小健康知识

数理分析和实证验证中国雾霾形成机理的普遍性是什么？

2024-02-21 10:03:29小健康知识次

远期治本,近期则应以雾霾生成机理和雾霾形成临界点研究与治理为主，标本兼治。中国雾霾结构和生成机理与欧美等国比较，既具有共性，也具有特殊性。中国雾霾形成机理的深度分析形成机理雾霾

顾卫东，江苏省宏观经济研究院院长、国家“973”风能工程首席科学家。

我国雾霾天气已引起全社会的广泛关注，其形成机制既有普遍性又有特殊性。通过数学分析和实证验证，分析了我国雾霾形成机制的普遍性：传统土壤扬尘、煤炭燃烧、生物质燃烧、汽车尾气和垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶作为凝结核生成雾霾。 ; 其特殊性是我国雾霾的快速形成和蔓延，以及凝结核体积（直径）的跳跃式增长，与区域微生物种群和严重的土壤、水体面源污染密切相关。来源。由于我国水土环境富营养化污染严重，环境中微生物种群复杂丰富；土壤中氨氮浓度高，造成冬春季节水分蒸发，带走大量营养丰富的水分，与低海拔地区的气溶胶结合。凝聚核吸水膨胀时，也为凝聚核上吸附的微生物的快速分裂和繁殖提供营养。随着时间的推移，形成了具有区域特征的微生物种群，为雾霾的快速形成、频繁发生和爆发性增长提供了外部条件。在我国工业化进程中，工业污染与广大农村土壤、水源严重污染的叠加效应，是我国严重雾霾形成的特殊机制。欧美研究雾霾是基于大气环境，而中国应与大气环境和生物科学合作。努力学习，防治雾霾。长期要重点研究雾霾产生机制和雾霾形成临界点的研究和治理，短期要标本兼治。

2012年入冬以来，雾霾频繁肆虐北京及我国中东部广大地区。雾和霾的区别在于含水量：含水量达到90%的称为雾，含水量低于80%的称为霾，80%到90%之间为混合态雾和霾；雾的厚度为数十至200米，霾可达1至3公里。与欧美国家相比，我国的雾霾结构和产生机制既有共性中国治理雾霾，也有特殊性。

中国不同形式的雾霾

1、中国的雾霾对人体的直接危害较低，与欧美不同。欧美严重雾霾已造成大量直接死亡。 1952年，伦敦烟雾导致12,000人死亡。中国严重雾霾频发，但目前尚无直接伤亡事故。然而，慢性呼吸道疾病，尤其是肺癌的发病率明显上升。肺癌已逐渐成为一种常见病。近10年来，北京新增肺癌患者至少增加了60%。图1为北京及京津冀地区雾霾情况。

2、从宏观上看，我国雾霾强度和大气污染物排放强度呈现反向趋势，这与欧美不同。到了晚上，运行的汽车明显减少，工厂停工，建筑工地停工，发电厂负荷减少。大气污染排放强度下降，但雾霾强度明显增加。上午，生产生活恢复正常，污染排放强度有所增加，但雾霾强度保持稳定。或呈下降趋势。这不是偶然现象，而是普遍规律。

3、中国雾霾逆势增长，与欧美不同。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，天然气消费量1600亿立方米，能源消费强度下降3.7%。 ②北京通过政府补贴取消了所有家庭燃煤取暖。京津冀地区沙尘量明显下降。然而，雾霾并没有减少。相反，频率越来越高，重度雾霾越来越频繁。

4、中国雾霾与新能源应用比例呈正相关，这一点与欧美不同。我国新能源应用比重大幅提升，风电、太阳能、水电发展速度和总装机容量均居世界第一。然而，雾霾的发生频率和严重程度不但没有得到遏制和减轻，反而明显增加。

中国雾霾的结构与欧美有显着差异。我们必须从其特殊性出发，分析其深层次原因。

深入解析我国雾霾形成机制

通过对气溶胶颗粒成分进行DNA测序，发现了1300多种微生物（Cao等，2014），表明我国雾霾的发生频率和严重程度与水和土壤的面源污染有直接关系。东部地区环境恶劣，微生物种群数量较多。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。例如，北京周围有2000多个垃圾场，日处理垃圾缺口达8000吨，并且还在以每年8%至10%的速度增长（据公布，北京每年产生各类垃圾1.8万吨）。一天，北京环保专家认为，每天产生垃圾近3万吨（吨）（图3）。面对严峻形势，中国政府加强土壤环境保护和污染治理，坚决向土壤污染宣战。

我国严重雾霾的快速形成和蔓延与微生物的繁殖有关。微生物的繁殖速度是惊人的。图4显示，当微生物漂入大气并被吸附在气溶胶凝结核表面时，进入生命周期的缓慢阶段；当土壤中的水蒸发时，它携带氨氮养分，并与气溶胶凝结核结合，提供微生物生长。水分、营养物质和氧气使微生物进入对数生长期。

表1列出了几种常见微生物的世代时间和日增殖率。

中国治理雾霾_2019中国雾霾治理成果_雾霾治理中国成功案例

附着在气溶胶颗粒上的微生物在适宜的条件下迅速繁殖，气溶胶体积迅速增大超过临界点，最终形成严重的霾。例如，在常温常压下，气溶胶颗粒只有0.1微米，但随着微生物的快速繁殖，体积可以迅速增大到2.5微米、5微米甚至10微米。图5显示了雾霾指数的突变情况。左图最高点是中午12点左右，右图最高点是早上零点左右。按照传统的解释，指数突变应该会导致污染紧急情况，但事实上却并非如此。这只能用微生物的快速繁殖来解释。

大气中微生物繁殖的条件

微生物繁殖的条件是温度、水分、氧气和营养物质。研究发现，微生物具有很强的温度适应性。当水蒸发到大气中时，随着气温降低，它会再次凝结，冬天形成霜，春天形成雾。物体悬浮状态与空气的接触面积最大，使吸附在凝结核表面的微生物获得充足的氧气。。

微生物名称乳杆菌大肠杆菌细菌根瘤菌枯草芽孢杆菌光合细菌酿酒酵母小球藻藻类结球菌硅藻草履虫表 1 微生物的世代时间和日增殖率图 5 短时间内突变指数微生物生长最重要的营养物质是氨氮。氨氮掺入气溶胶，与微生物相遇，成为微生物快速繁殖的营养物质。氨氮来源于土壤和水源的富营养化污染。改革开放以来，中国经济快速发展，但也付出了沉重的环境代价。图6显示，2012年中国GDP增长7.8%，外部环境损失占GDP的9.2%。中国每年使用化肥4000万吨，超过美国和印度的总和。平均每亩施用量是美国的三倍。江苏平均亩均化肥施用量是全国的4-5倍。我国每年COD排放量2400万吨，氨氮排放量245万吨，远远超过环境容量。有专家指出：“很多土壤污染地区已经超过了土壤的自净能力，如果没有外部治理干预，土壤几千年都无法自净。有些地块永远无法自净” ，甚至可能出现环境报复。” 我国每年因土壤污染造成的粮食减产达100亿公斤。富营养化水体中的氨氮随土壤水分蒸发挥发到大气中，成为微生物的营养物质（图7、图8）。

作者的实验证明了这一点。

作者的实验是在低温高效热泵蒸馏装置中进行的，将从土壤中提取的水在43℃下进行真空蒸馏。美国疾病预防控制中心对蒸馏水的成分进行了鉴定，发现蒸馏水消除了原水中的矿物质、重金属等物质，而氨氮等营养丰富的营养物质含量较高。这为前面的讨论提供了有力的支持。研究表明，当土壤含水量为80 g/kg时，土壤水分的流失导致氨挥发量最高，如表2所示。图9为碳酸氢铵处理的氨挥发动力学曲线。图10中的虚线是传统雾霾浓度的假设发展趋势，实线是微生物、水分和氨氮作用下雾霾浓度的发展趋势线。冬春季节夜间气象条件有利于水分蒸腾、凝结和微生物繁殖。特别是冷空气南下，使空气中的水分凝结速度加快，很容易形成严重的雾霾。白天，随着大气湿度的增加，水的蒸腾作用减弱，温度升高也会导致水凝结。作用减弱，降低水分和氨氮，减弱微生物活性，降低雾霾强度。

综上所述

中国的雾霾不仅来源于工业化过程中工业污染产生的二次气溶胶颗粒，也来源于农村土壤和水源严重污染造成的以微生物为主的二次气溶胶颗粒。两者的叠加效应，导致了我国雾霾的快速发展。形成和扩散。

治理雾霾，首先要从全局出发，减少传统二次无机气溶胶等凝结核的产生。其次，要从特异性角度出发，对雾霾中的微生物种群及分类进行深入研究。筛选起主要作用的微生物，确定其种群的区域聚集地，制定针对性的控制措施；深入研究治理土壤等面源污染、减少和阻断蒸发水中氨氮等营养物质的具体措施。探索区域内与雾霾相关的微生物的发生规律及治理方法。同时，大力推进城市公共环境卫生，消除城市卫生盲点。

雾霾治理是一把双刃剑。从症状来看，我国雾霾非常严重、频繁发生，但PM2.5浓度在300~500mg/m3时对人体的直接危害远低于欧美国家。这为中国政府治理雾霾提供了一定的空间，但雾霾的特殊性也给政府带来了复杂性，增加了治理难度。

中国雾霾的产生机制给我们敲响了警钟。治理雾霾不仅要针对传统的雾霾形成机制，还要根据我国雾霾的特殊性，重点对土壤和水源污染严重的地区进行治理和修复，减少微生物逃逸，阻断微生物养分供应路径。通过全社会的共同努力，雾霾形成的临界点将尽快降低，雾霾治理问题将得到轻松解决。

请看雾霾六大区别

雾是一种自然现象，是悬浮在靠近地面的大气中的大量微小水滴（或冰晶）的可见集合。雾霾又称雾霾，主要是由人为因素造成的。它是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等颗粒物使大气浑浊、视力模糊、能见度恶化而引起的。

雾和霾的主要区别包括：

1、能见度范围不同。雾的水平能见度小于1公里，霾的水平能见度小于10公里。

2、相对湿度不同。雾的相对湿度大于90%，霾的相对湿度小于80%。相对湿度在80-90%之间是霾和雾的混合体，但其主要成分是霾。

3、厚度不同。雾的厚度只有数十至200米，霾的厚度可达1至3公里左右。

4、边界特征不同。雾气的边界非常清晰。经过“雾区”后，可能会出现晴空，但霾区与晴空区之间没有明显的界限。

5、颜色不同。雾的颜色为乳白色和蓝白色中国治理雾霾，霾的颜色为黄色和橙灰色。

6.每天的变化都不一样。雾一般最容易出现在午夜到清晨；霾日变化特征不明显。当气团没有明显变化且气团相对稳定时，持续时间会更长。

产生雾霾的条件：