“人為”空氣污染對(duì)極端降水造成了顯著的影響，從而引發(fā)局部洪水災(zāi)害。

2013年7月8日下午至9日早上，四川省北川縣降雨量高達(dá)285毫米，致使唐家山堰塞湖水位抬高5.5米，從平時(shí)的712米抬升至717.5米，老縣城地震遺址遭遇50年最強(qiáng)洪水。這次洪水造成近200人死亡，30多萬人流離失所。

原本是一場(chǎng)天災(zāi)，但近日一篇論文顯示，這場(chǎng)洪水強(qiáng)度可能是人為因素加劇的。

空氣污染為洪災(zāi)做“貢獻(xiàn)”

當(dāng)年電視上的四川洪災(zāi)畫面，范霽雯至今仍歷歷在目。連續(xù)5天的降雨，導(dǎo)致河流決堤，洪水涌入城市街道，沖毀房屋、工廠和橋梁，致命的滑坡傾瀉而下。與氣候物理打交道的她，在震驚之余也感到疑惑，洪災(zāi)地區(qū)的上風(fēng)向的“臟空氣”是否在洪災(zāi)中扮演了什么角色？于是，她和來自中國(guó)、美國(guó)和以色列的其他5位科學(xué)家，并肩努力尋找著答案。

近日國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《地球物理研究通訊》發(fā)表了一篇標(biāo)題為《人為造成的空氣污染在中國(guó)西南地區(qū)洪澇災(zāi)害中的“實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)”》的論文。

7月2日，《自然》官網(wǎng)首先報(bào)道了這篇論文。7月8日，《科學(xué)》官網(wǎng)也報(bào)道了這一論文。報(bào)道稱，最新發(fā)表的一篇論文顯示，2013年7月，中國(guó)四川省遭遇了50年來最嚴(yán)重的洪水災(zāi)害，其罪魁禍?zhǔn)字皇强諝馕廴荆驗(yàn)楹笳咭l(fā)了強(qiáng)降雨。

范霽雯是美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的資深大氣科學(xué)家,也是這篇論文的第一作者和通訊作者。

他們的研究表明，空氣污染可能改變局部地區(qū)大氣的穩(wěn)定程度，改變空氣對(duì)流和循環(huán)狀況，從而對(duì)天氣和氣候的變化產(chǎn)生影響。

據(jù)模擬數(shù)據(jù)顯示，如果2013年7月四川盆地的空氣質(zhì)量改善到1980年代初期的水平，洪災(zāi)地區(qū)的降雨量可減少高達(dá)60%。

模擬天氣模型回溯洪災(zāi)原因

范霽雯團(tuán)隊(duì)使用美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)，建立了高精度天氣模型的集合模擬，每個(gè)模擬得動(dòng)用近1000個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。研究人員給天氣模型設(shè)置不同的空氣污染參數(shù)，比較運(yùn)算結(jié)果。

比如，設(shè)置為“干凈”與“污染”。如果兩項(xiàng)設(shè)置后，天氣模型的模擬出現(xiàn)降雨量的顯著差異，就說明天氣變化對(duì)空氣污染是“敏感”的。

由于四川盆地四面環(huán)山，盆地循環(huán)導(dǎo)致污染尤為嚴(yán)重。根據(jù)四川省環(huán)境保護(hù)廳官網(wǎng)資料，2013年3月11日，四川省環(huán)保廳召開霧霾污染治理新聞發(fā)布會(huì)。會(huì)上通報(bào)，當(dāng)年1~2月，四川省先后兩次出現(xiàn)嚴(yán)重霧霾污染。1月8日至20日的霧霾波及成都及17個(gè)地級(jí)市。兩次霧霾天氣過程中，成都市上空平均每天飄浮著相當(dāng)于791.7噸的污染物，PM2.5超標(biāo)嚴(yán)重。

那么，空氣污染會(huì)對(duì)降水產(chǎn)生影響嗎？范霽雯等人研究發(fā)現(xiàn)，空氣污染能夠在多方面影響降水量，且影響機(jī)制非常復(fù)雜。如，氣溶膠粒子有時(shí)可減少或延遲降雨，有時(shí)則使雷暴更加劇烈，具體什么機(jī)制占主導(dǎo)作用依靠多種因素如氣溶膠性質(zhì)和氣象條件。四川盆地的氣溶膠吸熱性很強(qiáng)，研究指出這一特別性質(zhì)導(dǎo)致其改變大氣環(huán)流。

論文稱，回溯到上世紀(jì)70~80年代，四川盆地的空氣要清新得多。如果那時(shí)遇到2013年7月8日~9日的氣象條件，北川縣城全境的平均降雨量將減少20%~60%。當(dāng)?shù)?1小時(shí)內(nèi)降雨量超過100毫米的地區(qū)將幾乎完全消失。也就是說，“人為”空氣污染對(duì)極端降水造成了顯著的影響。氣象條件導(dǎo)致北川當(dāng)?shù)匕l(fā)生大面積降雨的前提下，如果當(dāng)時(shí)四川盆地的空氣是清潔的，這一災(zāi)難性的洪水也可能不會(huì)發(fā)生。

洪災(zāi)禍?zhǔn)谆蜴i定氣溶膠難脫干系

根據(jù)《科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道，此前已有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)空氣污染可能對(duì)降雨產(chǎn)生影響，他們鎖定的對(duì)象是“氣溶膠”。所謂氣溶膠，是由固體或液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，大小為0.001～100微米。天空中的云、霧、塵埃，工業(yè)上和運(yùn)輸業(yè)上用的鍋爐和各種發(fā)動(dòng)機(jī)里未燃盡的燃料所形成的煙，采礦、采石場(chǎng)磨材和糧食加工時(shí)所形成的固體粉塵，人造的掩蔽煙幕和毒煙等都是氣溶膠的具體實(shí)例。在氣象研究領(lǐng)域，為人熟知的PM2.5、PM10等空氣污染顆粒物都在“氣溶膠”之列。

前述論文發(fā)現(xiàn)了空氣污染中氣溶膠對(duì)此次降雨過程的影響機(jī)制。研究顯示，空氣污染中的氣溶膠對(duì)輻射(陽光、地?zé)?的散射和吸收，也就是“氣溶膠-輻射相互作用”，是氣溶膠對(duì)四川盆地局地天氣產(chǎn)生影響的原因，尤其是碳黑氣溶膠。碳黑氣溶膠，即黑碳、煤煙，是石油等燃燒產(chǎn)生的污染物，主要來自人類活動(dòng)。

具體而言，與清潔大氣的模擬結(jié)果相比，氣溶膠抑制了原本可能發(fā)生在盆地污染源區(qū)的較大范圍的弱降雨，由于氣溶膠顯著削弱了到達(dá)地面的太陽輻射，同時(shí)增強(qiáng)了大氣的輻射吸收，使得盆地大氣變得異常穩(wěn)定，大氣中的大量水汽和濕對(duì)流不穩(wěn)定，能量被堆積在盆地上空，并隨氣流傳向山區(qū)。受地形抬升，這些堆積的水汽和能量被迅速釋放出來，造成異常強(qiáng)烈降水。

氣溶膠對(duì)天氣有影響，在以往也有案例。2002年，美國(guó)加州勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的氣候?qū)W家蘇拉比·梅農(nóng)等人發(fā)表的論文，率先將中國(guó)的“南澇北旱”與大氣中的碳黑氣溶膠聯(lián)系起來。

2013年，南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院、氣候與全球變化研究院教授丁愛軍發(fā)表論文，稱南京周邊地區(qū)的農(nóng)民焚燒秸稈導(dǎo)致煙霧彌漫、遮蔽陽光時(shí)，此前天氣預(yù)報(bào)中南京的強(qiáng)烈暴風(fēng)雨往往不會(huì)到來，次日晚，在下風(fēng)向區(qū)域，如江蘇連云港，會(huì)有大暴雨天氣，降雨強(qiáng)度超出此前的預(yù)報(bào)。

2015年初，美國(guó)愛荷華大學(xué)的大氣學(xué)家格雷格·卡邁克爾在《地球物理研究通訊》上曾發(fā)表文章指出，美國(guó)東南部爆發(fā)的122次龍卷風(fēng)與美國(guó)中部的秸稈焚燒(生物質(zhì)燃燒)有關(guān)。該論文稱，秸稈焚燒造成的煙霧加劇了龍卷風(fēng)的強(qiáng)度。

范霽雯認(rèn)為，空氣污染對(duì)局部地區(qū)天氣變化的影響機(jī)制，可能被用于天氣預(yù)報(bào)中。如果空氣污染作為常規(guī)指標(biāo)運(yùn)用到天氣預(yù)報(bào)中，對(duì)于人口稠密、工業(yè)發(fā)達(dá)的污染嚴(yán)重的地區(qū)，未來極端天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性可能會(huì)有所提高。