试答总理之疑：城市热岛与雾有关？！

张学文

试答总理之疑：城市热岛与雾有关？！

张学文，2017/3/18

最近美国官员否认二氧化碳是气候变暖的原因，而中国总理认为霾的成因尚不明确。这话的一层含义是不知道从何处下手治理雾霾。

我认为政治家应当冷静分析专业人士的分析，不轻易决策。而学术界应当是努力揭露事实和原因。

下面是最近我的一个认识：城市热岛效应可能是加重城市雾霾的一个原因。

城市热岛效应是数十年前学者首先揭露和认可的人类影响气候的一个例子。它指出城市在寒季采暖而放出来的热量影响了城区内冬季的气温，使城市气温高于郊区。

随后气候学者们就把这种冬季城市升温淡化而讨论全球气候在变暖问题去了。可无人否定城市的热岛效应的存在。

有了这个铺垫，我们现在来看城市雾（霾）问题：

我认为城市的冬季热岛效应对雾的形成有两个方面的作用

l 冬季城市温度的提高（人口增加，供暖面积增加…）增加了城市的水分（雾的物质基础）蒸发量。即每天城市从下垫面进入低层大气的水汽是增加了。而城市的发展，使得它用水量增加，这也为城市冬季低层水汽的增加提供了补充。

l 冬季北方在大气低层普遍存在着逆温层。即在近地面的大气中（距离地面大致是500-1000米）是上暖下冷。这个逆温层阻止了水汽继续向上扩散。于是地面多蒸发的水汽只得在地面到500-1000米以下的冷空气层中堆积进而凝结。地面附近的水汽凝结自然就形成了雾。

完了，我提供的思路就是这些。补充的话:

l 水汽的这种（在冷的空气层）凝结堆积现象，我可以用水（汽）往冷处移这个通俗的道理来表述。对此我另外发博客介绍。

l 以上看法欢迎质疑，批判或者用资料论证

l 如果这是城市雾的增加的主要原因，那么就不应当搞大城市，尤其是在北方。是的城市越大，采暖越多，雾就越容易出现（记得70年代北京冬季盛行的不是雾而是西北风吗）

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放逐流年

这个该怎么证明呢？用模型能模拟吗？

张学文

放逐流年 发表于 2017-3-18 13:33
这个该怎么证明呢？用模型能模拟吗？

我觉得首先（仅供参考）
1.分析40年来冬季的气温、低温的变化
2.分析蒸发皿的蒸发量这些年的变化
3.水分北京40年用水量的变化。看看形成地面雾需要多少水汽滞留在底层大气内
4.模型不少不能用。但是有关的水汽变化过程需要在模型这体现

张学文

下面是周少祥教授在科学网博客上就此发表的看法
周少祥  2017-3-19 10:23“城市热岛效应实际上主要发生在夜间(Kalnay and Cai, 2003)”。中国学者也有相似的研究结论(Ping Yang et al., 2013)。为什么城市热岛效应有这样的特性？现有大气物理学无法给出合理的解释。

事实上，随着经济和工业发展以及世界人口的增加，能源和水资源消费迅速同步逐年增加。众所周知，化石燃料一般含有氢和水，结果大量的水蒸汽在这些燃料燃烧过程中释放出来，尤其是天然气。另外，工业冷却通常要消耗大量的水，并且所排出的热量几乎全部变成了水蒸汽的潜热。例如，燃煤火电厂平均效率不足40%，超过50%的燃料热在湿式冷却塔中转化成了水蒸汽的潜热。另外市政公用和居民生活都会消耗大量的水，这些水的相当一部分也转化成了水蒸汽。因此，上述所有因素必然导致城市上空水蒸汽浓度增加，这意味着更多的潜热会在夜间水蒸汽的凝结时释放出来，加热城市。

即，人为增加的额外水蒸汽在夜间温度降低时凝结，其辐射能能够增强温室效应，这是城市热岛效应的全新解释，它回答了为什么热岛效应主要发生在夜间的原因。进一步分析，不难发现农业灌溉所导致的蒸发及其水蒸汽凝结辐射效应也应该给予考虑。

天然气被冠以清洁能源可能只是一种错误的认识。因为任何燃料燃烧都会产生炭黑(soot)和氮氧化物，这些污染物都是pm2.5的成分之一，而天然气燃烧产生的大量水蒸气还提供了雾的基本元素，是冬季静谧逆温层气候条件下雾霾加剧的重要原因。