城市混浊岛效应、雾岛效应
现代城市被科学家称之为“气候岛”,主要有“五岛效应”,其中城市热岛效应最为著名,但“雾岛效应”、“雨岛效应”、“干岛效应”、“混浊岛效应”的影响也不容忽视。在上两期“地理效应”专题中,我们介绍了城市热岛效应,干岛效应、雨岛效应、湿岛效应等效应。今天咱们一起来认识浑浊岛效应和雾岛效应。
(一)混浊岛效应
混浊岛效应是指城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集,致使排出的污染气体和空气中的尘埃等混浊程度都大大高于周边地区,形成“混浊岛”。而尘埃等混浊物恰恰是云层中的水汽变成降雨最需要的“凝结核”,于是产生了这样的效应:城市上空的凝结核越多,水汽就越容易在此凝结造成降水,从而增加雨量。
1、形成
投射到地表的太阳辐射,可以分为两部分:一部分是以平行光线方式射来的直接阳光,称为太阳直接辐射(S);另一部分是太阳辐射经过地球大气圈时,因为受到空气分子、悬浮颗粒物和云粒的散射作用而向四面八方散射出的光亮,称为散射辐射(D)。
在相同强度的太阳辐射下,混浊空气中的散射粒子多,其散射辐射比干洁空气强,直接辐射则大为削弱。气象学者乃以D/S表示大气的混浊度(又称混浊度因子)。城市中因工业生产、交通运输和居民炉灶等排放出的烟尘污染物比郊区多。这些污染物又大都是善于吸水的凝结核。城市中垂直湍流比较强,因此有利于低云的发展。大量观测资料证明,城区的低云量多于附近郊区,这就使得城市的散射辐射比郊区强,直接辐射比郊区弱,大气的混浊度显著大于郊区。
以上海为例,根据近27年的辐射资料统计平均上海台的混浊度D/S为1.17。比同时期十个郊区站的混浊度D/S平均要大15.8%。在上海混浊度分布图上,城区呈现出一个明显的混浊岛,在国外许多城市都有类似现象。
2、主要表现(1)城市大气中的污染物质比郊区多。(2)低云量和以低云量为标准的阴天日数远比郊区多,城市大气中因凝结核多,低空的热力湍流和机械湍流又比较强。(3)混浊度强:城市大气中因污染物和低云量多,使日照时数减少,太阳直接辐射(S)大大削弱,而因散射粒子多,其太阳散射辐射(D)却比干洁空气中为强。在以D/S表示的大气混浊度(又称混浊度因子)的地区分布上,城区明显大于郊区。(4)城区的能见度小于郊区。
这是因为城市大气中颗粒状污染物多,它们对光线有散射和吸收作用,有减小能见度的效应。当城区空气中二氧化氮浓度极大时,会使天空呈棕褐色,在这样的天色背景下,使分辨目标物的距离发生困难,造成视程障碍。此外城市中由于汽车排出废气中的一次污染物——氮氧化合物和碳氢化物,在强烈阳光照射下,经光化学反应,会形成一种浅蓝色烟雾,称为光化学烟雾,能导致城市能见度恶化。美国洛杉矶、日本东京和我国兰州等城市均有此现象。
3、影响(1)减少城市日照。(2)降低能见度。飘尘浓度愈大,混浊岛效应愈明显,市区能见度下降愈大。(3)出现低湿的城市“浊雾”。市区由于大气污染,低空吸水性核丰富,往往在相对湿度不到%,甚至在90%以下时亦有“浊雾”出现。(4)市区降水酸度及酸雨频率大于郊区。
(二)雾岛效应
所谓“雾岛效应”,其原因主要是城市颗粒污染物增加,凝结核过多,引起雾日的增加,甚至形成雾霾天气的现象。如伦敦为国际著名的雾都,重庆为我国的雾都,除了自然条件的原外,城市雾岛效应也是重要因素。此外,除了正常的雾外,有人把城市的“烟雾”也包含在其中,这样象洛杉矶著名的光化学烟雾事件也被视为城市雾岛效应的一个实例。雾岛效应中的污染物可以大致分为硫氧化合物、氮氧化合物、碳氢化合物和碳的氧化物等。
很多人近年来对城市雾岛效应早已不再陌生。年,“雾霾”成为年度关键词。这一年的1月,4次雾霾过程笼罩30个省(区、市),在北京,仅有5天不是雾霾天。有报告显示,中国最大的个城市中,只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准,与此同时,世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。
雾岛效应形成的雾霾,顾名思义是雾和霾,但是雾和霾的区别很大。
雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。多出现于秋冬季节(这也是年1月份全国大面积雾霾天气的原因之一),是近地面层空气中水汽凝结(或凝华)的产物。雾的存在会降低空气透明度,使能见度恶化,如果目标物的水平能见度降低到0米以内,就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结(或凝华)物的天气现象称为雾。如果目标物的水平能见度在0~00米的这种现象称为轻雾或霭。形成雾时大气湿度应该是饱和的(如有大量凝结核存在时,相对湿度不一定达到%就可能出现饱和)。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大,因而雾看起来呈乳白色或青白色和灰色。
霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的。它也能使大气浑浊,视野模糊并导致能见度恶化,如果水平能见度小于00米时,将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾或灰霾,香港天文台称烟霞。
雾霾天气图形符号雾和霾相同之处都是视程障碍物。
但雾与霾的形成原因和条件却有很大的差别。雾是浮游在空中的大量微小水滴或冰晶,形成条件要具备较高的水汽饱和因素。
一般相对湿度小于80%时的大气混浊,视野模糊导致的能见度恶化是霾造成的,相对湿度大于90%时的大气混浊,视野模糊导致的能见度恶化是雾造成的,相对湿度介于80~90%之间时的大气混浊,视野模糊导致的能见度恶化是雾和霾的混合物共同造成的,但其主要成分是霾。霾的厚度比较大,可达1~3公里左右。
出现雾时空气相对湿度常达%或接近%。雾有随着空气湿度的日变化而出现早晚较常见或加浓,白天相对减轻甚至消失的现象。出现雾时有效水平能见度小于1KM。当有效水平能见度1~10KM时称为轻雾。雾是指大气中因悬浮的水汽凝结,能见度低于1公里时的天气现象。
霾在发生时相对湿度不大,而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时,相对湿度不一定达到%就可能出现饱和)。霾是由汽车尾气等污染物造成的。相对湿度介于80~90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的。
当水汽凝结加剧、空气湿度增大时,霾就会转化为雾。霾与雾的区别在于发生霾时相对湿度不大,而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时,相对湿度不一定达到%就可能出现饱和)。
形成原因
城市雾岛的成因主要有:
1、在水平方向静风现象增多。
城市里大楼越建越高,阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱。静风现象增多,不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释,容易在城区和近郊区周边积累。
2、垂直方向上出现逆温。
逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空,这种高空的气温比低空气温更高的逆温现象,使得大气层低空的空气垂直运动受到限制,空气中悬浮微粒难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。
3、空气中悬浮颗粒物和有机污染物的增加。
随着城市人口的增长和工业发展、机动车辆猛增,汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧等导致污染物排放和悬浮物大量增加。
具体危害
1、对人体产生的危害:
雾气看似温和,里面却含有各种对人体有害的细颗粒、有*物质达20多种,包括了酸、碱、盐、胺、酚等,以及尘埃、花粉、螨虫、流感病*、结核杆菌、肺炎球菌等,其含量是普通大气水滴的几十倍。与雾相比,霾对人的身体健康的危害更大。由于霾中细小粉粒状的飘浮颗粒物直径一般在0.01微米以下,可直接通过呼吸系统进入支气管,甚至肺部。所以,霾影响最大的就是人的呼吸系统,造成的疾病主要集中在呼吸道疾病、脑血管疾病、鼻腔炎症等病种上。同时,灰霾天气时,气压降低、空气中可吸入颗粒物骤增、空气流动性差,有害细菌和病*向周围扩散的速度变慢,导致空气中病*浓度增高,疾病传播的风险很高。
2、对生态环境和交通造成的危害:
(1)影响交通安全
雾霾天气时,由于空气质量差,能见度低,容易引起交通阻塞,发生交通事故。在日常行车行走时更应该多观察路况,以免发生危险。
(2)阴霾天气更易致癌
雾霾天气时光照严重不足,接近底层的紫外线明显减弱,使得空气中细菌很难被杀死,从而传染病的概率大大增加。中国工程院院士、广州呼吸疾病研究所所长钟南山曾在某论坛上指出,近30年来,我国公众吸烟率不断下降,但肺癌患病率却上升了4倍多。这可能与雾霾天增加有一定的关系。不但浓雾缠绕、能见度非常低的天气会对人体健康产生影响,时而有雾时而多云的天气也会有同样的问题。
(3)影响生态环境
雾霾天气对公路、铁路、航空、航运、供电系统、农作物生长等均产生重要影响。雾、霾会造成空气质量下降,影响生态环境,给人体健康带来较大危害。
长按