北京天气的成因

北京天气的成因摘要2011年12月5日，我国北方地区出现大雾天气，能见度不足一公里，致多个省份之间的高速公路关闭，超过300个进京航班延误或取消。美国驻华大使馆每小时发布一次PM2.5的监测数据，数据显示，2011年12月4日下午19时，美国驻华使馆监测到北京的PM2.5浓度为522，空气质量指数(AQI)为500，健康提示为“Beyon天In天ex(指数以外)”，由于在美国使馆公布的AQI中，最高数值只有500，而北京的污染指数一下子达到了最高级别，曾一度引起市民的热议。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM，英文全称为particulatematter(颗粒物）。科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污染越严重。北京在今年11月份曾连续出现阴霾天气，空气中悬浮物颗粒大大增加，鉴于此，本文在此分析讨论北京天气的成因，希望能借此来提高我们对空气污染的认识并加强对环保的重视，从而使每位市民从小事做起，能为净化我们的天空出一份力。关键词：PM2.5，污染指数，颗粒物1、问题提出北京的空气质量令人担忧，那么，是什么原因造成了当下北京的天气呢？是地理位置的原因，还是历史遗留的问题？是建国以后的工业发展所造成，还是人为的破坏所导致？我们来看看建国以来北京曾出现的空气悬浮物问题：1951-2000年据北京观象台资料，大风、扬沙、浮尘和沙尘暴等四种天气现象，1951年至2000年间，年均28天，最高年份是1952年，达87天，最少年份为2天，发生季节以12月至翌年4月占62%，春季特别是4月份最多，8、9月份最少，仅占15%。年均情况为，大风22天，扬沙20天，浮尘6天，沙尘暴2.4天。沙尘暴最多年份1966年达20天，50、60年代年均5天，70年代年均不到1天。2000年3月27日，沙尘暴袭击北京城，局部地区瞬时风力达到8至9级。突如其来的狂风夹带着滚滚黄沙在数小时内把整个北京城全部笼罩，沙尘漫卷大街小巷，风中的行人捂着嘴吃力地行走。北京日报报道：“北京：27日中午，正在一座两层楼楼顶施工的工人被大风掀下，其中两人死亡。同一日，丽泽桥东一家汽配商店被大风掀翻，海淀区某饭馆5米高的烟囱被刮成“斜塔”。2000年4月6日12时许，整个北京城笼罩在风沙当中。强沙尘天气使一些地区的能见度不足100米，路上的车辆纷纷打开了车灯，雨刷也纷纷启动用于清除挡风玻璃上满布的沙尘；一些建筑工地停止了作业；首都国际机场的进出港航班被延误———这已是当年开春以来的第五次沙尘暴侵袭北京。2002年3月15日下午，沙尘飞至北京，持续时间达49个小时，分布高度为3500米左右。2002年3月20日第二次袭击北京，时间持续长达51个小时，此次沙尘暴北京总降尘量高达3万吨，相当于人均2公斤。[5]2004年2004年03月10日北京遭遇今年首场扬沙天气2005年4月27－28日，北京遭遇强沙尘暴[6]2006年4月从7日开始，北京连续5天出现沙尘，其中有两个五级污染天，3个三级污染天(2006年04月12日北京晨报)[4]2006年4月16-18日，北方地区出现一次强沙尘暴天气过程，北京一夜总降尘量达33万吨。[7]2006年4月24日大风扬沙四级中重度污染。本市城区阵风达到了6级左右，房山地区的瞬间风力达到10级，大风夹杂着本地扬沙和外来的浮尘（2006年4月24日北京娱乐信报）2008年5月20日，北京遭遇沙尘天气，行人、高楼大厦被弥漫的沙尘所笼罩。2010年03月20日北京遭遇强浮尘天气空气质量为5级重度污染2010年03月22日北京再次遭遇强浮尘天气，昏黄天空持续一整天。由此可见，自建国以来，北京的天气逐步恶化，尤其近年来，沙尘天气频发，给市民的出行和健康带来了相当大的负面影响，并且，阴霾天气逐渐增多，空气质量令人担忧，近些天占据新闻头条的PM2.5更是又一次将北京天气的问题摆在了台面上，不能不令人担忧。2、原因分析北京现在的天气究竟是如何造成的？下面我从以下几方面进行分析。地理原因北京地处华北大平原北端，古人以“北枕居庸，西峙太行，东连山海，南俯中原”说明北京地理位置的重要，其西、北、东三面环山，东南为北京小平原，人们称之为“簸箕”地。北部地统称军都山，属燕山山脉，向北进入蒙古高原，向东直至渤海之滨。西部山统称西山，属太行山余脉。历史上称之为“神京右臂”。与之相应就形成了北京多风沙的天气，并且，城市热岛效应明显。由于热岛效应，城市低空较郊区同高度的地区为暖，大范围风场较弱时，随着市区热空气的不断上升，郊区近地面空气必然从四面八方流入市区，此时郊区地面空气流失，城市高空空气流入郊区，导致循环污染。北京众多高耸的建筑物,使得空气流动受阻,风速减小,涡流增加,城市向空毛中排放的污染物不易扩散再加上北京二面环山的簸箕形地理特点,容易在北京市上空形成逆温,即地面气温比上空低或相等,这样就破坏了空气上卜对流,使得地面含有污染物质的空气不能及时与上空空气交换,进一步加剧了北京市的空气污染,因此,当风力较小的时候,北京市上空就像罩上了一个污浊的大“锅盖”。其次，北京北面不远就是内蒙古,该地区森林较少,草地和沙漠较多。每当春季地面解冻之时,西伯利亚南下的冷空气经由内蒙古,取道北京。大风所到之处,沙土飞扬,无遮无拦,直驱南下。据报道北京的沙尘竟影响到我国东南沿海的福州。位于河北怀来县境内的天漠沙丘,就在北京延庆县的边缘,跪天安门只有千米,因此有人称沙漠距京“零”千米河北张家口坝上地区北接内蒙古,海拔比北京高出米以上,风沙一过坝上即可直驱入京,成为悬在北京头上的沙源地。历史原因历史上北京的天气比现在要好得多，但这并不意味着历史上的北京就是纯净无污染的，由于地理和气候的原因使得空气悬浮物和风沙天气古已有之。元朝在《元史》中，就有一些关于北京沙尘天气的记录。如至治三年（1323年）二月丙戌，“雨土”；致和元年（1328年）三月壬申，“雨霾”；天历二年（1329年）三月丁亥、至顺元年（1330年）三月丙戌，“雨土霾”[2]；至元四年（1338年）四月辛未，“天雨红沙，昼晦”[3]；至正二十七年（1367年）三月庚子，“大风自西北起，飞沙扬砾，白日昏暗”[4]。这些载入正史的沙尘天气，应当是规模比较猛烈的。而一般规模的沙尘弥漫现象，在元代北京恐怕经常可见，所以史籍中有“幽燕沙漠之地，风起则沙尘涨天”的记述。明朝到了明代，北京的沙尘天气更加严重，《明实录》记载的随大风而起的“扬黄土沙”、“扬尘四塞”、“扬尘蔽空”、“拔木飞沙”等现象，可视为扬沙天气，其中特别猛烈的，如“大风扬尘，天地昏暗”等，则很可能是沙尘暴天气；而“风霾”、“雨霾”、“黄雾四塞”、“雨土濛濛”、“日色变白”一类的记录，则应属于浮尘天气。时间段1425－14441445－14641465－14841485－15041505－15241525－15441545－15641565－15841585－16041605－16241625－1644沙尘次数16911176231581819表一明代北京沙尘天气发生的年代分布从总体上看，随着时间的推移，北京的空气污染状况是越来越严重的。清朝1860-1898年北京沙尘天气研究——基于《翁同龢日记》对晚清《翁同龢日记》记载的1860-1898年北京沙尘天气资料进行比较系统的考证与评价,。据此得到,1860-1898年北京年沙尘日数平均值为11天左右,其中春季沙尘日数平均值为7天左右,均低于1961-2000年相应的平均值。沙尘日数的月际分布为4月最高,8月最低,与1961-2000年基本一致1860-1898年北京全年和春季沙尘日数与冬季(上年12月至当年2月)和春季降水量可能有较高的负相关关系。从以上数据可知，北京在元代成为国都，风沙天气逐渐增多，其中很重要的原因是人口繁衍导致的植被破坏，使得城市依靠自然植物防风固沙、吸纳有害气体的情况恶化，而与当今不同的是，尽管古代污染较小，但古人并没有对此引起高度重视，治理的措施也不得力，导致日积月累，风沙成了顽疾。从某种程度上来说，北京今天的天气状况有一部分历史遗留的原因。当然，历史上的北京尽管受风沙的侵袭，但悬浮物以沙尘为主，空气的污染远没有达到今天的程度，那么我们不禁要问，北京现在的空气质量令人担忧，天气状况不容乐观，造成这种情况的罪魁祸首究竟是什么？这就是我下面要说的原因。工业化发展北京大气中的有害气体主要是二氧化硫、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、臭氧等。其中,二氧化硫是具有强烈刺激性的气体,它能刺激眼睛,引起呼吸道疾病,甚至造成死亡。当颗粒物与二氧化硫并存,发生协同作用时,危害可以增加一倍。著名的伦敦烟雾事件,就是由二氧化硫污染造成危害的典型事例。由于当时伦敦有大雾,出现逆温,一二氧化硫和煤烟含量过多,不易散去,造成余人非正常死亡。北京大气中的几氧化硫主要来源于煤炭燃烧,尤其是冬季取暖,北京的燃料中煤炭曾占,再加上“簸箕形”地形,易出现逆温,所以空气中二氧化硫过多会造成类似伦敦烟雾事件的严重后果。损坏植物，抑制农作物生长,造成农业减产,森林毁坏二氧化硫还能腐蚀建筑物,危害极大。另外煤炭燃烧产生的煤灰也是北京大气中颗粒物的来源之一。碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮主要来自汽车尾气。北京市有机动车辆高达万辆之多,空气中一氧化碳的,氮氧化物的,碳氢化合物的来源于汽车尾气。这表明北京的空气污染由煤烟型向汽车尾气型转变。众所周知一氧化碳是煤气中毒的元,是有毒气体。一氧化氮的毒性不大,对人体没有直接危害,二氧化氮是有刺激性臭味的气体,对呼吸器官有强烈的刺激作用,能迅速破坏肺细胞,可引起肺气肿和肺癌。但是,氮氧化物一氧化氮和二氧化氮最主要的危害还在于它能引发光化学烟雾,由此而产生对人类和动植物伤害更大的二次污染物。形成光化学烟雾的条件一是汽车尾气污染严重,二是日照强烈,三是地处盆地。因此,汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物在北京夏季高温的共同作用卜,极易发生可怕的光化学烟雾。据报道北京的污染指数多次处在发生污染事件的边缘。而臭氧就是汽车尾气在大气中发生光化学反应的产物,即汽车尾气的二次污染物,是光化学烟雾的组分。臭氧本身是一种强氧化剂,破坏人类和动物的肺部和气管,臭氧还是致癌致突变物质。显然，北京这座古老的文明城市已经注入了太多现代化工业化的气息，使得汽车急剧增多，尾气的排放得不到有效控制，加之周围城市的废弃物排放，使得北京的空气质量急剧下降，历史上不曾出现的各种毒害气体而今正侵蚀着北京，导致阴霾天气增多，PM指数增高，成为了导致北京天气变化、污染物增加的罪魁祸首。总结：北京作为国都，作为历史悠久文化灿烂的古都，有着得天独厚的优越位置和周边环境，可以说是中国古老文明的缩影，是中国现代化气息的代表，其天气成因多而复杂，地理、气候、历史和现代化工业的发展共同作用其中构成了现在北京的天气，作为国家的政治经济文化中心，它的天气状况不仅关系到每个市民的利益，更关系着中国未来的前进方向。针对北京当前的天气状况和空气污染情况，政府已经采取了相应的措施，例如出台法规政策限制企业工厂排放废物、调整能源结构和产业结构、车辆限购、车辆出行受限等，与此同时，采取更加先进的监控措施，其目的均是为了改善空气质量，从而改善北京的天气状况。2011年12月5日，《环境空气质量标准》(二次征求意见稿)征求公众意见截止。该意见稿提出，在基本监控项目中增设PM2.5年均、日均浓度限值和臭氧8小时浓度限值，新标准拟于2016年全面实施。这对我们来说算是一个不小的进步了，2011年11月15日，著名大气环境专家、北京大学环境科学与工程学院院长张远航透露，世卫组织的标准与美国标准比稍微松一些，即