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美国的雾霾
送交者: 幼河 2017年08月11日00:04:24 于 [五 味 斋] 发送悄悄话

美国的雾霾

 

  我们刚刚从新泽西州中部的一个小镇搬到纽约市(在法拉盛中国城东边不到10英里的地方)。我有个习惯,清早出门散步。到纽约市后我也是这样。今天早上(2017年8月10日,星期四)出门忽然闻到了一股很熟悉的气味,好像是煤烟味儿,而且比较强烈。忽然,我明白了,是我每次回北京探亲访友,一出家门就闻到的雾霾的气味儿。顿时,我心里一沉,原来纽约的雾霾也不善哪。

  可不是嘛,清晨没有一丝风,太阳升起后,能看到天空的边缘不是很清晰,阳光在街道上的投影则看见淡淡的烟雾。看来雾霾比较重呢。等我遛弯儿回到家中,立即查看纽约地区PM2.5值。当时雾霾已经好多了,但Brooklyn区和曼哈顿岛最南端仍超过100。我估计一个小时以前的雾霾应该是150-200左右。相当严重了!只要是几天不刮风,纽约市区后半夜到清晨的雾霾是一天中最重的。我认为西海岸的洛杉矶大概也差不多。美国凡是大城市,几天不刮风,总会出现不同程度的雾霾。虽然美国的雾霾比中国各大城市不是一个等级,但也是雾霾呀。而且工业化国家大城市一个世纪以前就已经出现过严重的雾霾。现在西方国家把产生污染的工业大量挪到中国大陆和亚洲其他国家;加上西方国家政府大力治理雾霾,情况已经好了不少。

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  2017年8月10日早上7点钟(星期四)纽约市空气中PM值分布情况,其中Brooklyn地区和曼哈顿岛南端超过100。


  下面是我在网上找的有关雾霾的资料摘编,有兴趣的博友可以看看。

 

…………………………………………………………

  1943年美国洛杉矶市的250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油,汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应,形成浅蓝色烟雾,使该市大多市民患了眼红、头疼病。后来人们称这种污染为光化学烟雾。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学元素烟雾事件,前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死,后者使全市四分之三的人患病。

  洛杉矾位于美国西南海岸,西面临海,三面环山,是个阳光明媚,气候温暖,风景宜人的地方。从40年代初开始,人们就发现这座城市每年从夏季至早秋,只要是晴朗的日子,城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾,使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红,咽喉疼痛,呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以后,烟雾更加肆虐,以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死,柑橘减产。仅19550-1951年,美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。这就是最早出现的光化学烟雾污染事件。

  光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的,一般发生在湿度低、气温在24℃-32℃度的夏季晴天的中午或午后。汽车尾气中的碳氢化合物和二氧化氮被排放到大气中后,在强烈阳光紫外线照射下,发生光化学反应,其产物为含剧毒的光化学烟雾。

  洛杉矾在1940年代每天排出1000多吨碳氢化合物,300多吨氮氧化物和700多吨一氧化碳。另外,还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放,这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空。

  饱受光化学烟雾折磨的洛杉矶市民于1947年划定了一个空气污染控制区,专门研究污染物的性质和它们的来源,探讨如何才能改变现状。汽车仍在不断地增多,美国政府对此感到头痛,连尼克松总统都沮丧地说“汽车是最大的在气污染源”。事实是,只要工业生产到达一定程度,不可避免地会有大规模污染。

  洛杉矶从上个世纪起忍受空气污染数十年,治理之路也曾坎坷反复。1943年7月26日,大量烟雾笼罩了洛杉矶市中心,能见度降到只有三个街区。当时正值第二次世界大战期间,美国洛杉矶市的居民以为是日军用化学武器袭击了他们。在加州的热浪中,这样的“毒气袭击”几乎是令人无法忍受的。

  洛杉矶市在二战前就已经饱受烟雾的侵扰。1903年的某一天,来自工业生产的废气与浓雾遮天蔽日,居民们甚至误以为发生了日全食。1905年到1912年间,洛杉矶市议会也采取了一系列措施来与废气排放作斗争,但飞速扩张的城市与工业压倒了最初治理污染的措施。第一次世界大战期间,大量外地移民涌入美国西海岸的这座城市,使得洛杉矶成为了美国有史以来最大的汽车消费市场,20世纪40年代初,行驶在洛杉矶县的机动车超过一百万辆。一战后的洛杉矶经济不断攀升,人口爆炸性增长,仅仅过了十年,这一数字就已经翻番。洛杉矶独特的地形阻碍了大量汽车以及工业带来的烟雾的扩散。

  当时,加州居民坚信工厂的的废气才是空气污染的元凶。1943年7月的大烟雾之后,官方指出南加州的煤气企业Aliso Street Plant是浓雾的来源,而这家工厂主要生产合成化学的一种原料——丁二烯。公众的压力使得Aliso Street Plant暂时停产,但是烟雾却持续不断并且愈演愈烈。没有灰心的洛杉矶市长Fetcher Bowron在8月宣布要在四个月内完全消除烟雾问题。当时的他并不知道寻找烟雾元凶以及对抗这一元凶的战斗才刚刚开始,并将持续数十年。

  在1945年8月,Pasadena Star-News刊发了来自州卫生主管H. O. Swartout博士的一系列文章,他指出烟雾来源实际上很多元。事实上,蒸汽机车和柴油卡车的排放,城市垃圾的燃烧以及锯木厂废料的燃烧都是烟雾的来源。他还准确指出了加州山地区域烟雾的主要成因:相对停滞的风以及大气逆温层。

  针对上述烟雾的成因,从20世纪40年代晚期到20世纪50年代早期,负责空气污染治理的部门通过规范在露天垃圾堆直接焚烧垃圾,减少工厂的废气排放以及炼油厂的二氧化硫排放。此外,禁止在后院建设垃圾焚化炉的举措将对抗烟雾的战火烧向每个人的家门口。1947年,整座城市有超过300000个在后院的垃圾焚化炉喷出白色的粉尘以及黑色的煤烟,主妇们在晾晒衣服时,总是会发现衣服上落满了烟尘。尽管垃圾焚化炉带来了严重的污染,但是许多居民强烈反对禁止垃圾焚化炉的计划,他们坚信炼油厂才是烟雾的真正成因,并且认为整治垃圾焚化炉前需要先整治炼油厂。在这个问题提出十年之后,垃圾收集计划才建立起来,直到1958年,后院垃圾焚化炉才被完全禁止。

  果园中为了避免霜冻损害作物而使用的小高炉也是洛杉矶烟雾污染物质的一个重要来源。在20世纪40年代末期,大洛杉矶地区(Southland)的柑橘种植者运行着超过一百万个小高炉,燃烧用过的废油、旧轮胎或是其他垃圾。就这样,在寒冷的冬天,逆温层牢牢锁住污染物,炭黑色的烟雾笼罩着整个区域。当时在橙县(Orange County,又译作奥兰治县)空气污染控制区工作的Edward Camarena这样描述当时的场景:“当你擤鼻涕时,你会发现鼻涕都是黑色的。但是当地人坚信这些烟气可以保持气温,因此烟气是很好的。”橙县空气污染控制区执行了加州第一项控制果园小高炉的措施并且付出了极大的努力劝说那些果农,如果他们燃烧更清洁无烟的燃料,这些小高炉一样可以工作的很好并且避免霜冻。

  最初,没有一个人指责汽车是空气污染的主要来源。有人曾去观察排气管排出来的废气,但是汽车尾气是无色透明的,而烟雾是棕色的,所以人们以为这两者之间没有直接联系。这种情况一直在持续,直到一位科学家的出现。

  破解了烟雾谜题的这位科学家,是加州理工学院的化学家Arie Haagen-Smit。1948年,Haagen-Smit开始检测洛杉矶被烟雾损伤的植物。生活在大洛杉矶地区炼油厂附近的农民抱怨空气污染损伤了他们的作物,植物的叶子被漂白或褪色,而这种现象在其他地方却并没有被发现。于是Haagen-Smit意识到,加州的烟雾和东部地区的烟雾并不相同。在东部地区,烟雾主要是由燃煤以及重油而产生的二氧化硫组成。他还观察到,尽管已经采取了废气控制措施,人们还是可以在空气中闻到漂白剂的气味并且眼睛在烟雾天时会受到刺激。

  Haagen-Smit在加州的空气中发现了一种高度氧化性物质的踪迹。1950年,他的鼻子以及研究带他找到了烟雾的元凶:臭氧。他向大家展示了密封室中暴露于臭氧的植物,有着和那些被烟雾损伤的植物一样的症状。20世纪50年代初期,Haagen-Smit确认了臭氧会导致眼睛刺激、呼吸问题并对一些物质造成损伤。

  Haagen-Smit与Brunelle驱车前往大洛杉矶地区的炼油厂,用五升的烧瓶对当地的空气取了样。在分析了其成分之后,在实验室中制造出了人造的“Haagen-smog”。在洛杉矶郡空气污染控制区(APCD)Vernon总部的一间有机玻璃室中,研究人员通过将汽车尾气置于阳光之下制造出了烟雾。APCD的工作人员自愿将自己的双眼暴露于烟雾之中,与此同时用秒表计时来观察他们流下眼泪需要多长时间。

  1952年,Haagen-Smit宣布,烟雾的主要成分是臭氧,但并不是直接从排气管或是烟囱中排出,而是在大气中形成的。由阳光驱动,来自于炼油厂的烃和汽车未燃尽的部分废气以及作为燃烧副产物的氮氧化物组合,通过光化学反应,生成了臭氧。

  他公开了公众不愿意接受的真相。这一结果震惊了工业界,也震惊了整个社会。但Haagen-Smit详实的结论并不一定能够让大众立刻接受。工业界对于Haagen-Smit的结论也提出了不同的意见,他们认为刺激性的臭氧并不来自于炼油厂和汽车,而是来自于平流层——平流层的臭氧下降到太平洋表面,然后被海风吹到洛杉矶。但是Haagen-Smit知道,接近地面的平流层阻碍烟雾扩散的同时也形成了一个阻碍臭氧下沉的屏障。直到1954年,由石油企业资助的斯坦福研究机构研究表明卡塔丽娜岛(Catalina Island, 距离洛杉矶西南方向35公里,是太平洋中的一个岛屿)上臭氧的含量很低,证明洛杉矶的臭氧来自本地,从而否认了臭氧迁移理论。

  尽管Haagen-Smit的结论已经如此有说服力,但是汽车制造商的回应仍旧十分缓慢,因为他们担心任何改变都会增加汽车生产成本。对于汽车制造商而言,承认汽车尾气是雾霾的元凶不是一个愉快的过程。这一过程花费了大约二十年。在此期间,加州建设了越来越多的高速公路,新兴的工业也落户于此,而烟雾在加州也就变得愈加司空见惯。20世纪50年代以及60年代,加州一些区域每年要经历200多天危险的烟雾天。

  随着科学越来越重要以及雾霾所带来的公共健康风险越来越明显,加州人开始抗争以寻求改变。在雾霾天,急诊室人满为患,而家长让孩子们不要去上学,运动项目也全部取消。当地的医生也开始讨论雾霾与肺癌以及心脏病的联系。1954年,有6000人参加了在帕萨迪那(Pasadena,洛杉矶县的一个城市,也是加州理工学院所在地)的抗议活动。20世纪50年代末以及60年代初,在加州诞生了一大批抗议雾霾的民间团体。他们影响了公众对于雾霾的意见,也给政客施压采取措施。这些行动终于有了成效,官方最终意识到了汽车问题是解决雾霾的关键,并决定限制汽车。

  1963年,美国国会颁布了第一部《清洁空气法》,承认雾霾已经成为了一个全国性问题。两年之后,国会呼吁制定第一个全国汽车排放标准。1966年,加州公路巡逻队开始对汽车上的早期烟雾处理装置进行随机路边检查。一年之后,美国国会允许加州设定比联邦政府更严格的排放标准。1969年,司法部以故意延迟处理尾气设备的安装而起诉汽车制造商,诉讼最终在庭外解决。这之后,国会通过了1970清洁空气法案,这一法案构建了美国空气污染管制的框架。随着各种措施多管齐下,洛杉矶的空气质量得到了显著的提升。洛杉矶现在的臭氧浓度只有20世纪70年代中期时的40%,而此时的汽车保有量比当时的两倍还多。雾霾问题的解决是一个长期且艰巨的过程,在这个过程中需要全社会共同的努力。

 

……………………………………………………………………

  上个世纪50年代,英国伦敦的雾天,每年可高达七八十次,平均5天之中就有一个“雾日”。1952年,伦敦的警察使用燃烧着的火炬,以便在烟雾中能看清别人。雾霾曾造成4700多人死亡。

  烟雾弥漫全城,侵袭着一切有生命的东西。当人们的眼睛感觉到它时,眼泪就会顺着面颊流下来。每吸一口气就吸入一肺脏的污染气体。凡是在有人群的地方,都可以听到咳嗽声。学校里讲课的人不得不提高声调以超过干光化学污染咳声和哮喘声。对于这一异常情况首先有反应的是当时正准备在伦敦展出的一群获奖牛,表现为呼吸困难,舌头外伸,其中一头当即死亡,另有12头因病重只能送往屠宰场。

  德国在1962年12月,鲁尔区首次遭遇雾霾危机。当时部分地区空气二氧化硫浓度高达每立方米5000微克。当地居民呼吸道疾病、心脏疾病和癌症等发病率明显上升。据统计,当月死亡人数同比猛增了156人。

  上个世纪50年代,日本大企业将工业废水直接排入海洋,引起化学疾病水俁病的爆发。受害者高达12615人,当中有1246人已死亡。还有四日市哮喘(空气污染导致),痛痛病(镉中毒)。

  中国的工业化规模之大,史无前例。单唐山这一个地方,其钢产量是欧盟钢产量之和。(河北乾安县一个地区的产量就超过了德国,唐山地区钢产量超过了欧洲,不止是欧盟。2013年中国钢产量7.8亿吨,欧盟1.65亿吨。2012年底唐山产能就接近1.45亿吨。设想一下河北省以及华北平原的空气污染程度吧。

  中国好多城市天然就很容易诱发雾霾,这个和气候关系很大。因为大气是有一定环境容量的,如果污染物超过其气象条件能满足的容量,就会有雾霾。

  雾霾与风速有关。看看中国各地区年均风速,内蒙中东部、东北中北部的平原、东南沿海、山东半岛等地年均风速最大,一般在4-8米/秒,这些地区的城市的pm2.5的全年总体情况就很好。例如哈尔滨,在夏半年的4-9月经常是全国几十个城市里的pm2.5指数最低的前十,而秋季十一月初,包括哈尔滨在内的北方大多数城市pm2.5陡然升高,因为秋末初冬季节尤其是早晨,地面温度常常低于高空温度,形成地面微粒不易扩散的逆温层,加之在冷空气前锋没有到来的情形下,粮食生产基地全面大范围燃烧秸秆,就形成了哈尔滨等地每年那一周的爆表。美国几个曾经或正在的污染的城市,比如洛杉矶,虽然地处沿海,但受到加利福尼亚寒流影响,气流下沉,强大山脉挡住内陆北方冷空气,所以全年温差极小,平均风速极低,污染物自然不易扩散(受秘鲁寒流影响,多雾、少雨、无风、气流下沉的秘鲁沿海同理)。比中国所有大城市的年均风速都大得多的芝加哥,北极冷空气和墨西哥湾暖湿气流展开全年的拉锯战,就无论如何不会出现雾霾天,即便这里也是重工业中心。中国的香港与广州、上海与杭州的污染差别就和风速关系极大。上海冬季的大风绝对不比华北弱。

  雾霾与地形有关。还是以哈尔滨为例,哈尔滨冬季除了那几天爆表,其余时间即使是冬季取暖的最旺季,pm2.5也远低于华北城市,这就与地形地貌有关了。东北有重工业,但地势平缓,即使是大兴安岭这一山地,拿到南方,那陡峭程度还比不上四川盆地和江南的丘陵。河北是世界炼钢中心,产量完爆欧美日任何一地。从北京到杭州,可以看做连成一片的平原区域,污染自然均沾。所以每刮北风,北端的北京空气优,南端的杭州(南方丘陵山地与泛东部大平原的分野)严重污染;而刮南风则相反,污染都集聚在北京这个山前地带。位于两端之间的天津、徐州、南京等地则没有那么两极分化,但规律仍然是风速越大污染越少。位于盆地或者谷地的西安、成都、兰州都是污染大户,尤其西安,经常静风,冬季雾霾严重,而春季的西安由于阳光照射,气流上升,雾霾就小多了,可毕竟由于封闭的地形,再有气流也不会把污染排得很彻底。

  雾霾与下垫面有关。比如重庆,虽然地貌崎岖,风速小,容易产生雾霾,但由于重工业向外分散,城区组团分布,下垫面森林和水面较多(不易起灰尘诱发雾霾),所以即使有气象上雾霾的强烈诱发因素,由于本地工作做得较好,还是很好地控制了雾霾指数,从原来的世界级污染城市变为现在的雾霾良以上天数偏多的城市。与之对比的是成都,位于平原(农业活动等集中、多),汽车增长迅猛、城市单一向外摊大饼(人类及建设活动集中、量大),肯定会在风速较小冬季气流又下沉的不利天气下诱发大范围雾霾了,西安同理。

  雾霾与降水有关。降水越少越不容易稀释空气污染物并且使得下垫面污染源兴风作浪。例如,西雅图、温哥华、贵阳这种全年多雨的地方空气就普遍一直很好。成都冬季少雨多雾,气流下沉,空气就差。

 

美国雾霾相对轻有以下几个原因:

 

  1.由于环保和成本原因,大多数工业都迁出美国。

  2.人口少,跟中国同样面积只有三亿人,人口少各种排放就少,加州人口最多,因此污染也相对重。

  3.大量使用石油做燃料,现在更发展了清洁能源,而中国在油价高涨的几年大量用煤炭作为替代燃料造成了很严重的后果。

  4.执法严格,对污染进行重罚。

 

  美国以前的雾霾和中国现在的不是一个数量级的。美国很多工业城市也经历过大规模的污染阶段,但仍然是局限于城市及附近的工业区。而中国是成片成片大规模的污染,远不能同日而语。

  首先是人口数量就不一样。美国的国土面积,纬度都和中国差不多,其实很具有可比性。美国发生工业污染的时候,人口在2亿不到,而中国发生污染的时候,人口是13亿多。美国东西海岸,南部,五大湖地区都适宜居住,人口分散地很开,中国的人口则主要集中于中东部地区。

 


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