人工影响天气消除雾霾可行性研究

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　　摘  要：这几年，伴随着我国城市化进程的加快以及工业的迅速发展使得生态环境越来越恶劣，其中的雾霾天气问题更是引起了高度重视。文章主要将现今对于人工影响天气消减雾霾的方法进行进一步论述，特别是针对乐山地区的气候气象特征，提出有针对性的措施。相信随着技术的发展，科技水平的不断提高，将会有更多更加有效的消减技术出现。
　　关键词：雾霾;天气;人工影响;消除
　　中图分类号：X51          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）04-0054-04
　　Abstract： In recent years， with the acceleration of China's urbanization process and the rapid development of industry， the ecological environment has become worse and worse， and the haze weather problem has attracted much attention. This article mainly discusses the current methods of reducing the haze by artificial weather， and in particular， proposes targeted measures in response to the climatic and meteorological characteristics of Leshan area. It is believed that with the development of technology and the continuous improvement of scientific and technological level， more and more effective reduction technologies will emerge.
　　Keywords： smog; weather; artificial impact; elimination
　　1 概述
　　空气中的雾霾颗粒与雾气结合形成的特殊现象即为雾霾。霾是大量极为细小的颗粒，聚集过多时就会使能见度急剧下降，雾霾还会使得本来能见度已经很低的空气变得更低。自从2013年开始至今，中国多个城市连续出现雾霾天气，政府及社会各界就开始关注这件事。
　　2 雾霾的成因分析
　　雾霾的形成既有“源头”，也有“帮凶”，这就是不利于污染物扩散的气象条件，一旦污染物在长期处于静态的气象条件下积聚，就容易形成雾霾天气。雾霾形成有三个要素：
　　一是生成颗粒性扬尘的物理基源。我国有世界上最大的黄土高原地区，其土壤质地最易生成颗粒性扬尘微粒。
　　二是运动差造成扬尘。例如，道路中间花圃和街道马路牙子的泥土下雨或泼水后若有泥浆流到路上，一小时干涸后，被车轮一旋就会造成大量扬尘，即使这些颗粒性物质落回地面，也会因汽车不断驶过，被再次甩到城市上空。
　　三是扬尘基源和运动差过程集聚在一定空间范围内，颗粒最终与水分子结核集聚成霾。目前来看，在我国黄土平高原地区350多座城市中，雾霾构造三要素存量相当丰裕。
　　2.1 人为因素
　　首先，大量工厂的出现。我国工厂数量在改革开放之后迅速增长。工厂向空气中排放出的未经过处理的黑烟，一定程度上是雾霾天气产生的主要原因。其次，汽车排放尾气的原因。伴随着我国私家车数量的不断增长，私家车排放出的尾气基本都是化石燃料，硫化物、氮氧化物等污染物直接排放到空气中去，给雾霾天气的产生提供了直接的基础条件。此外，建筑粉尘已经成为空气中霾颗粒的主要来源，并且TSP会在这些城市的大气中尤为突出。
　　2.2 氣象因素
　　雾霾的形成，除了有人为因素形成的霾之外，气象条件也占据着极大的比例。气象因素不仅仅只是温度、湿度等，更包括风向、风速等。
　　平面扩散主要取决于风速，在风速较小的情况下污染物的扩散会减缓。现代城市建筑建造得越高，间距就越小，从而阻塞了从郊区或者城市外流经城市的气流，使穿堂风变成了静风，极其不利于悬浮在空气中的颗粒物的扩散，导致颗粒物聚集在一起，一旦气候条件合适便会形成雾霾天气。另一个影响的气候因素就是逆温层。逆温层就好比覆盖在城市上空的锅盖，属于高空中的气温高于低海拔地区气温的现象，从而限制了低海拔大气中空气向上的垂直运动。悬浮在空中的粒子很难漂移得更高，在低空和地面附近被阻挡，形成薄雾。
　　3 乐山市人工影响天气消除雾霾的路径分析
　　3.1 乐山市气候背景
　　乐山以山地丘陵为主。全市以静、小风为主，年均风速约1.1m/s。年降水量在1200毫米左右，降水主要集中在6-9月，降水的时空分布极不均匀。冬半年， 乐山市受干冷气团控制，盛行偏北季风，由于秦岭的屏障作用，冬季干燥，降雨少，没有严寒。夏半年受海洋暖湿气流影响，盛行偏南风，暖湿气流受到西部山脉所阻时，被迫抬升，成云致雨，使乐山市夏季气候具有无酷暑、湿度大、降雨多的特点。
　　3.2 乐山地区空气污染气象条件
　　乐山空气质量的分布状况与乐山的气候条件有很大的关系，冬春季空气污染日数增多也与气象条件密切相关。
　　（1）逆温是空气温度随高度增高而增加的大气垂直层结现象，我市冬半年出现频率高。低层大气逆温直接影响空气污染物的垂直扩散，致使污染物不能向上扩散，只能向下蔓延，从而加重地面空气污染。 　　（2）我市年均雾日58天，最多的一年达到101天。雾天常伴有近地层逆温，空气湿度大，如果连续多日，会造成地面污染物堆积，形成“烟雾”。
　　（3）研究表明，污染物浓度与风速平方成反比，风速越大越有利于污染物质的水平稀释扩散，反之则会使近地面层的污染物质不断地增加。乐山市年均约1.1m/s，属我国静、小风高频区。
　　3.3 乐山市人工影响天气消除雾霾的具体路径
　　从2016年12月开始至2018年12月，乐山市气象局人影办在冬半年多次开展人工增雨作业，现在对近三年的情况做一个统计分析。
　　2016年12月共4次过程进行了人工增雨作业，实现有效降低空气污染3次，其中两次是在冷空气影响盆地过程中实行的人工增雨作业，在有风和明显降水的情况下，作业效果更加明显，而且冷空气影响过程中的极大风速超过了5m/s，在风雨共同作用下，有效降低了空气污染指数。而另一次有效降低空气污染指数是以降水为主，降水量超过了1mm，也就是湿沉降作用，而风速较弱，过程只是减弱空气污染指数。剩余一次是在明显逆温层下作业，以求打破逆温形成降水，降低污染气象指数，但是逆温层一直存在，而且湿度层较低且湿度较小，也没有出现极大风速超过5m/s的风，因而作业出现了失败。
　　结合表2乐山市2017年人影作业过程空气污染环境指数与日气象要素表来看，乐山市于2017年进行了多次人工增雨作业，所取得的效果及条件具体分析如下。
　　1月份进行了一次人工增雨作业，此时受冷空气因素的影响，气温比较低，极大风速在5m/s以上，有弱降水但无量，在风的作用下，空气污染指数明显下降。
　　2017年2月两次、3月三次、4月一次、10月两次人工增雨过程当中，都具备如下共同条件：温度有明显下降，极大风速在5m/s以上，（四月的两次风速在4m/s以上），尤其是2月的两次人工增雨作业其风速为8m/s，这十分有利于清除空气中的污染。在降雨量方面，3月三次、4月一次、10月两次人工增雨过程中都有降雨出现，最低降雨量都在3mm以上，2月的两次人工降雨当中其当日降雨量为4.2mm，在一定的极大风速与有效的降雨相互配合之下，这几次人工增雨作业所取得的效果都比较显著，持续时间也比较长。
　　2017年11月有两次空气污染过程实施了人工增雨作业，但是一次有降雨量，有效降低空气污染指数;一次没有明显降雨量，没有明显效果降低空气污染。有降雨这次过程实施了两次人工增雨作业过程，有效的降雨，配合一定的极大的风速，有效地降低了空气污染指数，但是持续的降雨，使空气污染指数降低到一定程度而维持。另一次没有明显的降雨过程，虽然极大风速也是超过4m/s，但是不能使空气污染指数明显下降，只是略有减弱作用。
　　2017年12月针对两次空气污染过程实施了人工增雨作业，一次弱降雨但无量，另一次有明显降雨。两次过程都出现了超过6m/s的极大风速，对空气污染指数的降低有非常明显的作用。
　　结合2018年人影作业过程空气污染环境指数与日气象要素表来看，我们可了解到，2018年，乐山市通过人工增雨作业的方式来降低空气污染指数的作业当中，11月一次、12月三次的人工增雨作业都达到了降低空气污染指数的目的。这几次作业都具备一些共同的条件;极大风速均在5m/s以上，且出现了降雨，一次降雨量在10mm以上，最少降雨量也在2mm以上。监测结果显示，这几次的人工增雨作业不仅效果突出，而且维系时间也比较长。相比之下，1月份的4次人工增雨作业虽然有效的减弱了污染，空气污染指数也明显下降，不过监测结果显示，作业后的效果只维持了两天而已，这可能与1月份的人工增雨过程当中并未出现过降雨有关。由此可见，在有降雨和风的共同配合时让空气污染指数下降的低，并且维持的时间久，尤其是在污染指数达到中度污染或是轻度污染以上的时候更是如此。此外，2018年2月共进行了两次人工增雨作业，风速均在5m/s以下，且当时的盆地内为均压场，还是弱辐合风场，有利于空气污染物的累计，导致这两次人工增雨作业并未取得良好效果，空气污染指数甚至有所上升。
　　4 结束语
　　综上分析，在人工增雨作业降低空气污染指数的多次作业过程来看，风和雨是必不可少的因素，主要考虑以下几个条件：（1）有效的降雨条件，降雨尽量要大一些，能达到5mm以上为佳;（2）有降雨还需要有效的极大风速，达到5m/s以上，有效的大风能效增加空气流动，使空气污染物快速扩散降低;（3）作业前要选择空气污染指数尽量在轻度污染以上的时候，这样配合着天气条件能有效的降低，在污染指数接近优良的时候降雨对清除空气污染有效但是效果并不明显。另外，对比分析比较不同降雨量的影响，可以发现，降雨量越大，对空气质量改善的效果越好，如2018年11月15日的人工增雨过程当中，降水量是1.4mm，PM2.5的质量浓度是32%，而11月16日的人工增雨作业过程当中，降水量为7.2mm，PM2.5的质量浓度则降到了14%。结合数据分析来看，极大风速越大，那么人工增雨作业的效果就更为明显。以2018年1月15日与1月16日的人工增雨作业来看，这两次作业过程当中都未出现过降雨，但15日的PM2.5的质量浓度是141%，16日的则降到了49%，这与16日的极大风速（6.1m/s）远远大于15日的极大风速（3m/s）是密切相关的。
　　总而言之，选取适合的天气条件（如风速、降雨和温度），进行人工增雨作业，能够有效降低PM2.5质量浓度，改善环境空气质量。
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