新聞背景
近幾天,一場南下的寒流北風吹散了北京持續多日的霧霾,讓人們感到神清氣爽了許多。很多人感嘆,這樣的風還是來得太少了。
曾幾何時,北京還流傳著這樣的說法,叫“一年兩場風,一場刮半年”。但這樣的調侃早已不再被人提起。從怕刮風到盼刮風,很多老北京人都感嘆,北京的風真的小多了。
從上世紀70年代初以來
風力確實在減弱
北京的風是不是真的減弱了,不能僅憑感覺判斷,還得靠數據說話。
從以下圖表中可以看到,從上世紀60年代以來,北京的風速在波動中減小。其中,60年代后期到70年代初期,北京的平均風速較大,1972年達到了頂峰(3.2米/秒)。從70年代后期開始,北京風速就在減小,1990年減小到了低谷(1.8米/秒)。
不只北京的風變小了,整個中國北方地區的風其實都在減弱,下面這張圖顯示的就是自上世紀60年代以來,鄭州、天津、沈陽、西寧北方四城市的年平均風速變化。
其實,不光是北方,全國的風速都在減弱。中國氣象局國家氣候中心首席科學家姜彤就曾表示,從上世紀70年代至今,上海近地風速呈下降趨勢,平均每年下降0.031米/秒。
再把目光放遠一些,風力減弱不僅在我國出現,也是全世界的普遍現象。例如美國自1970年以來平均風速持續下降,近幾年的平均風速比多年平均值下降了0.3米/秒。本版制表/焦劍
風電裝置、防護林對風力影響微乎其微
最近一篇《誰“偷走”了北京的風》的文章在網上流傳,認為內蒙古風電大發展和京津冀霧霾增多是同步出現的,風電建設是導致北京風力減弱的“罪魁禍首”。
其實稍微想一想就能明白,按照我們上面提供的數據,北京風力減弱在上世紀70年代到90年代初發生得最明顯,而我國風電裝機量主要是2008年以后才突飛猛進的,顯然和北京風力減弱半毛錢關系也沒有。
那么,2008年風電大發展以后的情況又怎樣?筆者選擇風電場附近相鄰的兩個站點——張家口和張北來進行風速對比,兩地相距40多公里。如果風電場真的對風力有影響,張家口和張北的風速應該減小。事實是2008年風電大發展后,兩地的風速不降反升。
風電場一般集中在張家口北部的張北、尚義等壩上地區,張家口市處于其下游。2007年至2010年,張北風速增加,張家口沒有變化。如果上游風電發展導致下游風速減小的假設成立,那么2011年張北風速減小,張家口的風速也應該減小,但事實上卻維持不變,尤其是2012年至2013年,張北風速有所加大,張家口增速更快。不但沒有因為風電設備增多,拉開差距,反而縮小了差距。由此可見,風電發展對臨近地區風速的影響并不大。
這個結論從國外的實驗研究也能找到依據。丹麥科技大學的科研人員曾利用9000平方公里范圍的大規模風電場,用數值模擬方法研究大型風電場的局地大氣環境影響效應,結果表明,大型風電場下風向風速減弱的影響經過約30至60公里的距離以后就可以恢復。在風電大戶中,河北張家口距離北京上百公里,內蒙古距離北京就更遠了。因此,北京上游的內蒙古、河北開發風電資源,對北京風速的變化影響微乎其微。好比一只大象馬上要摔倒,就算大象腳下的螞蟻伸了一下腿,也不能認為是螞蟻絆倒了大象。
還有網友質疑,我國在西北、華北和東北建設的大型人工林業生態工程“三北防護林”在固沙的同時,阻擋了北京的來風。對此,姜彤也曾作過澄清,“三北防護林”阻擋的主要是本地風沙,而風通常從高空來。因此,相比氣象條件和地形等因素,防護林對城市霧霾擴散的阻礙影響微乎其微。
全球氣候變暖
才是真正的“罪魁禍首”
那么,北京風速減弱的真正原因到底是什么?
其實,風的本質是空氣流動,導致空氣流動的根源是溫度或者密度的差異。由于陸地和海洋性質不同,冷熱變化有差異,冬季陸地冷于海洋,風從亞歐大陸的腹地(西伯利亞)吹向太平洋,所以北京冬季多西北風。
由于全球變暖,尤其是上世紀80年代以后暖冬的增多,減小了冬季海洋和亞歐大陸的溫差,因此空氣的流動也就不如之前快,風速也相應減小。冬季的亞歐大陸腹地——西伯利亞,是冷空氣堆積的地方,這里有世界上最龐大的冷高壓存在。暖冬導致了西伯利亞的空氣沒有原先冷,密度變小,單位體積上的空氣質量或者說重量也就相應減少,而單位面積上空氣重量產生的壓力其實就是大氣壓強,即氣壓。當冬季變暖,西伯利亞的氣壓下降,這時和太平洋上的氣壓差也就會減小,因此風速相應減小。
從冬半年強冷空氣和寒潮次數的年代變化來看,上世紀60至70年代的寒潮和強冷空氣相對較多,80年代明顯減少,90年代以后又稍有增多;對應風速變化來看,60至70年代北京平均風速較大,80年代明顯減小,90年代又有所增大。如此看來,北京的風速變化還是氣候變暖因素起了主要作用。
除了全球變暖,城市化發展增加了地面附近的摩擦作用,高大的城市群會產生繞流阻力,也使得風速可能會減弱。除了北京,同樣的風速變化也表現在北方其他一些城市,比如鄭州、沈陽、西寧也出現了風速先下降、之后又有所提升、總體震蕩下降的趨勢。不過,天津21世紀以來風速還呈現加大趨勢,這可能因為天津臨海,城市熱島效應使得海陸風的作用加強。
因此,北京風速的減小,應該是自然因素和人為因素共同導致的結果。
(本文特約中國天氣網“數據帝扒天氣”欄目供稿)
延伸閱讀
中美研究稱
北京治霾需減氣態污染物
林小春
中美大氣化學領域專家合作進行的一項最新研究顯示,北京出現霾的根本成因可能是城區交通排放的大量揮發性有機物、氮氧化物和周邊工業生產排放的大量二氧化硫經化學轉化生成的顆粒物,而直接排放至大氣中的顆粒物貢獻很小,因此控制這三類氣態污染物是治霾關鍵。
這項成果日前發表在美國《國家科學院學報》上,它由北京大學環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室胡敏教授、美國得克薩斯農工大學張人一教授和兩校聯合博士后郭松等人合作完成。
霾主要是指懸浮著的高濃度細顆粒物(PM2.5)讓空氣混濁,造成能見度下降的現象,這些顆粒物可以來自直接排放,如來自機動車、電廠和揚塵等,被稱為一次顆粒物;還可以由大氣中的氣態污染物經化學轉化而生成,被稱為二次顆粒物。研究人員在北京大學校園內建立長期定位觀測站點,采用目前國際上最先進的儀器同步對大氣氣態污染物和顆粒物進行長時間觀測,以研究霾的形成機理。
研究顯示,北京的霾每次從形成到結束一般以4天至7天為一個周期,每個循環包含起始的清潔階段、中間的過渡階段和最后的污染階段3個過程,其主要成因是上述三類氣態污染物在本地經化學反應生成的二次顆粒物,而非直接排放的一次顆粒物。張人一說,這種化學轉化包括顆粒物的核化生成與增長兩個過程,霾在清潔階段每立方米大氣中的顆粒物總重量不足50微克,但在2至4天后的污染階段會增至數百微克。
研究還表明,北京出現的霾每次持續時間主要受氣象條件影響,包括風向和風速,以及降雨清除過程。在清潔階段,風主要來自北部地區,且風速較高,因此顆粒物濃度較低。當風向由北轉為來自受污染的南部地區且風速較小,顆粒物迅速生成與增長,形成霾。北京夏天霾相對較少,而秋天和冬天霾較為嚴重,主要是因為北京夏天雨水相對較多,同時清除了空氣中的氣態污染物與顆粒物。
研究人員還說,中國其他城市的霾成因與北京應該基本相似,因此治理霾的關鍵在于減少由機動車和工業排放的氣態污染物。