四、2015年誰偷走了內蒙古的風
據內蒙古氣象局衛星遙感資料顯示,12日內蒙古全區持續大霧天氣,全區受影響面積為361735平方公里,占全區總面積的30.7%。其中阿拉善盟等中西部地區的最小能見度不足百米,局地能見度僅為10米,大霧天氣曠日持久,多地達到有氣象記錄的50余年來持續時間最長、強度最強的大霧天氣過程。
2014年“誰偷走了北京的風”的討論在耳猶存,2015年風電之源的內蒙古也重蹈北京的霧霾之苦,這是偶然還是必然?2015年誰又偷走了內蒙古的風?
1. 2014-2015年月亮赤緯角極小值導致南北向風力減弱
我們在2013年10月29日指出,2014-2016年為月亮赤緯角最小值時期,潮汐南北震蕩幅度變小,冷空氣活動減弱,有利于霧霾天氣的生成。
2013年霧霾天氣加重只是前兆,今后三年可能持續加重。
我們在2013年12月5日指出,月亮赤緯角最小值有利于霧霾天氣:今后三年持續加重。
2014年開始至今,在全球范圍內,極端天氣頻發。暴雪、龍卷風、暴雨、強震、高溫、低溫凍害、中國霧霾等災害頻繁發生,很多人將其歸因于尚未發生的厄爾尼諾現象,顛倒了因果關系,忽視了真正的災害元凶。我認為,全球災害頻發的原因在于2014至2016年正處于月亮赤緯角最小值時期。
我們在2015年1月25日指出,厄爾尼諾和最熱年可能重現江湖。如果2015年發生厄爾尼諾事件,高溫、干旱、洪水將接連發生。監測厄爾尼諾非常關鍵。
2014年為太陽黑子峰值,2014-2016年為月亮赤緯角最小值時期,2015年如果發生較強厄爾尼諾,那麼2015年的嚴重災害將持續發生:強震、流感、旱澇、霧霾和嚴重低溫凍害。
我們在2015年11月3日指出,從11月12-15日潮汐組合開始,強潮汐出現在月亮赤緯角最大值,有利于厄爾尼諾和霧霾的發展。
2015年11月至2016年1月霧霾進入高潮。
11月12-15日潮汐組合是重要的霧霾變強預兆。
這一預測到到証實。
潮汐組合C:11月12日為日月大潮,11月15日月亮赤緯角極大值南緯18.1954度,兩者強疊加,潮汐強度大,地球扁率變小,自轉變快,有利于厄爾尼諾發展(強),潮汐使赤道空氣向兩極流動,可激發地震火山活動和暖空氣活動,有利于低層偏南風的發展,帶來較多水汽,造成部分地方出現大霧天氣(強)。
潮汐組合D:11月19日為日月小潮,11月21日為月亮赤緯角最小值南緯0.0003度。兩者強疊加,潮汐強度變小,地球扁率變大,自轉變慢,有利于拉尼娜發展(弱),潮汐使赤道空氣向兩極流動,可激發地震火山活動和冷空氣活動(弱)。
潮汐組合E:11月26日為日月大潮,11月24日為月亮近地潮,11月28日為月亮赤緯角最大值北緯18.2301度。三者弱疊加,兩者強疊加,地球扁率變為最小,地球自轉變為最快,有利于厄爾尼諾發展(強),潮汐使赤道空氣向兩極流動,可激發地震火山活動和暖空氣活動,有利于低層偏南風的發展,帶來較多水汽,造成部分地方出現大霧天氣(強)。
我們的研究表明,2014-2016年月亮赤緯角極小值是導致我國霧霾高發的天文背景,2015年12月至2016年1月為弱潮汐時期,增強我國的季節性霧霾。2015年厄爾尼諾和高溫干旱是霧霾高發的氣象條件。2015-2016年霧霾高發不可避免,減輕霧霾是一項極其艱巨的任務。
我們在2014年4月撰文指出,1998年是最熱的年份,1995-1997年月亮赤緯角最小值產生的弱潮汐南北震蕩是原因之一;自1998年以后,全球氣溫呈波動下降趨勢,2005-2007年月亮赤緯角最大值產生的強潮汐南北震蕩是原因之一。當月亮在南(北)緯28.6度(月亮赤緯角最大值)時,高潮區在12小時后從南(北)緯28.6度向北(南)緯28.6度震蕩一次,大氣和海洋的南北震蕩將產生巨大的能量交換並攪動深海冷水上翻到海洋表面降低氣溫。這是以18.6年為周期的潮汐南北震蕩作用比其他周期的潮汐東西震蕩作用更顯著的原因。太陽在南北回歸線時也會產生潮汐南北震蕩運動。2014-2016年月亮赤緯角最小值可能導致中國干旱和全球高溫(楊冬紅等,2008)。
月亮赤緯角變化還會產生27.3天和13.6天的大氣潮和海洋潮南北震蕩幅度變化周期,對形成霧霾的靜穩天氣有重要影響(LiG Q, 2005)。中國氣象局的數據顯示,2013年12月初的霧霾波及25個省份,100多個大中型城市,安徽、湖南、湖北、浙江、江蘇等13地霧霾天數均創下歷史紀錄。權威數據顯示,今年以來,全國平均霧霾日數為29.9天,較常年同期偏多10.3天,達到52年來的峰值。2014-2016年月亮赤緯角最小值導致2013年霧霾高發,並將在今后三年持續高發。52年前,1959-1960年月亮赤緯角最小值導致前一周期的霧霾高發。
根據月亮赤緯角極值與日月大潮的疊加可計算得出,每年11月至次年1月的潮汐組合類型有利于霧霾的形成,每年2月-4月的潮汐組合類型不利于霧霾發生;每年5-7月潮汐組合類型有利于霧霾發生,每年8-10月潮汐組合類型不利于霧霾發生,潮汐組合類型轉化的周期為6個月。這個半年周期是固定的,每年都是這樣(楊冬紅等,2007a)。與霧霾季節性相疊加,霧霾頻發期是每年的1月和12月。
吳兌等人指出,1951-2005年中國大陸霾的時空分布特征明顯,就中國大陸而言,12和1月霾天氣日數明顯偏多,2個月霾日數的總和達到了全年的30%;9月霾天氣日數最少,約占全年的5%(吳兌等,2010)。這一研究結果與潮汐類型的劃分完全一致。2013年的中國霧霾首發在1月,並于12月進入高潮。預計2014年1月會仍保持高發態勢。作者的理論推導在科學綱上得到2014年1月實踐的驗証,表明大氣潮對天氣和霧霾影響的真實存在
我們在2014年指出10月長春緣何多霾,2015年的霧霾會繼續加重。
月亮赤緯角最大值形成大氣和海洋潮汐南北震蕩的最大振幅(南北緯28.6度之間),形成赤道和兩極最強烈的冷熱交換,導致赤道和低緯度地區變冷,兩極和高緯度地區變暖;月亮赤緯角最小值形成大氣和海洋潮汐南北震蕩的最小振幅(南北緯18.6度之間,比最大值減少了三分之一還強),形成赤道和兩極最微弱的冷熱交換,導致赤道和低緯度地區變暖,兩極和高緯度地區變冷。
2. 過度利用風能發電也可能導致南轅北轍
我們在2010年指出,北半球最近30年風速減慢的研究提出如下兩個重要課題:其一,風速減慢是否與人為因素有關?其二,利用風能是否存在負面效應。
事實上,大陸集中在北半球,比森林高得多的城市高層建築密布在沿海地區,阻擋陸海之間的季風循環,是北半球最近30年風速減慢的人為原因。密布在大陸內部的高架橋、高速公路、高速鐵路如蜘蛛綱,也是減慢內陸風速的重要原因。風力發電機利用風能發電,更是風速減慢的重要人為因素,這表明,天下沒有免費的午餐,風能利用也要付出相應的代價。
由溫差產生的大氣環流是信風和季風形成的主要原因,其結果是均衡赤道和兩級、大陸和海洋之間的溫差,營造全球正常均衡的氣候變化。人為降低風速,阻礙大氣環流的正常運作,可造成熱帶地區更熱、寒帶地區更冷的極端氣候頻發,是嚴重氣象災害發生的根本原因。近年來頻繁發生的城市內澇與城市減慢風速、雲層阻擋在城市上空有關。由于城市減慢風速和改變風的方向,大城市的無序擴張將導致周圍農村大氣環流的改變和洪澇災害的頻繁發生,這些問題需要認真深入地研究和解決。
最典型的例子是"三北防護林"工程。三北防護林是防治沙塵暴的成果,也是2013年中國霧霾高峰的生成原因。近年來北京的沙塵暴確實減少了,但是,北京的霧霾也確實在突飛猛進:一種災害的防治意味著另一種災害的增強。災害防治不能頭痛醫頭腳痛醫腳,應該綜合防治,合理布局。
五、中國處于霧霾聚集的特殊氣候環境
霧霾中的固體顆粒不會在幾天內沉降到地面,顆粒越細微在大氣中漂浮的時間就越長,“自產自銷”只是一個美麗的神話,全球循環才是客觀事實。
1999年,一個國際科學合作項目——印度洋試驗(INDOEX)在印度洋上空發現了所謂的“亞洲棕色雲團”(Asian Brown Clouds,簡稱ABC),其厚度約3公里,面積相當于美國陸地面積大小。棕色雲團的成分包括含碳顆粒物、有機顆粒物、硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等,其主要來源是化石燃料、生物燃料的燃燒和火山噴發物。棕色雲團對亞洲乃至全球的氣候和環境都有很大影響,廣州等地經常出現的灰霾天氣,就被認為與棕色雲團有關。
世界上已有13座超大城市(megacity)被確認為棕色雲團熱點城市,分別是:北京、上海、深圳、曼谷、開羅、達卡、卡拉奇、加爾各答、拉各斯、孟買、新德里、漢城和德黑蘭。絕大部分集中在亞州地區。
棕色雲團的活動規律與印尼火山灰相似:火山噴發物到達的高度為1—40 km;持續時間為幾星期至10多年。低緯度火山噴發能擴散到全球,在中高緯度保持最大濃度,最后在極冠落下。根據全球大氣循環的哈得來環流,印尼火山灰在赤道升入高空,向北流動的部分在北緯30度下沉分成兩個分支,向南分支流過中國南方,返回赤道;向北分支流過中國北方,在北緯60度升上高空,因此棕色雲團和印尼火山灰可以在中國大部分地區形成霧霾災害。
在北半球,向北流動氣流的霧霾密度隨緯度圈周長的縮小而增大(稱為聚集區),向南流動氣流的霧霾密度隨緯度圈周長的擴大而減小(稱為擴散區)。這是北緯30度以北地區霧霾較重而北緯30度以南地區霧霾較輕的自然原因。印度的地理緯度處于霧霾的擴散區,中國的地理緯度處于霧霾的集聚區,在同等污染的條件下,中國的霧霾會比印度更嚴重。
根據工業化規律、地理特殊位置、大氣循環特征和地形地貌特征,亞洲是大氣污染的重災區,中國是全球大氣污染的主要受害者,發達國家的污染轉移政策是主要根源。中國霧霾治理不僅僅是一個城市、一個地區、一個國家的局部工程,而且是全球范圍的整體工程。中國的地理位置決定了霧霾災害集中發生的必然性,亞洲乃至全球霧霾整體防治才能從根源上解決問題。