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了解大气污染的真相 || 2021年广州“院士专家校园行”活动

来源:广州市科学技术协会 发布时间:2021-04-30 浏览量:315
近年来,关于大气污染,人们提及最多的便是“雾霾”,你可知道,“雾霾”是一个组合词语,不是一个严谨的科学名词。雾和霾是两种不同的自然现象。到底雾和霾是怎样形成的?对环境、人类健康有怎样的影响?今天让我们拨开迷雾,了解雾、霾与大气污染的真相。


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4月15日,2021年广州“院士专家校园行”活动走进广州市白云区平沙培英学校。活动邀请了中科院老科学家科普演讲团成员、中国气象科学研究院研究员陆龙骅教授,为该校师生带来一场精彩的气象科学科普讲座。

 

讲座以“雾、霾和大气污染”为主题,陆龙骅教授为师生们详细介绍了雾和霾两种不同的自然天气现象,并且厘清了雾和霾不是当前以PM2.5为主要特征的大气污染事件的元凶。此外,陆龙骅教授还为师生们详解大气污染与环境保护等科学知识。



特邀专家 

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陆龙骅

中国气象科学研究院研究员、研究生导师,中国气象学会资深会员,中国海洋学会、中国科学探险协会、中国摄影家协会、中国科普作家协会会员。曾任中国气象科学研究院学术委员会委员,极地气象研究室主任,中国气象学会冰冻圈与极地气象委员会学术顾问、普及工作委员会委员,中国科学探险协会常务理事。多年从事青藏高原和南、北极考察,青藏高原、极地气象与全球变化等研究。曾8次去青藏高原、2次赴南极、3次到北极地区考察。有11项研究成果获省部级及以上科技奖励。发表学术论文260余篇、科普文章70余篇,科普讲座600余场。曾获“全国科普先进工作者”称号。享受国务院颁发的政府特殊津贴。


雾和霾≠大气污染



“雾和霾只是两种自然天气现象,古今中外历来有之。”讲座一开始,陆龙骅教授就介绍道,早在三千年以前殷墟甲骨文中,我国就有雾和霾这两种自然天气现象的记录。

 

雾是靠近地面的大气中间存在大量微细水滴的天气现象。在水汽充足、微风及大气稳定的情况下,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。雾的成分主要是水珠,其生成与天气条件有关系,可以分为冷却雾和蒸发雾两类。



霾是悬浮在空气中的大量细微的气溶胶颗粒,使空气浑浊,能见度降低到10公里以下的一种天气现象。颗粒物的产生既来源于自然,比如说火山灰、尘土等,也来源于人类活动所产生的。

 

雾和霾有很大的区别,首先是两者的能见度范围不一样,雾的能见度一般小于1公里,而霾小于10公里。其次是颜色、相对湿度、厚度变化不一样,雾的边界比较清晰,霾没有明显的边界。

 

陆龙骅教授强调,雾和霾是两个不同的天气现象;雾是湿的、霾是干的。不能把两者混为一谈。同样,不能把雾和霾等同于大气污染。

 

当前,在各种媒体和公众印象中,比“雾和“霾出现更多的“雾霾”一词又是什么呢?首先,在科学名词中,并没有“雾霾”一词。其次,如果因为“雾和“霾都是能见度较差的视程障碍类天气现象,有时还很难区分,因此将此类天气称之为“雾霾天气”,如同有时把雨、雪不加区分,称之为雨雪天气一样,作为公众的口头语言,也不是不可。但作为书面语言,还是用“雾、霾或“雾和霾为好。至于有些媒体将“雾霾”作为污染事件的代表,则对公众是一种误导,并不妥当。


减排——战胜大气污染之法


“我国大气主要污染物是煤烟型的污染物,烧煤、天然气所产生的污染物。”我国环保部公布九个城市的首要污染物,北京、杭州、广州、深圳的机动车污染占第一位;石家庄、南京是燃煤的污染;天津、上海、宁波是扬尘、工业生产和流动源的混合型污染。

 

“中国人厨房里面喜欢炒菜,大家知道油烟里面对大气污染的物质有很多,特别PM2.5。”陆龙骅教授说道,危害人体健康以及周边环境的物体对大气层所造成的污染称之为大气污染。现在环境保护部门有对空气质量指数的评价,参与评价的有:细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、地面臭氧(O3)和一氧化碳(CO)等六种。“人们往往以为天空灰蒙蒙,就以为空气质量比较差,并不是这么回事,不一定要鼻子闻到东西才算污染。” 作为公众所熟知的天气现象,庐山一年中有200多天有雾,可那里污染并不严重。有雾都之称的山城重庆,位于长江和嘉陵江交汇之处,水汽丰沛,全年多雾、秋冬更甚。而在重庆全天有雾时,有时空气质量指数并不高,就广州来讲,前些天湿度很大几乎每天都有雾,而大气中的污染物并不多。

 

冬春是大气污染的高发季节,首要污染物是PM2.5 而夏天的污染主要为地面臭氧。臭氧是大气中一种痕量气体,主要存在于大气的平流层中,此臭氧层可吸收太阳光中对人体有害的短波,防止这种短波光线射到地面,使生物免受紫外线的伤害。然而,在80年代中期,由日本和英国科学家先后发现每年春天南极地区大气臭氧总量值与10年前相比减少了30%到40%,臭氧总量急剧减少,出现了南极春季臭氧洞。平流层臭氧的减少跟人类活动排放到大气中间的污染物有关系。臭氧洞的形成有两个必要的条件,一是有污染物质氟利昂,二是平流层低温下产生冰晶云。到目前为止,每年春季在南极都回出现臭氧洞;而由于北极春季的平流层温度比南极春季高,所以北极春季很难出现臭氧洞(只有2020年春出现了一次北极臭氧洞)。



“平流层的臭氧是好的,臭氧层是地球生命的保护伞;而对流层里面臭氧是坏的,它是一种污染”陆龙骅教授介绍,作为空气中六大污染物之一,臭氧污染生成与汽车尾气、工业废气排放的污染物质有关,这些污染物在太阳紫外线作用下,发生光化学反应,生成臭氧等二次污染物。此外,沙尘暴也是造成大气污染的 “元凶”之一。这些污染源主要是气溶胶和颗粒物的污染


大气污染对海陆交通、人类健康产生了极大的影响,近年来,我国特别是北京、天津、河北地区PM2.5、地面臭氧主要特征的大气污染事件频发,治理大气污染是根本之道。对于大气污染的治理,不能指望风将其吹散,要尊重科学规律,扎实地治理污染物。这是个漫长而艰巨的过程,需要政府、企业和公众合力,从减少污染物排放做起,治理环境,人人有责。

 

陆龙骅教授的精彩讲述让师生们收益匪浅,学生们纷纷将自己在生活、学习中遇到的疑惑向陆教授请教。


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同学有疑问 专家来解


南北极的冰真在减少吗?

陆龙骅:这是非常好的问题。在全球变暖的情况之下,北极变暖得比较厉害,温度升高、冰盖融化,海冰减少;而南极的情况比较复杂。南极半岛所在的西南极地区,同样也是温度升高、冰盖融化,海冰减少;而南极的主体,冰盖减少的情况不是很明显,温度增加的情况也不是很明显,有些地方可能温度还是增加的,如从中山站到昆仑站一线,有些地方冰盖的厚度可能还是增加的,所以不能笼统地讲南北极的冰在减少,具体情况是不一样的。


大气层的臭氧是怎么形成的?


陆龙骅:原始大气里面没有臭氧,出现植物后,由光合作用产生氧气,氧气分子是由两个氧原子祖成的,在紫外线作用之下氧分子就分解成二个原子氧,一个原子氧跟氧分子组成起来就产生了由三个氧原子组成的臭氧,臭氧又在紫外线作用之下又返回去,成为氧分子跟氧原子。所以说在这是一个平衡的过程。假如说臭氧的产生比减少要大得多,整个臭氧浓度就增加了。反过来臭氧就减少了。在南极,春季由于污染物存在于平流层里面,温度又很低,这样的情况之下,在紫外线作用之下,臭氧大大减少,就形成了南极的臭氧洞,而到夏季,平流层温度升高了,臭氧的增加大于减少,臭氧层恢复正常。


污染事件主要频发于京津冀地区的原因是什么?

陆龙骅:主要是当地的污染比较严重,河北的邯郸等地建有炼钢厂、炼焦厂,这对煤的消耗很大,煤燃烧了以后,污染物PM2.5浓度就增加了就产生污染。


我想问一下,植物可不可以吸收掉PM2.5呢?

陆龙骅:有的植物是能够吸附PM2.5。另外,从整个大气来讲,空气中PM2.5的浓度跟天气状况有关系,假如风来了,PM2.5就跑掉了。


可以用人工方法增加臭氧层吗?

陆龙骅:恐怕很难。大家要注意一点,人和自然比较起来,人是非常渺小的。大气臭氧层的形成是在自然界中间所产生的,单靠人为改造,恐怕比较难。人唯一有办法的是在臭氧洞发生以后,大气里面臭氧浓度是减少的,大家就要保护臭氧层,保护臭氧层怎么做呢?就是防止污染,把氟利昂控制住。以前空调、冰箱里面装的主要是氟利昂。现在的空调、冰箱用的是氟利昂的替代品,通过这样的方式来控制消耗臭氧的减少,大气中间这些污染物的浓度,本来是上升,现在慢慢减少了。照这样看来,也许50年到100年,大气臭氧层就会恢复到1980年的状况,臭氧洞基本上很少出现,现在每年都有臭氧洞,到那时候基本能恢复。


霾能不能用人工降雨来减少一部分呢?

陆龙骅:局部可以,但是光靠这个方法的话恐怕还不能解决,解决的根本办法就是把产生污染的污染源控制住,控制住污染源,可能霾会减少。


有没有办法预防全球变暖?

陆龙骅:这是很难的问题。对于全球变暖大家很关心,首先什么叫全球变暖呢?一百年全球的平均温度总体是上升的,虽然有起伏,但是是上升的。这种上升跟大气中间二氧化碳的增加是有关系的,全球变暖的现象大家都是认可的,但是对它产生的原因还不能断定。从主流的观点来说,全球变暖跟温室气体、温室效应是有关系的,从这一点来讲要减少温室气体的排放。但是从科学性上面来讲,还存在一个变化的不确定性,为什么呢?正如刚才讲的,北极跟温室效应是一致的,温度是增加的,冰是减少的。但是南极并不是这么回事。事实上,气候是非常复杂的,但是作为人来讲,咱们只有一个地球,环境保护、节能减排这是必须的,这个应该是第一位。此外从科学性上,还要做进一步研究。


知识链接


天气预报常说的PM2.5是什么?

PM为颗粒物的PM是英文Particulate Matter(颗粒物)的简称,是一个群体的概念。TSP(总悬浮颗粒物)是粒径小于100微米的粒子;PM2.5的中文名称为细颗粒物,是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物;PM10是可吸入颗粒物,为所有粒径小于10微米的粒子,其中包括PM2.5和PM1。PM2.5的化学成分包括硝酸、硫酸盐、硝酸盐、黑炭等,能较长时间悬浮于空气中,当其在空气中的含量浓度越高,就代表空气污染越严重,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,面积大,活性强,易附带有毒、有害物质(例如,重金属、微生物等),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。

南极臭氧洞

南半球春季,在南极地区上空出现的,由人为排放的含氯和溴的污染物质与该地区特定气象条件共同造成的、大气臭氧总量较常年平均值低30%~40%(低于220陶普森单位)的臭氧层损耗现象。它除有大气臭氧总量低值区数值低(小于220陶普森单位)外、还有低值区范围大(数百万平方千米)、持续时间长(数月)的特点。南极臭氧洞并不是全年都存在的,只在南极春季出现。通常南极臭氧在7月下旬开始减少,8月中旬后就出现较为明显的臭氧洞,9月下旬到10月上旬臭氧洞的面积最大,10月底后臭氧急剧增加, 臭氧洞逐渐填塞,12月中旬恢复正常,就不再有臭氧洞了。

自臭氧洞发现以来。每年春季南极都会出现臭氧洞;由于北极春季的平流层温度比南极春季高,除2020年春出现了一次北极臭氧洞外,在其他年份北极并未出现臭氧洞。



2021年4月13-16日,陆龙骅教授先后走进


花都区的新华街培新学校、风神实验小学、新雅街镜湖学校、新华街第一小学和白云区的平沙培英学校、南村小学、白云区华师附中实验小学等学校,给同学们带来了主题为《话说南北极》《雾、霾与大气污染》《南极臭氧洞与环境保护》等精彩的科普讲座。



 广州“院士专家校园行”活动

科技是国之利器,教育是国之重器,少年是国之未来。青少年科普教育是提升科学素养和创新精神的打底工程,对国家发展和民族复兴具有非常重要的战略意义。广州“院士专家校园行”项目是广州市科学技术协会和广州市教育局专门为广州市中小学生精心策划、量身打造的年度科普活动,通过邀请优秀科学家深入广州地区中小学校开展科普讲座,让青少年与科学大师亲密接触,收获知识的同时感受科学家的人格魅力和不断探索、勇于创新的科学精神。

自2017年3月活动开展以来,该项目先后邀请了来自中国科学院、中国工程院及世界科学院的欧阳自远、张景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正(香港)、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如(香港)、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文、苏国辉等16名院士在内的80多名不同领域的科技工作者,在广州408所中小学校为15万多中小学生开展科普讲座418场,深受学校和广大师生的欢迎。

2021年是中国共产党建党100周年,在“学党史,悟思想,办实事,开新局”的新起点,作为科普教育品牌活动的广州“院士专家校园行”活动,在广州市科协和广州市教育局的组织领导下,不忘初心,牢记使命,继续坚持走基层、办实事,为实现科技强国、人才强国战略添上流光溢彩的一笔。