了汽车，车速甚至不如秉烛前进的行人；电影院被迫关门，因为能见度还不到前几排；歌唱家因为突发咽喉不适而无法登台演出；肮脏的雾霾钻入室内，也钻入伦敦人的肺里，大批心脏病、哮喘和支气管疾病患者因得不到及时治疗而死去。伦敦雾霾事件被视为欧洲历史上最严重的污染事件之一。,1948年10月2631日，位于美国宾夕法尼亚州的多诺拉小镇，由于小镇上的工厂排放的含有二氧化硫等有毒有害物质的气体及
3、金属微粒在气候反常的情况下聚集在山谷中积存不散，这些毒害物质附在悬浮颗粒物上，严重污染了大气。人们在短时间内大量吸入这些有害的气体，引起各种症状，全城14000人中有6000人眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、呕吐、腹泻，20多人死亡。,3,四日市位于日本东部伊势湾海岸，1955年这里相继兴建了十多家石油化工厂。从1959年开始，昔日洁净的城市上空变得污浊起来。1964年，该市有3天烟雾不散，致使一些哮喘病患者痛苦死去。1961年，四日市哮喘病大发作。1967年，又有一些哮喘病患者因不堪忍受疾病的折磨而自杀。1970年，哮喘病患者人数达500多人。1972年，达817人，死亡10余人。到1979年10月
4、底，确认患有大气污染性疾病的患者人数为775491人。,美国洛杉矶光化学烟雾事件是世界有名的公害事件之一，1943年发生在美国洛杉矶市。在1952年12月的一次光化学烟雾事件中，洛杉矶市65岁以上的老人死亡400多人。1955年9月，由于大气污染和高温，短短两天之内，65岁以上的老人又死亡400余人，许多人出现眼睛痛、头痛、呼吸困难等症状甚至死亡。,4,我们可以更加直观地看一下他们的区别,洛杉矶,伦敦,日本,5,再看一看我们祖国的雾霾。,6,2018/12/23,北京,北京,北京,7,雾是国外重，霾是祖国醇！,8,1.雾 2.霾 3.光化学烟雾,9,我们发现，欧美国家历史上曾经出现的当前肆虐我
5、国的雾霾好像有一些区别，不过在我们探究这些之前，先让我们弄清楚以下几组概念：,10,我们可以先看一下雾的定义：在水汽充足、微风及大气层稳定的情况下，相对湿度达到100%时，空气中的水汽便会凝结成细微的水滴悬浮于空中，使地面水平的能见度下降，这种天气现象称为雾。,再看一下霾的定义：,霾，也称阴霾、灰霾，是指原因不明的大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。霾的核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，气象学上称为气溶胶颗粒。,最后看看光化学烟雾：光化学烟雾（photo-chemical smog ）是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化
6、学反应生成二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物（其中有气体污染物，也有气溶胶）所形成的烟雾污染现象，是碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝色烟雾。,11,12,我们可以从下面这张表格中具体的看一看他们的区别,13,霾的产生原因大致如下：,霾（），指空气中的 灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子使大气 混浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见 度小于时，将这种非水成物组成的气溶胶系 统造 成 的 视 程 障 碍 称 为 霾 或 灰 霾（ ），香港天文台称烟霞。,14,为什么我国的雾霾在某些方面和发达国家历史上的雾霾有很大不同呢？,中国雾霾引起全社会广泛关注，其形
7、成机理既具普遍性，又具特殊性。普遍性是传统土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶为凝结核生成雾霾；特殊性是中国雾霾形成速度和扩散快、凝结核体积(直径)跳跃式和突发性增长，均与区域微生物种群及土壤、水源严重面源污染密切相关。,15,具体的表现形式有以下四个方面：,1.中国“雾霾”对人体直接伤害低，与欧美不一样。欧美严重雾霾有大量直接致死记录，1952年伦敦雾霾致12000人丧生。中国严重雾霾频发，但直接伤害致死案例目前没有一例。但呼吸系统慢性疾病，特别是肺癌发病率大范围上升，肺癌已逐渐成为常见病，过去10年北京至少新增60%肺癌患者。,2.中国“雾霾”强度在宏观上
8、与大气污染物排放强度呈反向变化趋势，与欧美不一样。夜间，运行中汽车大幅减少、工厂停产、工地停工、发电厂负荷下降，大气污染排放强度降低，雾霾强度却显著增强；早上，生产生活恢复正常，污染排放强度提高，雾霾强度却呈稳定或下降趋势。这不是偶然现象，而是一般性规律。,16,3.中国“雾霾”在节能减排趋势中逆势增长，与欧美不一样。中国推广燃煤机组烟气超低排放技术，提高天然气使用比例。2013年，天然气消费1600亿立方米；能源消耗强度下降3.7% 。北京通过政府补贴全部取消家庭燃煤取暖。京津冀粉尘量大幅下降。但雾霾并没有减少，反而频率越来越高、重“雾霾”越来越多。,4.中国“雾霾”与新能源应用比例正相关，
9、与欧美不一样。中国新能源应用比例显著提升，风电、太阳能、水电发展速度和装机总量均居世界第一，但雾霾发生频率和严重程度不仅未能扼制和下降，却大幅提高。,中国雾霾结构与欧美显著不同，要从其特殊性入手，剖析产生的深层次原因。,17,中国“雾霾”形成机理的深度分析：,通过对气溶胶颗粒的成份进行DNA测序，发现1300多种微生物 。表明中国雾霾频发和严重性与我国东部地区水土环境面源污染、大量滋生微生物种群有直接关联。长期以来，我国经济发展方式粗放，产业结构和布局不合理，污染物排放总量居高不下。如北京已被2000多座垃圾场包围，每天垃圾处理缺口8000吨，仍以每年8-10%速度增长。,18,中国严重雾霾快
10、速形成与扩散，与微生物繁殖有关。微生物繁殖速度惊人。下图表明，当微生物飘移到大气中吸附在气溶胶凝结核表面，进入生命周期迟缓期；当土壤中水分蒸发，携带氨氮营养物与气溶胶凝结核结合，为微生物生长提供水分、养料和氧气，使微生物进入对数生长期。,19,附着在气溶胶颗粒上的微生物在适宜条件下迅速繁殖，使气溶胶体积迅速增大，最终形成雾霾。如常温常压下，气溶胶颗粒只有0.1微米，但随微生物迅速繁殖，体积可迅速增长到2.5微米、5微米，甚至10微米。下图显示雾霾指数突变，左图最高点在中午1200附近；右图最高点在凌晨0000附近。按传统解释，指数高点应有污染突发性事故发生，但事实上并没有，这只能用微生物快速分
11、裂解释。,20,细致分析：,微生物繁殖条件是温度、水分、氧气和养分。研究发现，微生物温度适应能力强，在水分蒸发进入大气，随空气温度降低会再次凝结，冬季成霜，春季成雾；物体悬浮状态接触空气面积最大，使吸附在凝结核表面微生物获得充分氧气。微生物生长最重要的养分是氨氮，氨氮融入气溶胶与微生物相遇，成为微生物快速繁殖的营养剂。氨氮来源于土壤和水源富营养化污染。改革开放以来，中国经济快速发展，也带来严重环境代价，图7显示中国2012年GDP增长7.8%，外部环境损失占GDP的9.2%。,21,我国每年化肥使用量4000万吨，是美国、印度总和，亩均施用量是美国3倍。江苏亩均化肥施用量是全国4-5倍。图8为
12、污染状况。我国每年COD排放2400万吨，氨氮排放245万吨，远超环境容量。,有专家指出：“许多土壤污染地区已超过土壤的自净能力，没有外来的治理干预，千百年后土壤也无法自净，有的地块永远都无法自净，甚至出现环境报复。” 我国每年由于土壤污染而导致的粮食减产达到100亿公斤。,22,富营养水体中的氨氮会随土壤水分蒸发，挥发到大气中，成为微生物营养剂。在低温高效热泵型蒸馏装置中进行实验，对土壤中提取的水在43进行真空蒸馏。疾控中心对蒸馏水成份进行鉴定发现，蒸馏水消除原水中矿物质和重金属等物质，而氨氮等富营养物含量较高。这为前面论述提供有力支撑。研究表明，土壤含水量80克/千克，土壤水分散失引起氨挥
13、发量最高 ，如下表所示。下图显示碳铵处理氨挥发动力学曲线。,23,核心：,虚线为假设传统雾霾浓度发展趋势，实线为微生物、水分及氨氮作用下雾霾浓度发展趋势线。冬春季节夜间气象条件有利于水份蒸腾凝结和微生物繁殖，尤其冷空气南下造成空气水份加速凝结，极易形成严重雾霾；白天水分蒸腾作用随大气湿度增大而减弱，温度上升也使水分凝结作用减弱，使水分和氨氮减少，微生物活性减弱，雾霾强度下降。,24,中国特色雾霾不仅源于工业化进程中工业污染生成的二次气溶胶颗粒，还源于广大农村土壤、水源严重污染导致以微生物为主的二次气溶胶颗粒，两者叠加效应导致中国雾霾快速形成与扩散。,这只是中国雾霾的一个特点，为什么当年的譬如伦
14、敦的雾霾会有大面积的致死现象呢？,核心:酸碱性,25,1.在我国，空气中有大量的氨气存在，硫酸盐形成过程中与氨结合，中和了酸性粒子，变成了中性。这里的中性是指灰霾粒子的酸碱度。,26,2.伦敦雾事件是发生在雾滴上，而中国是发生在灰霾粒子上，雾滴体积远大于灰霾粒子。,伦敦工厂和居民大量燃煤排放，大气中存在高浓度二氧化硫和氮氧化物，在浓雾天气条件下，雾滴上发生二氧化硫氧化，生成大量硫酸。由于雾滴直径在数十微米，其体积比灰霾粒子大2-3个数量级，因此，所形成的硫酸被高度稀释，雾滴并没有显现强酸性。但是在中午时分随着气温升高，雾滴上水汽蒸发，雾滴直径由数十微米变小为1-2个微米，硫酸被高度浓缩，产生大量强酸性气溶胶，从而引发大规模呼吸道疾病，导致三周内数千人死亡。,27,总结,中国雾霾生成机理给我们敲响警钟。治理雾霾不仅是针对传统雾霾形成机理，还要根据中国雾霾特殊性，注重包括土壤、水源严重污染的治理修复，减少微生物飘逸和阻断微生物营养供给路径。通过全社会的共同努力，早日将雾霾形成的临界点降下来，治理雾霾的难题就迎刃而解。,28,谢谢！,资料来源：百度百科、维基百科、江苏省发改委宏观经济研究院院长顾为东、中国科学院地球环境研究所王格慧研究员,
