霧霾又回到了美國

　　幼河的博客            2017-08-11 00:04:24

　　我們剛剛從新澤西州中部的一個小鎮搬到紐約市（在法拉盛中國城東邊不到10英里的地方）。我有個習慣，清早出門散步。到紐約市后我也是這樣。今天早上（2017年8月10日，星期四）出門忽然聞到了一股很熟悉的氣味，好像是煤煙味兒，而且比較強烈。忽然，我明白了，是我每次回北京探親訪友，一出家門就聞到的霧霾的氣味兒。頓時，我心裡一沉，原來紐約的霧霾也不善哪。

　　可不是嘛，清晨沒有一絲風，太陽升起后，能看到天空的邊緣不是很清晰，陽光在街道上的投影則看見淡淡的煙霧。看來霧霾比較重呢。等我遛彎兒回到家中，立即查看紐約地區PM2.5值。當時霧霾已經好多了，但Brooklyn區和曼哈頓島最南端仍超過100。我估計一個小時以前的霧霾應該是150-200左右。相當嚴重了！只要是幾天不颳風，紐約市區後半夜到清晨的霧霾是一天中最重的。我認為西海岸的洛杉磯大概也差不多。美國凡是大城市，幾天不颳風，總會出現不同程度的霧霾。雖然美國的霧霾比中國各大城市不是一個等級，但也是霧霾呀。而且工業化國家大城市一個世紀以前就已經出現過嚴重的霧霾。現在西方國家把產生污染的工業大量挪到中國大陸和亞洲其他國家；加上西方國家政府大力治理霧霾，情況已經好了不少。

         

　　2017年8月10日早上7點鐘（星期四）紐約市空氣中PM值分佈情況，其中Brooklyn地區和曼哈頓島南端超過100。

　　下面是我在網上找的有關霧霾的資料摘編，有興趣的博友可以看看。

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　　1943年美國洛杉磯市的250萬輛汽車每天燃燒掉1100噸汽油，汽油燃燒后產生的碳氫化合物等在太陽紫外光線照射下引起化學反應，形成淺藍色煙霧，使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。後來人們稱這種污染為光化學煙霧。1955年和1970年洛杉磯又兩度發生光化學元素煙霧事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，後者使全市四分之三的人患病。

　　洛杉礬位於美國西南海岸，西面臨海，三面環山，是個陽光明媚，氣候溫暖，風景宜人的地方。從40年代初開始，人們就發現這座城市每年從夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就會出現一種瀰漫天空的淺藍色煙霧，使整座城市上空變得渾濁不清。這種煙霧使人眼睛發紅，咽喉疼痛，呼吸憋悶、頭昏、頭痛。1943年以後，煙霧更加肆虐，以致遠離城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘減產。僅19550－1951年，美國因大氣污染造成的損失就達15億美元。這就是最早出現的光化學煙霧污染事件。

　　光化學煙霧是由於汽車尾氣和工業廢氣排放造成的，一般發生在濕度低、氣溫在24℃-32℃度的夏季晴天的中午或午後。汽車尾氣中的碳氫化合物和二氧化氮被排放到大氣中后，在強烈陽光紫外線照射下，發生光化學反應，其產物為含劇毒的光化學煙霧。

　　洛杉礬在1940年代每天排出1000多噸碳氫化合物，300多噸氮氧化物和700多噸一氧化碳。另外，還有煉油廠、供油站等其他石油燃燒排放，這些化合物被排放到陽光明媚的洛杉磯上空。

　　飽受光化學煙霧折磨的洛杉磯市民於1947年劃定了一個空氣污染控制區，專門研究污染物的性質和它們的來源，探討如何才能改變現狀。汽車仍在不斷地增多，美國政府對此感到頭痛，連尼克松總統都沮喪地說「汽車是最大的在氣污染源」。事實是，只要工業生產到達一定程度，不可避免地會有大規模污染。

　　洛杉磯從上個世紀起忍受空氣污染數十年，治理之路也曾坎坷反覆。1943年7月26日，大量煙霧籠罩了洛杉磯市中心，能見度降到只有三個街區。當時正值第二次世界大戰期間，美國洛杉磯市的居民以為是日軍用化學武器襲擊了他們。在加州的熱浪中，這樣的「毒氣襲擊」幾乎是令人無法忍受的。

　　洛杉磯市在二戰前就已經飽受煙霧的侵擾。1903年的某一天，來自工業生產的廢氣與濃霧遮天蔽日，居民們甚至誤以為發生了日全食。1905年到1912年間，洛杉磯市議會也採取了一系列措施來與廢氣排放作鬥爭，但飛速擴張的城市與工業壓倒了最初治理污染的措施。第一次世界大戰期間，大量外地移民湧入美國西海岸的這座城市，使得洛杉磯成為了美國有史以來最大的汽車消費市場，20世紀40年代初，行駛在洛杉磯縣的機動車超過一百萬輛。一戰後的洛杉磯經濟不斷攀升，人口爆炸性增長，僅僅過了十年，這一數字就已經翻番。洛杉磯獨特的地形阻礙了大量汽車以及工業帶來的煙霧的擴散。

　　當時，加州居民堅信工廠的的廢氣才是空氣污染的元兇。1943年7月的大煙霧之後，官方指出南加州的煤氣企業Aliso Street Plant是濃霧的來源，而這家工廠主要生產合成化學的一種原料——丁二烯。公眾的壓力使得Aliso Street Plant暫時停產，但是煙霧卻持續不斷並且愈演愈烈。沒有灰心的洛杉磯市長Fetcher Bowron在8月宣布要在四個月內完全消除煙霧問題。當時的他並不知道尋找煙霧元兇以及對抗這一元兇的戰鬥才剛剛開始，並將持續數十年。

　　在1945年8月，Pasadena Star-News刊發了來自州衛生主管H. O. Swartout博士的一系列文章，他指出煙霧來源實際上很多元。事實上，蒸汽機車和柴油卡車的排放，城市垃圾的燃燒以及鋸木廠廢料的燃燒都是煙霧的來源。他還準確指出了加州山地區域煙霧的主要成因：相對停滯的風以及大氣逆溫層。

　　針對上述煙霧的成因，從20世紀40年代晚期到20世紀50年代早期，負責空氣污染治理的部門通過規範在露天垃圾堆直接焚燒垃圾，減少工廠的廢氣排放以及煉油廠的二氧化硫排放。此外，禁止在後院建設垃圾焚化爐的舉措將對抗煙霧的戰火燒向每個人的家門口。1947年，整座城市有超過300000個在後院的垃圾焚化爐噴出白色的粉塵以及黑色的煤煙，主婦們在晾晒衣服時，總是會發現衣服上落滿了煙塵。儘管垃圾焚化爐帶來了嚴重的污染，但是許多居民強烈反對禁止垃圾焚化爐的計劃，他們堅信煉油廠才是煙霧的真正成因，並且認為整治垃圾焚化爐前需要先整治煉油廠。在這個問題提出十年之後，垃圾收集計劃才建立起來，直到1958年，後院垃圾焚化爐才被完全禁止。

　　果園中為了避免霜凍損害作物而使用的小高爐也是洛杉磯煙霧污染物質的一個重要來源。在20世紀40年代末期，大洛杉磯地區（Southland）的柑橘種植者運行著超過一百萬個小高爐，燃燒用過的廢油、舊輪胎或是其他垃圾。就這樣，在寒冷的冬天，逆溫層牢牢鎖住污染物，炭黑色的煙霧籠罩著整個區域。當時在橙縣（Orange County，又譯作奧蘭治縣）空氣污染控制區工作的Edward Camarena這樣描述當時的場景：「當你擤鼻涕時，你會發現鼻涕都是黑色的。但是當地人堅信這些煙氣可以保持氣溫，因此煙氣是很好的。」橙縣空氣污染控制區執行了加州第一項控制果園小高爐的措施並且付出了極大的努力勸說那些果農，如果他們燃燒更清潔無煙的燃料，這些小高爐一樣可以工作的很好並且避免霜凍。

　　最初，沒有一個人指責汽車是空氣污染的主要來源。有人曾去觀察排氣管排出來的廢氣，但是汽車尾氣是無色透明的，而煙霧是棕色的，所以人們以為這兩者之間沒有直接聯繫。這種情況一直在持續，直到一位科學家的出現。

　　破解了煙霧謎題的這位科學家，是加州理工學院的化學家Arie Haagen-Smit。1948年，Haagen-Smit開始檢測洛杉磯被煙霧損傷的植物。生活在大洛杉磯地區煉油廠附近的農民抱怨空氣污染損傷了他們的作物，植物的葉子被漂白或褪色，而這種現象在其他地方卻並沒有被發現。於是Haagen-Smit意識到，加州的煙霧和東部地區的煙霧並不相同。在東部地區，煙霧主要是由燃煤以及重油而產生的二氧化硫組成。他還觀察到，儘管已經採取了廢氣控制措施，人們還是可以在空氣中聞到漂白劑的氣味並且眼睛在煙霧天時會受到刺激。

　　Haagen-Smit在加州的空氣中發現了一種高度氧化性物質的蹤跡。1950年，他的鼻子以及研究帶他找到了煙霧的元兇：臭氧。他向大家展示了密封室中暴露於臭氧的植物，有著和那些被煙霧損傷的植物一樣的癥狀。20世紀50年代初期，Haagen-Smit確認了臭氧會導致眼睛刺激、呼吸問題並對一些物質造成損傷。

　　Haagen-Smit與Brunelle驅車前往大洛杉磯地區的煉油廠，用五升的燒瓶對當地的空氣取了樣。在分析了其成分之後，在實驗室中製造出了人造的「Haagen-smog」。在洛杉磯郡空氣污染控制區（APCD）Vernon總部的一間有機玻璃室中，研究人員通過將汽車尾氣置於陽光之下製造出了煙霧。APCD的工作人員自願將自己的雙眼暴露於煙霧之中，與此同時用秒錶計時來觀察他們流下眼淚需要多長時間。

　　1952年，Haagen-Smit宣布，煙霧的主要成分是臭氧，但並不是直接從排氣管或是煙囪中排出，而是在大氣中形成的。由陽光碟機動，來自於煉油廠的烴和汽車未燃盡的部分廢氣以及作為燃燒副產物的氮氧化物組合，通過光化學反應，生成了臭氧。

　　他公開了公眾不願意接受的真相。這一結果震驚了工業界，也震驚了整個社會。但Haagen-Smit詳實的結論並不一定能夠讓大眾立刻接受。工業界對於Haagen-Smit的結論也提出了不同的意見，他們認為刺激性的臭氧並不來自於煉油廠和汽車，而是來自於平流層——平流層的臭氧下降到太平洋表面，然後被海風吹到洛杉磯。但是Haagen-Smit知道，接近地面的平流層阻礙煙霧擴散的同時也形成了一個阻礙臭氧下沉的屏障。直到1954年，由石油企業資助的斯坦福研究機構研究表明卡塔麗娜島（Catalina Island, 距離洛杉磯西南方向35公里，是太平洋中的一個島嶼）上臭氧的含量很低，證明洛杉磯的臭氧來自本地，從而否認了臭氧遷移理論。

　　儘管Haagen-Smit的結論已經如此有說服力，但是汽車製造商的回應仍舊十分緩慢，因為他們擔心任何改變都會增加汽車生產成本。對於汽車製造商而言，承認汽車尾氣是霧霾的元兇不是一個愉快的過程。這一過程花費了大約二十年。在此期間，加州建設了越來越多的高速公路，新興的工業也落戶於此，而煙霧在加州也就變得愈加司空見慣。20世紀50年代以及60年代，加州一些區域每年要經歷200多天危險的煙霧天。

　　隨著科學越來越重要以及霧霾所帶來的公共健康風險越來越明顯，加州人開始抗爭以尋求改變。在霧霾天，急診室人滿為患，而家長讓孩子們不要去上學，運動項目也全部取消。當地的醫生也開始討論霧霾與肺癌以及心臟病的聯繫。1954年，有6000人參加了在帕薩迪那（Pasadena，洛杉磯縣的一個城市，也是加州理工學院所在地）的抗議活動。20世紀50年代末以及60年代初，在加州誕生了一大批抗議霧霾的民間團體。他們影響了公眾對於霧霾的意見，也給政客施壓採取措施。這些行動終於有了成效，官方最終意識到了汽車問題是解決霧霾的關鍵，並決定限制汽車。

　　1963年，美國國會頒布了第一部《清潔空氣法》，承認霧霾已經成為了一個全國性問題。兩年之後，國會呼籲制定第一個全國汽車排放標準。1966年，加州公路巡邏隊開始對汽車上的早期煙霧處理裝置進行隨機路邊檢查。一年之後，美國國會允許加州設定比聯邦政府更嚴格的排放標準。1969年，司法部以故意延遲處理尾氣設備的安裝而起訴汽車製造商，訴訟最終在庭外解決。這之後，國會通過了1970清潔空氣法案，這一法案構建了美國空氣污染管制的框架。隨著各種措施多管齊下，洛杉磯的空氣質量得到了顯著的提升。洛杉磯現在的臭氧濃度只有20世紀70年代中期時的40%，而此時的汽車保有量比當時的兩倍還多。霧霾問題的解決是一個長期且艱巨的過程，在這個過程中需要全社會共同的努力。

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上個世紀50年代，英國倫敦的霧天，每年可高達七八十次，平均5天之中就有一個「霧日」。1952年，倫敦的警察使用燃燒著的火炬，以便在煙霧中能看清別人。霧霾曾造成4700多人死亡。

　　煙霧瀰漫全城，侵襲著一切有生命的東西。當人們的眼睛感覺到它時，眼淚就會順著面頰流下來。每吸一口氣就吸入一肺臟的污染氣體。凡是在有人群的地方，都可以聽到咳嗽聲。學校里講課的人不得不提高聲調以超過干光化學污染咳聲和哮喘聲。對於這一異常情況首先有反應的是當時正準備在倫敦展出的一群獲獎牛，表現為呼吸困難，舌頭外伸，其中一頭當即死亡，另有12頭因病重只能送往屠宰場。

　　德國在1962年12月，魯爾區首次遭遇霧霾危機。當時部分地區空氣二氧化硫濃度高達每立方米5000微克。當地居民呼吸道疾病、心臟疾病和癌症等發病率明顯上升。據統計，當月死亡人數同比猛增了156人。

　　上個世紀50年代，日本大企業將工業廢水直接排入海洋，引起化學疾病水俁病的爆發。受害者高達12615人，當中有1246人已死亡。還有四日市哮喘（空氣污染導致），痛痛病（鎘中毒）。

　　中國的工業化規模之大，史無前例。單唐山這一個地方，其鋼產量是歐盟鋼產量之和。（河北乾安縣一個地區的產量就超過了德國，唐山地區鋼產量超過了歐洲，不止是歐盟。2013年中國鋼產量7.8億噸，歐盟1.65億噸。2012年底唐山產能就接近1.45億噸。設想一下河北省以及華北平原的空氣污染程度吧。

　　中國好多城市天然就很容易誘發霧霾，這個和氣候關係很大。因為大氣是有一定環境容量的，如果污染物超過其氣象條件能滿足的容量，就會有霧霾。

　　霧霾與風速有關。看看中國各地區年均風速，內蒙中東部、東北中北部的平原、東南沿海、山東半島等地年均風速最大，一般在4-8米/秒，這些地區的城市的pm2.5的全年總體情況就很好。例如哈爾濱，在夏半年的4-9月經常是全國幾十個城市裡的pm2.5指數最低的前十，而秋季十一月初，包括哈爾濱在內的北方大多數城市pm2.5陡然升高，因為秋末初冬季節尤其是早晨，地面溫度常常低於高空溫度，形成地面微粒不易擴散的逆溫層，加之在冷空氣前鋒沒有到來的情形下，糧食生產基地全面大範圍燃燒秸稈，就形成了哈爾濱等地每年那一周的爆表。美國幾個曾經或正在的污染的城市，比如洛杉磯，雖然地處沿海，但受到加利福尼亞寒流影響，氣流下沉，強大山脈擋住內陸北方冷空氣，所以全年溫差極小，平均風速極低，污染物自然不易擴散（受秘魯寒流影響，多霧、少雨、無風、氣流下沉的秘魯沿海同理）。比中國所有大城市的年均風速都大得多的芝加哥，北極冷空氣和墨西哥灣暖濕氣流展開全年的拉鋸戰，就無論如何不會出現霧霾天，即便這裡也是重工業中心。中國的香港與廣州、上海與杭州的污染差別就和風速關係極大。上海冬季的大風絕對不比華北弱。

　　霧霾與地形有關。還是以哈爾濱為例，哈爾濱冬季除了那幾天爆表，其餘時間即使是冬季取暖的最旺季，pm2.5也遠低於華北城市，這就與地形地貌有關了。東北有重工業，但地勢平緩，即使是大興安嶺這一山地，拿到南方，那陡峭程度還比不上四川盆地和江南的丘陵。河北是世界鍊鋼中心，產量完爆歐美日任何一地。從北京到杭州，可以看做連成一片的平原區域，污染自然均沾。所以每刮北風，北端的北京空氣優，南端的杭州（南方丘陵山地與泛東部大平原的分野）嚴重污染；而刮南風則相反，污染都集聚在北京這個山前地帶。位於兩端之間的天津、徐州、南京等地則沒有那麼兩極分化，但規律仍然是風速越大污染越少。位於盆地或者谷地的西安、成都、蘭州都是污染大戶，尤其西安，經常靜風，冬季霧霾嚴重，而春季的西安由於陽光照射，氣流上升，霧霾就小多了，可畢竟由於封閉的地形，再有氣流也不會把污染排得很徹底。

　　霧霾與下墊面有關。比如重慶，雖然地貌崎嶇，風速小，容易產生霧霾，但由於重工業向外分散，城區組團分佈，下墊面森林和水面較多（不易起灰塵誘發霧霾），所以即使有氣象上霧霾的強烈誘發因素，由於本地工作做得較好，還是很好地控制了霧霾指數，從原來的世界級污染城市變為現在的霧霾良以上天數偏多的城市。與之對比的是成都，位於平原（農業活動等集中、多），汽車增長迅猛、城市單一向外攤大餅（人類及建設活動集中、量大），肯定會在風速較小冬季氣流又下沉的不利天氣下誘發大範圍霧霾了，西安同理。

　　霧霾與降水有關。降水越少越不容易稀釋空氣污染物並且使得下墊面污染源興風作浪。例如，西雅圖、溫哥華、貴陽這種全年多雨的地方空氣就普遍一直很好。成都冬季少雨多霧，氣流下沉，空氣就差。

　　美國霧霾相對輕有以下幾個原因：

　　1.由於環保和成本原因，大多數工業都遷出美國。

　　2.人口少，跟中國同樣面積只有三億人，人口少各種排放就少，加州人口最多，因此污染也相對重。

　　3.大量使用石油做燃料，現在更發展了清潔能源，而中國在油價高漲的幾年大量用煤炭作為替代燃料造成了很嚴重的後果。

　　4.執法嚴格，對污染進行重罰。

　　美國以前的霧霾和中國現在的不是一個數量級的。美國很多工業城市也經歷過大規模的污染階段，但仍然是局限於城市及附近的工業區。而中國是成片成片大規模的污染，遠不能同日而語。

　　首先是人口數量就不一樣。美國的國土面積，緯度都和中國差不多，其實很具有可比性。美國發生工業污染的時候，人口在2億不到，而中國發生污染的時候，人口是13億多。美國東西海岸，南部，五大湖地區都適宜居住，人口分散地很開，中國的人口則主要集中於中東部地區。