魏科

過(guò)去幾千年里，北京的氣候總體上可以慨括為：冬季嚴(yán)寒北風(fēng)刮，春季大風(fēng)沙塵揚(yáng)，夏季雷雨頻襲來(lái)，秋高氣爽時(shí)間促；然而，自從進(jìn)入新世紀(jì)以后，北京的氣候慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)椋憾竞浠姻仓?，春季急促沙塵消，夏季酷熱暴雨來(lái)，秋高氣爽霧霾起。

每到秋冬季，霧霾襲來(lái)的時(shí)候，北京就進(jìn)入了“盼風(fēng)來(lái)”模式，人們希望大風(fēng)驟起，刮走令人窒息的濃重霧霾。其實(shí)，何止北京一個(gè)城市，全國(guó)大多數(shù)地區(qū)都進(jìn)入了秋冬春三季“盼風(fēng)來(lái)”的模式。

這的確有些令人困惑：過(guò)去那種“冬季嚴(yán)寒北風(fēng)刮”的大風(fēng)到底去了哪里？

風(fēng)從何而來(lái)

關(guān)于風(fēng)從何而來(lái)，智慧的古代中同人總結(jié)為：“熱生風(fēng)，冷生雨?！彼麄冋J(rèn)為，有加熱，則容易形成風(fēng)?，F(xiàn)代氣象學(xué)則把這一機(jī)制進(jìn)行了更為科學(xué)的解讀：并非有熱即生風(fēng)；而是需要冷熱分布不均，才會(huì)形成風(fēng)。以海風(fēng)為例，夏季太陽(yáng)炙烤之下，陸地表面升溫速度快、溫度高，而臨近的海洋升溫速度慢、溫度低，陸地上的空氣受熱膨脹上升，臨近海洋上的空氣補(bǔ)充過(guò)來(lái)，就形成了自海洋吹向陸地的清爽的海風(fēng)。

我國(guó)東部地區(qū)處于非常典型的東亞季風(fēng)區(qū)域，風(fēng)的形成與上面提到的海風(fēng)形成機(jī)制基本類似：冬季大陸嚴(yán)寒，在西伯利亞地區(qū)形成嚴(yán)寒而強(qiáng)大的西伯利亞高氣壓中心，而臨近的北太平洋則溫暖得多，在北太平洋上形成強(qiáng)大的阿留申低壓中心，冷空氣從高壓區(qū)域奔涌而出，因受我國(guó)西部地形的阻擋和地轉(zhuǎn)偏向力的作用，從而在東部平原和沿海區(qū)域形成強(qiáng)大的偏北風(fēng)，即為橫掃我國(guó)東部區(qū)域的冬季季風(fēng)。

我國(guó)古人對(duì)于季風(fēng)有長(zhǎng)期的記錄和描述，現(xiàn)代意義上對(duì)于季風(fēng)的研究則始于20世紀(jì)初。

1916年，竺可楨在《中同之雨量及風(fēng)暴說(shuō)》一文中指出：“陸地的比熱低，較海洋易熱亦易冷，夏季大陸比海洋熱，冬季則相反。夏季水冷于陸，近陸的空氣浮升，海面稍冷的空氣群趨之，因此風(fēng)常自海而陸；冬季則陸冷于水，大陸上的氣壓較在海面者為高，故風(fēng)常由陸罕海。這樣就形成了季風(fēng)?！?/p>

1933年，竺可楨在《中國(guó)氣流之運(yùn)行》中寫道：“冬季西伯利亞高氣壓籠罩亞洲大陸，風(fēng)從大陸吹入海中；夏季大陸上變成低氣壓區(qū)，風(fēng)就從海洋吹向大陸；春秋兩季都是風(fēng)的轉(zhuǎn)變時(shí)期。”這是最早從現(xiàn)代氣象學(xué)角度對(duì)我國(guó)季風(fēng)區(qū)數(shù)千千米的風(fēng)系分布進(jìn)行的分析。

隨著現(xiàn)代觀測(cè)資料越來(lái)越精細(xì)，觀測(cè)手段也更為多樣化，人們對(duì)我國(guó)風(fēng)系的描述更為準(zhǔn)確：冬季強(qiáng)大的偏北風(fēng)在北緯30°以北，以偏西北風(fēng)為主；在北緯30°以南，以偏東北風(fēng)為主，偏北風(fēng)一直向南橫跨整個(gè)南海、中南半島，影響到東南亞、南亞和南半球的氣候。

大風(fēng)減弱了

然而，橫掃我國(guó)東部的大風(fēng)在最近二三十年減弱了。以北京為例，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所2011年所做的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，1960-2008年，北京年平均風(fēng)速每十年降低0.26米/秒。具體到每個(gè)季節(jié)，冬季風(fēng)速每十年降低0.39米/秒，降幅最大，春季為每十年降低0.3米/秒，夏季為每十年降低0.12米/秒，秋季為每十年降低0.22米/秒。

對(duì)于冬季氣候嚴(yán)寒的北京而言，風(fēng)速降低本來(lái)應(yīng)該是一件好事，這意味著，大風(fēng)肆虐的天數(shù)在減少，風(fēng)和日麗的天氣更多；然而，近30年工業(yè)化發(fā)展迅速，污染物無(wú)序排放導(dǎo)致的空氣污染日益嚴(yán)重，每到冬季，不時(shí)爆表的污染使得“霧霾”和PM2.5從氣象專業(yè)詞匯成為了老百姓耳熟能詳?shù)目陬^語(yǔ)。另外一個(gè)氣象詞匯——“靜穩(wěn)天氣”也被老百姓所熟知。在無(wú)風(fēng)和弱風(fēng)的環(huán)境里，空氣中的污染物不斷積累，顆粒物濃度不斷升高，造成大氣能見(jiàn)度降低，空氣質(zhì)量急劇下降，空氣污染問(wèn)題由此成為近些年來(lái)困擾我國(guó)不少地方的最大環(huán)境問(wèn)題。

在污染最嚴(yán)重、最需要大風(fēng)刮走灰霾污染的冬季，風(fēng)速卻降低得最為嚴(yán)重，這真可謂“屋漏偏逢連夜雨”。此外，不僅平均風(fēng)速降低了，極端風(fēng)速（大風(fēng)）的頻率也大幅度降低，尤其是在冬季。在20世紀(jì)的七八十年代，風(fēng)速降低還出現(xiàn)了一定的突變降低特征。

對(duì)北京而言，城市化對(duì)風(fēng)速的降低起到了一定作用；但是，總體而言，城市化對(duì)這一時(shí)間段的風(fēng)速降低的作用約為每十年0.05米/秒，只占風(fēng)速變化的1/5左右。風(fēng)速變化更多是受大尺度氣候變化的影響。

不僅在北京，整個(gè)華北和我國(guó)東部大部分地區(qū)，在過(guò)去幾十年都出現(xiàn)了風(fēng)速減小的趨勢(shì)，風(fēng)速減小的特征和數(shù)值基本與北京相似。根據(jù)一項(xiàng)對(duì)全國(guó)站點(diǎn)數(shù)據(jù)做的分析，1969-2000年，全國(guó)平均風(fēng)速降低了28%，而大風(fēng)（日平均風(fēng)速大于5米/秒）日數(shù)減少了58%。

這項(xiàng)結(jié)論已被眾多研究所證實(shí)，其中一項(xiàng)研究還指出了一個(gè)有趣現(xiàn)象：在那些平均風(fēng)速比較大的區(qū)域，年平均風(fēng)速、強(qiáng)風(fēng)速日數(shù)和最大風(fēng)速的數(shù)值都有所降低；而在那些平均風(fēng)速比較小的區(qū)域，如青藏高原東南部、黃河中游到我國(guó)西南區(qū)域，這些地方的風(fēng)速和強(qiáng)風(fēng)速日數(shù)則有所增加。以上的研究都證實(shí)，風(fēng)速的減小與大尺度的環(huán)流變化有關(guān)。

風(fēng)速為何降低了

為什么風(fēng)速會(huì)減??？目前的認(rèn)識(shí)是與大尺度環(huán)流有關(guān)，尤其是受全球變暖的影響。由于海陸下墊面的屬性不同，當(dāng)發(fā)生增暖時(shí)，冬季亞歐大陸的升溫幅度要高于北太平洋，這使得亞歐大陸和北太平洋之間原本存在的海陸熱力差異減弱，從而導(dǎo)致冬季風(fēng)減弱，最終使得近地面風(fēng)速減弱。這也是導(dǎo)致空氣污染進(jìn)一步加重的最主要原因。

關(guān)于風(fēng)速降低的原因，有些人認(rèn)為，是風(fēng)力發(fā)電減弱了近地面風(fēng)所致；還有人認(rèn)為，是因?yàn)椤叭薄狈雷o(hù)林的建設(shè)……這些觀點(diǎn)基本上不值一駁。對(duì)于東亞上空這支綿延數(shù)千千米、寬度上千千米、垂直高度數(shù)千米的冬季風(fēng)而言，無(wú)論是風(fēng)力發(fā)電，還是防護(hù)林建設(shè)，所能影響的范圍和強(qiáng)度都非常有限。中國(guó)氣象局等部門發(fā)布過(guò)我國(guó)陸地風(fēng)能開(kāi)發(fā)潛力狀況，即近地面70米范圍內(nèi)，能被開(kāi)發(fā)的風(fēng)能大概是25×108千瓦。目前，全國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量不到這部分潛能的5%。這部分風(fēng)能在這支綿延數(shù)千千米、寬度上千千米、垂直高度數(shù)千米的冬季風(fēng)中所占的能量估計(jì)不會(huì)超過(guò)萬(wàn)分之一；但風(fēng)速的降幅則達(dá)到了28%。更何況，由于近地面源源不斷得到來(lái)自邊界層上層和自由大氣的能量補(bǔ)充，風(fēng)力發(fā)電和防護(hù)林對(duì)我國(guó)大范圍風(fēng)速的影響可以忽略不計(jì)。

風(fēng)速或?qū)⒗^續(xù)減弱

既然風(fēng)速對(duì)空氣污染的輕重具有很大影響，那么未來(lái)風(fēng)速將如何變化？它還會(huì)持續(xù)減弱嗎？

對(duì)風(fēng)速的預(yù)估主要依賴于氣候模式的模擬。這就意味著，模擬存在一定的不確定性，模擬結(jié)果主要取決于模式的模擬性能。這方面也有不少的研究，其中江瀅等在2010年的工作值得關(guān)注，他們的研究結(jié)果表明，大多數(shù)模式都預(yù)估21世紀(jì)全國(guó)平均的年平均風(fēng)速呈微弱的減小趨勢(shì)，并且隨著二氧化碳排放量的增加，年平均風(fēng)速減小的趨勢(shì)越顯著。

不僅年平均風(fēng)速降低，大風(fēng)出現(xiàn)的頻率和日數(shù)也有顯著的降低。冬季最大風(fēng)速的降低意味著寒潮頻次的降低和冷空氣活動(dòng)的減弱，最終依然表現(xiàn)為受全球變暖的影響。

對(duì)于天天等風(fēng)來(lái)刮走污染物的北方而言，風(fēng)速降低絕對(duì)不是個(gè)好消息。曾有研究將未來(lái)氣候變化與未來(lái)灰霾污染的潛力進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，隨著風(fēng)速降低，未來(lái)我國(guó)大部分區(qū)域的環(huán)境風(fēng)刮走污染物的能力均有所降低；與此同時(shí)，弱通風(fēng)的天數(shù)增加，這將有助于灰霾污染的形成以及灰霾污染的惡化，京津冀、“長(zhǎng)三角”和“珠三角”地區(qū)的變化趨勢(shì)基本一致。

當(dāng)然，以上結(jié)論均基于氣候模式，反映在全球變暖背景下的變化趨勢(shì)。未來(lái)趨勢(shì)變化的可信度受模式模擬性能的影響，同時(shí)未來(lái)的模擬中并沒(méi)有真實(shí)的火山、太陽(yáng)活動(dòng)等影響因子。若基于平均的火山和太陽(yáng)活動(dòng)狀況，實(shí)際的情況自然更為復(fù)雜多變。

節(jié)能減排是王道

在冬季風(fēng)速降低的大背景下，不利于污染物擴(kuò)散清除的不利氣象條件將長(zhǎng)期存在，這對(duì)污染物源減排將起到重要的抵消作用。將治理大氣污染的希望放在氣象條件改善上顯然是一廂情愿，也是不切實(shí)際的。中科院大氣物理研究所研究員王躍思在多個(gè)場(chǎng)合反復(fù)強(qiáng)調(diào)，我國(guó)治理大氣污染的重中之重為源頭減排。只有加強(qiáng)管理，對(duì)無(wú)序排放進(jìn)行有效管控，才能有效改善空氣質(zhì)量。在這一過(guò)程中，要涉及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本等諸多問(wèn)題，將會(huì)是下一步發(fā)展的難題，也是新時(shí)期改革發(fā)展的“硬骨頭”。

風(fēng)速降低帶來(lái)的環(huán)境壓力，也從另外一個(gè)角度向我們表明了節(jié)能減排的重要性。過(guò)去100多年來(lái)，人類燃燒化石燃料，向大氣中排放了大量的二氧化碳等溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)增強(qiáng)，最終帶來(lái)全球溫度的持續(xù)走高；并且在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，溫室氣體的排放量還將繼續(xù)增加。這除了引起溫度增高及全球環(huán)流調(diào)整的氣候變化，也間接導(dǎo)致了各種環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題：除了我國(guó)的霧霾問(wèn)題以外，還有全球性的極地冰雪融化、海洋酸化、海平面上升、動(dòng)物食物鏈遭到破壞、水資源變化等諸多復(fù)雜問(wèn)題。這些都給全球可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，為全球消除貧困、區(qū)域穩(wěn)定和國(guó)際合作等帶來(lái)新的課題。

只有所有人進(jìn)行負(fù)責(zé)任的消費(fèi)和生產(chǎn)，才能從根本上減小全球變暖的不利影響。我們責(zé)無(wú)旁貸。

[責(zé)任編輯]趙菲