蔣大和、王躍思：霧霾十問
兩會前，霧霾問題再度成為輿論焦點，雖然絕大多數中國人都認同治理霧霾的大方向，但對各種術語、數據爭論不休，更遑論具體的治理政策。針對輿論場上流傳的各種説法，本文摘取同濟大學環境科學與工程學院教授、博士生導師蔣大和教授與中國科學院大氣物理研究所研究員、博士生導師王躍思的觀點，向讀者展現學術圈的思考與認識。
PM2.5等於霧霾嗎？
蔣大和：霧霾中的主要污染物是細顆粒物（PM2.5）沒錯，但主要成分是硫酸鹽、硝酸鹽和可溶性有機碳。專業上稱之為“二次顆粒物”，即不是直接從污染源排放的，而是從污染源排放的二氧化硫、氮氧化物和低分子碳氫，通過化學轉化而形成。
PM2.5是更加廣泛的概念：包括霧霾中的細顆粒物，更包括其他類型的細顆粒物，例如香煙煙氣、烹調油氣和汽車尾氣（特別是柴油車）裏的細顆粒物。
霧霾究竟是什麼？
蔣大和：我一直認為，灰霾或霧霾是一種新型的空氣污染，應當是指以前沒注意到、2011年因為北京美國使館報告和北京環保局報道的API值差別大、市民感覺污染嚴重、引起軒然大波的那種：鋪天蓋地，首先是能見度受損，其次對呼吸道有影響的細粒子污染。實際上學術界有不同認識。
灰霾一詞是2002年張小曳研究員在氣象科學會議上，根據英文詞翻譯的，區別於大城市可能發生光化學煙霧時，有時偏淺藍色的輕霾；也區別於東南亞航測可能發現的棕色雲團。
王躍思：秸稈燃燒，包括其他生物質燃燒，南亞地區尤其嚴重，形成了大氣棕色雲團（所謂的ABC）。
倫敦與洛杉磯當年的污染是現在我們所説的“霧霾”嗎？
蔣大和：我不贊成“霧霾”是倫敦煙霧和洛杉磯煙霧的複合，也不贊成“倫敦霧霾”和“洛杉磯霧霾”的説法。因為某些原因，我國的專業人士能讀到的國外原版書相當有限，所以説法就會出差錯。例如，我專門請人從美國買來原版的：The Big Smoke - A history of air pollution in London since medieval times，可見倫敦的空氣污染從中世紀就開始了，但我們的媒體要用“倫敦霧霾”來描述它？
某位專業人士，把英文原版書書名：SMOGTOWN - The Lung Burning History of Pollution in Los Angeles翻譯成中文時，書名定為《洛杉磯霧霾啓示錄》。但洛杉磯的是光化學煙霧，不是霧霾。儘管這位專業人士解釋，書名是應出版商要求改的（媒體的影響？），書裏面並沒有霧霾一説。
贊成我這一説的，也有不少人。如張小曳和吳兑研究員。張小曳是最早在學術界提出“灰霾”，而吳兑則定義霧霾要有很高的相對濕度。媒體用語不對的話，會對大眾很大誤導。
（觀察者網注：倫敦煙霧源於工廠煙囱和民用取暖直接排放的黑煙，主要是一次污染物，如二氧化硫等氣體和煙塵，遇地面逆温等惡劣的擴散條件和陰濕氣象條件，形成嚴重污染和煙霧，直接損害人體健康。1952年曾在5天內造成超過4000人死亡，後續研究甚至認為因此死亡的人數達12,000人！
光化學煙霧則是大量碳氫化合物在陽光作用下，與空氣中其他成分起化學作用而產生的。煙霧中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化劑，對人體呼吸系統有直接影響：嗆人、眼睛刺激等。最著名的事件發生在1950年代的洛杉磯，一般認為，當時在短短數天內就有幾百個老人因呼吸系統衰竭而死亡。國內外許多大城市後來也發生過光化學污染事件。
現在我們面對的“霧霾”已經與倫敦、洛杉磯的污染不同，對健康的直接危害也小了許多，這些都是吸取西方發達國家經驗教訓後的進步。而要解決新的問題還有待中國全社會的努力。）
氣候和地形條件對霧霾的影響有多大？能直觀展現嗎？
王躍思：以2014年2月19日～28日的北京地區為例，19日白天，北京地區在西北風控制下，PM2.5濃度在30微克/立方米左右，到當天傍晚，風向從東北風開始轉變為西南風，污染水平就開始上升了。PM2.5濃度在1小時內從30增長到150微克/立方米，急速增長了4倍！繼而在24小時內從150升至350微克/立方米。
最上面的箭頭表示風向，RH表示相對濕度，T表示温度
在後續的重霾污染持續的過程中，靜風為主，高濕逆温，混合層高度很低，只有800 米左右，這些都為重霾污染的發展和保持形成了極有利的條件。在這次重霾污染的最後階段（2 月27 日）出現了一次降水，颳着北風，風速突然加大，有效地消除了空氣中的顆粒物。可惜，在重霾結束後不久的幾個小時之內，又刮來一陣東風，使這一區域的細顆粒物濃度再次上升。
從圖中可以看出，在重霾污染髮生之前和之後，都颳着北風，污染物水平才會下降。風向和風力完全控制住了京津冀地區的大氣污染物水平。
霧霾垂直擴散圖：上圖為2014年2月19日中午，天空晴朗，混合層高度可達到3500米以上；下圖為20日以後，混合層高度只有800米左右，嚴重時只有300-400米，相當於地面排放的污染物被壓縮了10倍
基於天氣圖我們發現，北京地區中東部大氣處於靜穩狀態（氣壓梯度力低），不利於污染物的擴散。周邊區域的污染物從平原地區向北京山前地區聚攏，三面環山的地形使北京本地的污染又擴散不出去，就會在這裏進一步發生化學反應，進一步增加污染物的濃度，所以北京的空氣污染水平就會迅速上升。
2014年2月21日衞星圖片
蔣大和：霧霾和氣象條件密切相關：風向風速、混合層厚度和擴散條件。因此現在“霾污染”基本上可以由氣象方面來預報，還相當準確。
汽車尾氣是霧霾形成的主因嗎？
蔣大和：重霾污染中PM2.5 的主要成分都是硫酸鹽、硝酸鹽和可溶性有機碳。根據我國環保部門2012年開始的關於PM2.5監測和源解析成果，造成重霾的主要污染源是燃煤、工業和汽車尾氣。
HEI（美國健康影響研究所）2010年有一個關於汽車尾氣健康影響的文獻綜述，結論是尾氣有影響，但因為研究成果不夠多，所以不能得出結論。但為什麼細顆粒物的人體影響的報告就很多很多呢？據説HEI相當部分研究經費來自汽車商！而HEI還是2013年3月31日在北京發佈研究成果（《柳葉刀》雜誌大文章）的領頭研究單位。
王躍思：其實，在科學界，京津冀地區的污染來源沒有太大爭議。工業及取暖燃煤、機動車及相關產業、重化工和揚塵是前四大污染源，其他還有農牧業的氨氣排放、季節性秸稈燃燒、大城市的餐飲業和居民餐飲面源、建築塵和裝修溶劑揮發等。
我國人口超過一千萬的超大城市，機動車及相關過程造成的大氣污染份額很高。以北京為例，機動車對PM2.5 的貢獻20-50%。道路擁堵，使機動車排放污染物的數量呈5-10 倍上升。目前我們的研究已經證實，大量機動車排放的氮氧化物促進了燃煤排放二氧化硫向PM2.5 的轉化。這在發達國家的歷史上幾乎是沒有過的。
那麼能根據污染物中硝酸根（或氮）的含量，直接得出汽車尾氣的“貢獻”比例嗎？
蔣大和：我看到一些最新的SCI文章，數據無可懷疑，但問題在分析和評論上。例如，“源解析”做出硝酸根略多於硫酸根，因此就認為汽車貢獻為主，但做大氣污染大環境研究的專家常常不瞭解大氣污染控制工程裏的知識。
例如，氮氧化物的產生有三個機制：高温時空氣中的N和O反應；有HC（碳氫化物）活性分子時空氣中N和O的反應；以及燃料本身含N……其中高温（熱機制）是很重要的一種，因此燒煤也排放很多氮氧化物……
我國燃煤除排放二氧化硫和煙塵外，排放的氮氧化物超過機動車尾氣。石化和煉焦等工業過程還排放大量碳氫化物。
另外，下圖中未標出的民用燃煤採暖等面源和低矮污染源，也是碳氫化物的重要來源。
還有汽車揚塵呢？
蔣大和：我認為汽車揚塵影響範圍較小，在發生霧霾時，汽車揚塵的貢獻相當小，所以不提起。
但在一些乾旱地區，道路路面條件又不好（土路），又近建築工地，汽車揚塵可能很嚴重，但也是局部地區的。一方面，發生霧霾時，都説“靜穩”天氣，風小擴散能力較差，揚起的塵土飛不起來的。有些地方有“浮塵”，例如沙塵暴過後，但也不是霧霾鋪天蓋地那一種，性質不同。
（觀察者網注：中科院博士後、微博名“大臉撐在小胸”的觀察者網專欄作者李汀，在評論文章中引用某項研究，表示PM2.5還有一個貢獻，“土壤塵”，佔15%。“土壤塵一般包括道路上的揚塵揚沙和建築工地上的揚塵揚沙。在北京這樣的城市裏，道路揚塵揚沙幾乎全是因為機動車行駛，大概佔一半左右。”在此特呈現不同專家的觀點，以資讀者參考，但請注意，蔣大和教授指的是“霧霾”，而李汀指的是PM2.5，請閲讀前文，比較兩者的區別。）
“做飯導致霧霾”靠譜嗎？
王躍思：“做飯導致霧霾”是以偏概全的解釋。這裏的“做飯”應泛指“整個餐飲業和居民餐飲活動的排放”。我們根據長時間對霾成分的分析後發現，“餐飲”還真是城市的一個污染源。你不能小看它，根據我們的分析，它對PM2.5的貢獻比例在重霾時段也能達到10%左右。每天會出現兩次污染高峯，一次是中午，一次是晚上。做飯時段餐飲的標誌性污染物比平時高3-4 倍，甚至到5倍。
霧霾和水真有關係嗎？
蔣大和：香煙、油氣、尾氣裏的顆粒物因為是直接排放，被稱為是“一次污染物”。“霧霾”兩個詞都帶“雨”字頭，因為它們會吸濕增長，從不可見變為可見，不僅增強了散射能力，也增強了吸收能力，因此呈灰色。霧也散射，但基本是透射和反射，少吸收，因此呈白色。
（觀察者網注：人大重陽金融研究院賈晉京研究員此前評論説，霧霾最重要的成分其實是水蒸氣。是水蒸氣導致幾百種各類成分結合成氣溶膠，成為觀感很差的霧霾。減少水蒸氣會帶來藍天，美國之所以有藍天就是這個原因。但這並沒有減輕環境中的可吸入顆粒物，只是水溶膠少了罷了。減少工業排放，會有利於健康，但不會減少霧霾，不會帶來藍天。）
霧霾對健康的影響有多大？
蔣大和： 污染物健康影響的重要研究方法是研究其相關性。霧霾中的細顆粒物肯定對人體健康有影響，特別是呼吸道，因此重霾期間呼吸道、心血管系統發病率高是可以理解的。但現在還不能證明硫酸鹽、硝酸鹽等“二次細顆粒物”對健康的影響，較香煙、油煙和汽車尾氣裏的“一次細顆粒物”更加嚴重。
真正有重霾污染的，一年有多少天？但我們可是天天要下廚房，天天要過馬路吸入汽車尾氣。而且汽車尾氣裏不僅有黑碳和高分子碳氫一類的細顆粒物，還有抱怨油品不好時的依據：添加劑！在沒有霧霾時，又要吸入多少？
我認為，對於霧霾，燒煤不脱硫（其實應加上脱硝）是主兇，汽車尾氣和油品是次兇；對人體健康，汽車尾氣和油品是最大凶手，霧霾居於次要地位。
因為考慮香煙煙氣、烹調油氣和汽車尾氣的生成、組分，以及和離人體的距離更近，接觸機會更多，更加有毒，更容易導致慢性疾患如肺癌。即使北京空氣質量好的時候，那些交警、那些路人、那些餐館廚師，那些屬於特殊工種必須暴露在細顆粒物下的人員，呼吸PM2.5是不是更容易致病？如果擔心健康，首先要戒煙，少油炸，少開車。
（本文摘編自蔣大和教授博客及其發表於《現代物理知識》第26卷第2期的文章《圖説‘霧霾’和PM2.5》，以及王躍思研究員發表於《科學世界》2014年第4期的文章《霾從哪裏來》，歡迎作者與觀察者網聯繫。
蔣大和是同濟大學環境科學與工程學院教授、博士生導師，研究方向為湍流擴散理論、空氣質量模式、酸雨模式、環境信息及決策支持系統、有毒有害物質事故排放應急管理、複雜地形風場模擬等。王躍思是中國科學院大氣物理研究所研究員、博士生導師，國家傑出青年基金獲得者和國務院政府特殊津貼獲得者，主持中國科學院戰略先導專項B類“大氣灰霾溯源”項目，主攻方向為大氣氣溶膠和霾污染化學。）