北京霧霾天氣形成原因很多的，至于為什么這么嚴(yán)重，那就說來話長了，結(jié)論在最后。
霧霾，是由水汽和粉塵混合而成的。霧我們把它稱之為水汽，霾，被稱為粉塵。當(dāng)粉塵和水汽同時(shí)出現(xiàn)時(shí)（多數(shù)情況），就是我們通常所說的霧霾。
概括來說是由于大氣中的空氣污染物和氣象方面的原因。那么從這兩方面入手分析一下北京霧霾現(xiàn)象：
1.為什么霧霾通常見于秋冬季？(冬季能源消耗的影響后面會(huì)提到)
逆溫現(xiàn)象：一般情況下，大氣溫度隨著高度增加而下降，即是說在數(shù)千米以下，總是低層大氣溫度高，高層大氣溫度低，顯得“頭重腳輕”。這種大氣層結(jié)構(gòu)容易發(fā)生上下翻滾，即“對流”運(yùn)動(dòng)，可將近地面層的污染物向高空乃至遠(yuǎn)方輸散，從而使城市空氣污染程度減輕。對人體健康影響不大?？墒窃?b>某些天氣條件下，地面上空的大氣結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的反?，F(xiàn)象，“頭輕腳重”從而導(dǎo)致大氣層結(jié)（層次結(jié)構(gòu)）穩(wěn)定，氣象學(xué)家稱之為“逆溫”，發(fā)生逆溫現(xiàn)象的大氣層稱為“逆溫層”。
逆溫現(xiàn)象的主要原因逆溫現(xiàn)象的原因好幾種，我主要講述一下關(guān)于秋冬季逆溫高發(fā)的原因：輻射逆溫：對于冬季來說，主要是地面輻射冷卻作用而導(dǎo)致近地面層氣溫迅速下降。當(dāng)寒流襲擊過后，地面受冷氣團(tuán)控制，天晴風(fēng)小氣溫低，特別到了晚上，地面熱量大量地向高空散發(fā)（輻射），使近地面氣溫迅速下降，而上層大氣溫度下降較慢，從而出現(xiàn)“逆溫”（即溫度隨高度升高而升高）。
我們看下這張圖，污染物和水汽由于逆溫層的存在，對流不順暢，導(dǎo)致污染物不能及時(shí)排至上空，而穩(wěn)定富集。
逆溫現(xiàn)象的危害：冬天里“逆溫”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，在“逆溫”造成大霧茫?；蛭廴緡?yán)重時(shí)，人們應(yīng)減少晨練及室外活動(dòng)時(shí)間，盡力避免“逆溫”帶來的危害。歷史上也有因?yàn)槟鏈靥鞖舛斐傻臑?zāi)害。比如1952年12月5-8日發(fā)生的倫敦?zé)熿F事件的罪魁禍?zhǔn)拙褪莻惗厣峡粘霈F(xiàn)的異常的逆溫層，它就像一個(gè)大鍋蓋一樣，深深地蓋著這座西方文化名城。它所造成的巨大災(zāi)難，也使倫敦?zé)熿F事件成為20世紀(jì)十大環(huán)境公害事件之一。1952年12月5日~9日，英國發(fā)生了震驚全球的倫敦?zé)熿F事件，整個(gè)城市籠罩在一片濃煙之中，釀成了10000多人死亡的“世紀(jì)悲劇”。1955年美國的洛杉磯發(fā)生了嚴(yán)重的光化學(xué)煙霧事件，當(dāng)?shù)?5歲以上的老人近400人因污染造成心肺衰竭死亡……科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些重大污染事件的發(fā)生，除因污染嚴(yán)重外，還與一個(gè)重要現(xiàn)象——逆溫有關(guān)。在對流層，一般情況下，大氣溫度表現(xiàn)為上冷下暖。但是，在有些時(shí)候、某些地區(qū)、在某種條件下會(huì)出現(xiàn)大氣溫度上暖下冷的反?，F(xiàn)象，我們稱之為“逆溫”。此時(shí)，大氣的對流運(yùn)動(dòng)大大減弱，并非常穩(wěn)定，這樣會(huì)使得一些大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)污染物不能擴(kuò)散，而大量聚集在對流層底部，大大加劇了大氣污染的程度，危及人們的健康。例如，美國洛杉磯20世紀(jì)以來空氣污染日益嚴(yán)重的原因，就是由于其地形、氣候、洋流等多種因素的影響，使得該地區(qū)每年有200多天會(huì)出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，當(dāng)?shù)厝找嬖龆嗟钠嚺欧诺奈矚庥蛛y以擴(kuò)散，造成了嚴(yán)重的污染事件。
2.大氣中的空氣污染物對霧霾的影響
改革開放以前，霧霾現(xiàn)象就遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在這么嚴(yán)重 。北京霧霾形成的原因是空氣中污染物含量的升高，而這些污染物主要是可吸入顆粒物（PM10，包括 PM2.5）、二氧化硫以及二氧化氮等。
這些空氣污染物含量的增加主要是人為因素引起的，這些因素包括經(jīng)濟(jì)因素和社會(huì)因素。中國自改革開放以來就過度追求經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并在經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)上唯 GDP 至上，一味的追求 GDP 的快速增長，這就造成了投資結(jié)構(gòu)的不合理，過度地依賴低端產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，忽略了科技的發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)中，高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，能源過度消耗，并且能源結(jié)構(gòu)以化石燃料為主，造成了空氣污染物（二氧化硫 、二氧化氮 、可吸入顆粒物等）含量的增加。
機(jī)動(dòng)車因素
私家車的數(shù)量自1978數(shù)量持續(xù)上升，到 2013 年北京地區(qū)已將超過了 500萬輛，機(jī)動(dòng)車尾氣排放量以及地面揚(yáng)塵也隨之增加 。
汽車尾氣污染物包括主要有 CO， NO 、NO2， SO2， HC， 顆粒物和臭氧等。
人口因素
北京，相比其他城市擁有更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，醫(yī)療資源和教育資源，導(dǎo)致北京人口大規(guī)模的增加，到 2013 年北京市常住人口已經(jīng)達(dá)到 2 114.8 萬人，人口的快速增加，不僅導(dǎo)致對能源等的消費(fèi)的增加，能源消耗產(chǎn)生的污染物主要有顆粒物、不完全燃燒產(chǎn)生的CO，所含硫燃燒產(chǎn)生的SOx,以及空氣中氮?dú)夂脱鯕庠诟邷厝紵蟹磻?yīng),產(chǎn)生的NOx, 從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，北京霧霾天氣的大氣污染物主要來源于燃煤廢氣排放、油品燃燒廢氣排放、天然氣燃燒排放等途徑。
同時(shí)使得房屋價(jià)格迅速攀升，許多人不得不居住在較遠(yuǎn)的郊區(qū)，造成人們對交通運(yùn)輸?shù)倪^度依賴，增加了污染物的排放；隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，建筑面積和建筑高度不斷增加，對空氣流動(dòng)起了阻礙作用，更加不利于空氣污染物的擴(kuò)散，加重了北京的霧霾現(xiàn)象。
3.污染物排放分析：
燃煤廢氣排放:
燃煤導(dǎo)致的PM2.5主要有三個(gè)方面，一是煤燃燒所形成的煙氣中含有細(xì)顆粒物，二是煙氣中SOX、NOX經(jīng)光化學(xué)作用形成的二次硫酸鹽和硝酸鹽，三是煤本身含有的揮發(fā)性有機(jī)物不完全燃燒進(jìn)入到空氣中。
2012年，北京、天津和河北煤炭消費(fèi)量分別為2 365萬噸、4 000萬噸、2.7億噸，三地合計(jì)3.34億噸。煤的含硫量一般為1%～3%，工業(yè)鍋爐每燃燒1噸標(biāo)準(zhǔn)煤，會(huì)產(chǎn)生SOx 8.5千克、NOx 7.4千克，小鍋爐和分散使用其排放更高。以此計(jì)算，京津冀三地每年燃煤排放SOx高達(dá)284萬噸，排放NOx達(dá)47萬噸，其二次反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鹽、硝酸鹽也是大氣污染物中對人體傷害最大的成分。
京津冀地區(qū)煤的使用主要集中在三個(gè)方面。一是鋼鐵生產(chǎn)。2011年京津冀地區(qū)鋼材年產(chǎn)量在2.47億噸（見表1），按1噸鋼耗煤650千克計(jì),鋼鐵生產(chǎn)年耗煤大約在1.6億噸。二是火力發(fā)電和熱電供應(yīng)。按每千瓦時(shí)電力耗煤300克計(jì)，京津冀地區(qū)火電裝機(jī)容量2011年為5513萬千瓦，估計(jì)年耗煤1.28億噸。三是水泥生產(chǎn)。按1噸水泥耗煤100千克計(jì)，京津冀地區(qū)水泥產(chǎn)量1.64億噸，年耗煤在.16億噸。以上三項(xiàng)合計(jì)耗煤約為3億噸，占京津冀地區(qū)總耗煤量（3.34億噸）的90%。鋼鐵、火電和水泥三項(xiàng)每年在京津冀地區(qū)產(chǎn)生的SO x為255萬噸、NOx為222萬噸。
油品燃燒廢氣排放
從京、津、冀三地主要煉油和乙烯裝置分布看，包括燕山、天津、大港、華北石化公司在內(nèi)的總煉油能力達(dá)3 850萬噸/年。2005-2010年京津冀三地汽油、柴油消費(fèi)量分別見圖1及圖2。三地目前汽車保有量大約1500萬輛（北京500余萬輛，天津200余萬輛，河北700余萬輛），成品油年消費(fèi)大約在2 000多萬噸。目前北京實(shí)行京Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)（相當(dāng)于歐Ⅴ），天津2013年將實(shí)行國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)（相當(dāng)于歐Ⅳ），河北實(shí)行國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)（相當(dāng)于歐Ⅲ），即
使以硫含量最高的國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，京津冀地區(qū)機(jī)動(dòng)車所產(chǎn)生的SOx為6 000余噸，NOx
大約在20萬噸左右，遠(yuǎn)小于煤炭燃燒所貢獻(xiàn)的污染總量。一般而言，柴油車的PM2.5要高于汽油車，因內(nèi)燃機(jī)燃燒方式不同，柴油車尾氣中不完全燃燒的烴類有機(jī)物和細(xì)顆粒物高于汽油車；低于國Ⅰ排放標(biāo)準(zhǔn)的所謂“黃標(biāo)車”尾氣排放遠(yuǎn)高于達(dá)到國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)及以上汽車，一輛“黃標(biāo)車”排放可相當(dāng)于5～10輛達(dá)標(biāo)車的排放；公共汽車排放可相當(dāng)于50輛以上達(dá)標(biāo)車的排放，而大型卡車則相當(dāng)于上百輛以上達(dá)標(biāo)車的排放。
天然氣燃燒排放
2010年京津冀三地天然氣消費(fèi)量合計(jì)127.2億立方米。若按熱值計(jì)算，僅占能源總消費(fèi)量的
5.41%，而煤炭消費(fèi)量占83.87%，汽油消費(fèi)量占4.22%，柴油占6.47%，可見天然氣用量占比較
小。天然氣不含硫，其燃燒不產(chǎn)生SOx，其NOx產(chǎn)生量也遠(yuǎn)小于煤炭燃燒。
其他排放
例如汽車噴漆等工業(yè)噴涂，有機(jī)物揮發(fā)進(jìn)入大氣中，可能形成氣溶膠，成為霧霾污染物的來源。餐飲煙氣、燒烤等也可能形成氣溶膠來源，秸稈焚燒則直接產(chǎn)生大氣污染。全市有1.5億平方米的建筑工地，加上道路揚(yáng)塵，所直接產(chǎn)生的PM2.5也不容小視。
綜合來看，PM2.5的產(chǎn)生與能源利用密切相關(guān)，能源利用產(chǎn)生的PM2.5估計(jì)占PM2.5總量的80%左右，包括直接排放、二次反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鹽和硝酸鹽、有機(jī)氣溶膠等，其余為道路揚(yáng)塵、建筑揚(yáng)塵和秸稈焚燒等。
結(jié)論：由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，由于氣候條件與大氣污染物的積累和增加綜合因素共同導(dǎo)致了北京霧霾天氣的加劇嚴(yán)重。
由于本人知識(shí)學(xué)術(shù)水平有限，有錯(cuò)誤、疏漏、不當(dāng)?shù)牡胤?，歡迎指正。
參考文獻(xiàn)：
1. 從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)分析北京霧霾天氣成因及防治措施
2. 霧霾天氣氣象學(xué)定義及預(yù)防措施
3. 北京霧霾四大源頭的治理措施探討
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