一、需要解釋的問題

應通過簡單的模型來解釋已知的事實，自然界一向喜歡最簡單的法則。

1、發生在倫敦的霾僅是單個城市，我們的是在整個華北或更大的區域，即便是北方臨海城市，或農村、很遠的山區都有嚴重的霾。

2、環保統計的污染物排放量在減少，現在很少見污染物大量排放（冒黑煙）現象，但感覺霾有逐年惡化的趨勢。

3、一場大風可以使整個區域空氣迅速干凈，但不過幾天又會出現嚴重的霾天氣(好天不過三)，尤其是去年，即便是下場雪或大雨，好空氣質量也不能維持幾天。

4、在去年、今年發生的霾天氣，在相當廣范圍內，污染物在很短時間內大量釋放到空氣，其總量是任何污染源不可能在相應時間內所能達到的規模。

5、即便在夏季，顆粒物濃度也不大可能連續幾天在很低的水平，對應的國外一些城市，年均值看似我們根本無法達到。

6、在霾嚴重發生期間大量降低污染物排放，很難見成效，甚至有專家說即便所有的工廠、汽車全部停工，也不會起多大作用。

7、霾里含有硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽，但空氣中二氧化硫、氮氧化物濃度不高，同時在很短時間內大氣中不可能合成這么多鹽類，即便能合成，但它的來源二氧化碳、氮氧化物未見明顯減少。

8、對于北京霧霾空氣中發現的1300種微生物、很多重金屬如何解釋。

9、PM2.5的最終去向是那里，最終變成什么？吹到海里了嗎，最終還是PM2.5嗎？

10、霾還會出現嗎，為什么有專家說未來的5、10年或者更久，還會出現大范圍的霧霾污染，治理的過程也許要三五十年。（問診中國霧霾，王躍思）

11、植物能除霾嗎，怎么有專家說不靠譜。

12、許多城市大量企業的外遷，會減輕霾的程度嗎。

13、為什么很多時候頭頂的天是蘭的，周圍邊界是灰黃的。

二、推理使用的方法

對于霾的感性、理性認識，應給出一個簡單明了眾人可以接受的答案，對絕大多數的相關問題，都應通過它來能分析認知，還不是將所有的問題推給天氣、地理位置。

本文使用的證據是公眾已知的事實，路邊的花草，還有許多年前的記憶。

三、了解監測儀器

PM2.5的監測設備

現在很多地方使用先河的設備，采樣器帶切割器，采樣管帶加熱系統。

環境空氣由采樣泵吸入采樣管，經過濾膜后排出，顆粒物吸附在濾膜上，當β射線通過附著顆粒物的濾膜時，射線的能量衰減，通過對衰減量的測定便可計算出顆粒物的濃度。

空氣中水會通過濾膜，單純的霧不會在紙帶上留下質量。

四、數據概算

霾出現時單位面積(1平方公里)，500米擴散高度（一般不會超過1500米高度）空間，PM2.5濃度為500微克每立方米（2014-1-16北京數據）顆粒物的量：1000*1000*500*500/1000/1000/1000=250kg

一臺20噸燃煤鍋爐（每小時的蒸發量為20噸，每天燃煤量為80噸），標況流量30萬，顆粒物實測濃度100毫克每方（標準為50，本例為超標排放），一天的顆粒物排放量為72Kg，顆粒物30%為PM2.5粒徑，則為22kg每天。

將區域內所有污染物排放折算成這樣的鍋爐，假設五天內達到這樣的霾濃度，則在霾發生的區域需要每平方公里2臺這樣的鍋爐。

這也就是說，要發生嚴重的霾，在整個區域內，每平方公里2臺20噸的鍋爐，連接超標排放五天，消耗煤800噸煤才能達到這樣的規模。

這是不可能的事實，因為發生霾期間的污染物不可能是那幾天任何污染源所能排放的。

另外的一個數據是大氣降塵量，石家莊大氣降塵量大概為15-18噸/平方公里30天，折合500Kg/平方公里天。

五、從太空看霾

從這張NASA的衛星圖上，可以看出霾的影響范圍，所以應從很大的區域分析，如果僅從某個城市的能源結構、污染源、大氣層結分析，不大可能得出答案。

在谷歌地球中看華北，城市在整個區域所占面積很小，城市中綠地更少，區域最大面積的是“綠色”的農田。

六、模型建立：

每天排放到大氣中的顆粒物有一部分沉降或被吸附到地表，包括城市、農村的地面和農田。而能吸收固定它們的是僅是土壤。土壤是一個復雜的系統，它由固相、液相和氣相物質及各種各樣活的有機體組成。正常情況下多孔的土壤對這種很小的顆粒物有很強的吸附力，同時植被下方的土壤是一個完美的微生物群落，能將這些塵埃轉化為土壤。

因為PM2.5在空氣中形態近似于氣態，同時地表面積足夠大，可以將顆粒物在地表的吸附固定簡化為氣固吸附模式。

對應的模型為氣固吸附模式，如在化工中常見的氣固吸附模式（固定床吸附），如活性炭對氣體的吸附，有成熟的公式（類似于亨利定律）。其中，吸附量由吸附劑體積、本身性能、污染物濃度及溫度等決定，吸附量與溫度成反比。顆粒物的吸收和逃逸是同時存在的，有著吸附平衡。

七、現象解釋

所以通過這個工業中常見的模型來解釋現在發生的現象。

地表的類型，如植物、混凝土、土壤都對細顆粒物有吸附作用，但能最終固定的只有有活性的土壤（含水、微生物），植物可以把細顆粒物吸附在樹葉表面，如果我們將它吸附在肺中，但這種物質不是組成本身的必須物質，所以最終還要逃逸，所以綠色植物對細顆粒物僅可以起到暫時固定的作用。

細顆粒物能遠距離擴散，在很大區域保持相近的濃度，同時很大的區域的地表有相同的吸收程度。不論是城市，農村，都是這種情況，但當這些區域對顆粒物的吸附量接近飽和時，顆粒物濃度就會明顯增加。如同前幾年我們的污染物排放量大，但大氣環境還好，現在排放量減少，但已經明顯惡化。

在很多國家PM2.5很低，則認為未遠未達到吸附飽和，我們現在一年四季都認接近飽和，特殊情況下過飽和。一個明證，現在看我們在國外一些地方拍的照片，上面的樹葉綠的不可思議，而在我們這什么時候上面都是一層灰。


另一個明證，很多研究證明霧霾的主要污染物有多環芳烴，而多環芳烴與土壤有機質呈顯著相關性《北京城市土壤中多環芳烴的污染研究》。

空氣中污染物濃度由地表吸附總量、當時污染物排放量、大氣擴散層高度決定。

吸附系數與溫度成反比，在冬天，以物理吸附為主，當地表溫度開始下降，吸附總容量增大，這個過程持續，吸附的污染物總量增加。當溫度開始回升（如這個春天），吸附容量變小，地表會向空氣中釋放多出的污染物，加上當前向空氣中排放的污染物，空氣中污染物濃度會升高很快。

2012年、2013年冬季氣溫偏高，也是出現污染物平均濃度高的一個原因。

也就是說，霾來源于過去污染物的積累，并在短期內的釋放。

PM2.5與一氧化碳、濕度的相關性

統計空氣監測數據，可以發現PM2.5與一氧化碳濃度、濕度有很好的相關性，所以對比它們的特性很容易解釋一些現象。

一氧化碳與空氣密度相近（略小于空氣），極難溶于水。PM2.5的水溶性也很小，觀察這張圖也容易理解它的密度與空氣接近。霾像大地上鋪了層一氧化碳氣體的棉被，不厚，但很大。

當大氣中聚集了一定數量的污染物，太陽光照不透了，部分熱量耗散在空氣中，導致上層變熱。地面的陽光更少了，地面冷、上邊熱，下邊重、上邊輕，變成了穩定的結構。

空氣密度隨濕度的增大而減小，當空氣中濕度增大時，空氣密度變小，一氧化碳更易下降到地面，在地表聚集，PM2.5也可能如此。形成穩定結構，加重污染，這也許可以解釋PM2.5、一氧化碳與濕度也有很好的相關性。

當濕度不高，細顆粒物濃度不大時，擴散層較高，當濕度增大，空氣密度變小，PM2.5開始聚集于近地表，形成穩定大氣結構，造成嚴重的霾。

從上面看出氣象條件造成霾的加重，但不會引起污染物總量的變化。

還有一種可能，由于地表溫度的升高，引起地表水份的蒸發，造成已經固定的顆粒物解體，污染物大量釋放。這種情況可能在國慶節前后表現明顯，當時北方收割玉米，植被下土壤突然暴露，強烈陽光和紫外線破壞土壤結構，造成吸附、固定能力的大量下降，同時已經固定的細顆粒物釋放。

細顆粒物來源于地表，就可以解釋如此巨大的排放量，以及硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、重金屬、微生物、有機質的問題。因為這些物質都是土壤的成份，包括常用化肥的成份。

在夏天，因為有適宜的水分和溫度，土壤中有機質對顆粒物的吸附固定能力最強，同時大氣擴散層最高，雖然物理吸附系數最小，但大氣污染物濃度一般較低。

一場暴雨可以使空氣中細顆粒物濃度下降很多，但天晴后，隨著水份的蒸發，被洗落的細顆粒物又會回很快到空氣中，這就造成整個夏天空氣質量不能達到很好的一個原因（好天不過三）。

氣象條件、地理位置的簡化：太陽輻射的強弱，逆溫層出現引起污染物擴散層的變化，污染物濃度的變化，但不會引起總量的變化。

八、黑色的土壤

富含有機質的土壤是吸收固定細顆粒物的主體。但現在這種土壤變少了，城市大面積的硬化，很少有裸露的土壤，更別說這種有生命力的土壤。國土中最大面積的農田則由于地下水下降，過量的化肥、化學殺蟲劑、滅草劑，造成表面土壤中微生物的大量減少，土壤沙化，減弱了吸收顆粒物的能力。尤其在冬季，北方干旱、氣溫低，土壤微生物的活力是最低。未能固定的微塵開始聚集，一天又一天，一年又一年，一層又一層。

細顆粒物吸附固定能力，自然生長的生態系統大于農田，農田大于城市環境。但目前似乎北方沒有多少自然保護區，沒有幾條生態河流，農田面積流失，同時質量堪憂。

空氣中的霾是看的見的病，但深層次的原因是整個生態系統的破壞：地表水斷流，地下水下降，對農田錯誤的耕作、種植、使用方式，整個土壤系統崩潰，還包括近年來農田數量的減少。

塵齡：

如果有可能，研究顆粒物從污染源出來到采集時的時間長度，繪制不同塵齡曲線，應更能說明問題。如可能的情況：

倫敦的或美國一些城市出現的和現在我們遭遇的本質一點不同是影響范圍，人家只是一座城市，像是倫敦，僅是由于大量燒煤引起，出現的范圍沒有出現在郊區，或是農村。現在我們的霾不是北京的，不是石家莊的，不是河北省的，更大范圍的，包括周邊的不發達城市，農村，從衛星圖上更能清楚的看到這一點。所以把目標僅放在一個城市，從能源角度來找原因是不大可能得出答案的。

如同大家所見，現在很少在城市、工業區見到冒黑煙情況，不斷嚴格的標準確實使污染物排放減少很多，但歷年來向大氣排放的污染物還沒有吸附固定，所以即便現在不排放也會有霾出現。

如同我們很多人兒時的記憶，地里的土一攥一個團，里面很多小蟲子，干凈，即便在冬天也有水份。但現在很多地方地下水下降大多（華北地區是最大的地下水漏斗區），近地表干旱厲害，微生物很難大量生存，所以土壤吸收固定顆粒物的總量在逐年下降。

一方面每年向環境排放的顆粒物在減少，但聚集在地表的總量還在增加，同時土壤吸收總量在減少，造成霾天氣在惡化。

如果用一句話概況：污染物排放總量超出自然凈化能力。

或是：持續積累的污染物總量仍超出不斷減少的自然凈化能力。

九、目標及展望

現在不應單以擴散模式為主，更要有吸附固定。以顆粒物最終去向為目的。不以城市為中心，以整個區域為目標。

環保意識、法規、標準從無到有，從寬到嚴。如煙塵排放，監測從原來的林格曼黑度（看冒黑煙的程度），到200，再到現在的50毫克/立方米的標準，個人認為已經到了這些設備凈化效率的一個極限。

現在輿論，環保部門仍視企業為對手，認為所有企業有嫌疑，極力打擊。如現在石家莊的行動。可重點是現在這個企業是問題的關鍵嗎？同時還有社會、經濟的影響，同時，這些措施已是強弩之末，霾天氣依舊，社會會對環保失去耐心和信心。

又如“北京投入7600億治霾資金中，治理大氣污染的資金主要圍繞清潔空氣行動計劃的實施投放，重點是壓減燃煤、控車減油、治污減排、清潔降塵四個領域。”未將“固塵”放在第一位，降下來仍會再升上去的，更只針對北京，所以個人認為治不了標，更無法治本。

很多人記得，原來田里是農家肥，鄉村每家院里總種很多樹，院里水土保持的好，如同魯迅的“百草園”。現在鄉村有人還種樹嗎？在城市能聽到蟬的聲音嗎（沒有多少土壤可供它生存，有樹林嗎？），可曾聞到泥土的芳香？現在城市的樹木很多是點綴，即便是夏天，看樹葉上的灰土，就知道情況的復雜。

城市的綠化，一個成本高，二是面積太小（看衛星圖就可以明白，城市在國土所占面積本來就不大，更何況綠地），應把重點放在森林、農田、水循環。理想的方向是建立國家級的環境生態規劃，重建農田生態，建立大的生態區。

似乎一切的根源在此。沒了地表水，地下水位玩命的向下降，地表植被無法自然生長，土壤沙化，無法吸收微粒。

總有人說缺水，但總不能理解如果這么大的國家有這種問題，那其它國家，大的，小的，人口多的卻沒有。

說水珍貴，有人說不能放走流過本地的一滴水。但水不是黃金，不能存在你家、我家，甚至一點一滴。上游來多少，你要向下游放多少，因為沒人是貔貅，沒有黑洞。我們只是利用，不是占有，水是介質。必須讓它循環起來。

像南方山里的雨，早上太陽出來，霧氣上去，下午雨下來，來回是存的那些水，不是靠外面吹進來的。

北方亦是如此，如同父輩記憶中的田野，溝壑縱橫，魚蝦成精，冬夏如此，依靠自身的水循環，滋養萬物。