客座文章:气候变化下，北京“严重雾霾”的频率可能会增加50%

去年12月，北京及周边地区是被浓雾笼罩这种情况持续了好几天。作为回应，中国政府宣布红色警报关闭托儿所和学校，禁止车辆上路，并告诉居民呆在室内。

这些“airpocalypse“近年来，冬季雾霾事件在中国首都已经成为常态。类似的事件曾在2015年12月和2013年1月发生。

在一项新研究中，刚刚发表在自然气候变化，我们表明，北京冬季重度雾霾的频率增加，不仅是因为中国经济快速发展造成的污染，还因为气候变暖导致的风型变化。

而且，随着气候变化的持续，到本世纪下半叶，冬季严重雾霾事件的发生频率可能会增加50%，持续时间可能会延长80%。

可吸入颗粒物

尽管严格的排放控制在中国政府的实施下，北京冬季重度雾霾事件的发生频率已经有所下降近年来越来越多．

在这种情况下，车辆和工业造成的空气污染将首都笼罩在有毒的雾中。空气中烟尘、灰尘和烟雾的混合物对人类健康和环境有害，并对经济活动造成巨大破坏。

尤其令人担忧的是被称为“PM2.5”污染物的微小颗粒物的水平，之所以被称为“PM2.5”，是因为它们的直径小于2.5微米。这是关于人类头发平均宽度的三十分之一．当被吸入时，这些微小颗粒可以深入肺部，影响呼吸和循环系统，对心血管、免疫和神经系统产生有害影响。

例如，在2013年1月的冬季雾霾事件中，16个省份的30个城市的PM2.5平均水平超过了130 μg m-3(微克每立方米)。世界卫生组织指南建议任何24小时的PM2.5水平都不应超过25 μg m-3。

阴霾的天气

北京严重的雾霾更有可能在冬季(12月、1月和2月)形成，因为污染排放很高，而且缺乏雨水将污染物从大气中冲走。

在下图中，你可以看到北京冬季常见的风型(用绿点表示)。凉爽干燥的西风及西北风由东亚冬季风所带动(pdf循环——通常是把污染物从城市吹走。

然而，在严重的雾霾期间，这些风会减弱甚至逆转——正如你可以在右侧地图中看到的2015年12月的事件。

此外，由于低层大气比地表温度高，这就创造了稳定的条件，防止污染空气上升。这导致有害的PM2.5浓度在地面水平急剧上升，能见度急剧下降，可能导致空中和地面交通停滞。

我们的分析表明，在1948-1981年和1982-2015年期间，允许北京严重雾霾事件发展的停滞天气条件增加了10%。平均每个冬季从45.5天增加到50.2天。

空气质素观测

由于缺乏长期空气质量数据，以前的研究使用了各种不同的替代指标——例如低能见度记录——作为评估雾霾事件如何变化的手段。在我们的研究中，我们使用了美国驻北京大使馆7年的PM2.5直接观测记录，涵盖2009年至2015年期间。

你可以在下面的图表中看到2013年1月和2015年12月事件的严重程度(见红色阴影区域)。以2013年1月为例，PM2.5月平均值超过130 μg m-3，日平均值最大值达到500 μg m-3。

在我们的研究中，我们将PM2.5浓度超过150 μg m-3定义为“严重”雾霾日。

我们选择这个阈值有两个原因。首先，这远远高于冬季PM2.5浓度的平均值109.7 μg m-3，或2009-2015年的中位数99.3 mg m-3。其次，当PM2.5浓度连续72小时超过150 μg m-3时，北京市政府就会发布空气质量“红色预警”。红色预警是中国四级颜色编码预警系统中最高的2013年通过．的首次发出红色警报在2015年12月的活动期间发布。

在我们7年的记录中，有164天是重度雾霾。其中89%的事件发生在停滞的天气条件下。

我们的数据记录显示，尽管政府采取了减少污染物排放的措施，但没有迹象表明北京的雾霾事件有所缓解。这强化了污染不是唯一原因的理论。

气候变化

因此，我们知道减弱的北风和更稳定的大气是严重雾霾发作的重要因素。我们的下一步是观察这些情况是否会随着全球气温上升而变得更可能或更不可能。

我们在15个模型中比较了当前(1950 - 1999年)和未来气候(2050 - 2099年)之间有利于雾霾的天气条件的频率和持续时间，这些天气条件在未来气候变化的高情景下被称为“RCP8.5”。

我们发现，在未来气候条件下，有利于冬季雾霾的停滞天气条件频率增加了50%。我们还发现这些天气条件的持续性增加了80%。

这意味着，在气候变暖的情况下，北京可能会出现更多的雾霾事件，而且当它们真的发生时，持续的时间也会更长。你可以在下面的图表中看到这一点，它比较了每个季节的历史(蓝条)和未来(红条)雾霾事件。

那么，为什么冬季雾霾事件在我们未来的气候中可能会变得更加频繁和持久呢?

答案在于东亚冬季季风，这是我们已经看到的变化的延续。

在温室效应下，陆地变暖的速度比海洋快，减少了陆地和海洋之间的温差，从而降低了冬季季风的强度。减弱的北风更容易逆转，增加了造成停滞条件的可能性，从而形成雾霾。

另一个预计的变化是，低层大气可能比地表变暖得更快，这增加了大气的稳定性，这也使严重的雾霾更有可能发生。

我们的研究结果表明，解决北京严重雾霾的问题需要与全球气候变化结合起来考虑。

为了有效地减少局部污染，还需要全球一致努力减少温室气体排放。虽然严格控制污染物排放最终会有所帮助，但全球减少温室气体排放的努力将有助于降低中国首都未来发生“空气末日”事件的风险。