北京雾霾天气形成原因很多的，至于为什么这么严重，那就说来话长了，结论在最后。

雾霾，是由水汽和粉尘混合而成的。雾我们把它称之为水汽，霾，被称为粉尘。当粉尘和水汽同时出现时（多数情况），就是我们通常所说的雾霾。

概括来说是由于大气中的空气污染物和气象方面的原因。那么从这两方面入手分析一下北京雾霾现象：

1.为什么雾霾通常见于秋冬季？(冬季能源消耗的影响后面会提到)

逆温现象：一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，即是说在数千米以下，总是低层大气温度高，高层大气温度低，显得“头重脚轻”。这种大气层结构容易发生上下翻滚，即“对流”运动，可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散，从而使城市空气污染程度减轻。对人体健康影响不大。可是在某些天气条件下，地面上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象，“头轻脚重”从而导致大气层结（层次结构）稳定，气象学家称之为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。

逆温现象的主要原因逆温现象的原因好几种，我主要讲述一下关于秋冬季逆温高发的原因：辐射逆温：对于冬季来说，主要是地面辐射冷却作用而导致近地面层气温迅速下降。当寒流袭击过后，地面受冷气团控制，天晴风小气温低，特别到了晚上，地面热量大量地向高空散发（辐射），使近地面气温迅速下降，而上层大气温度下降较慢，从而出现“逆温”（即温度随高度升高而升高）。

我们看下这张图，污染物和水汽由于逆温层的存在，对流不顺畅，导致污染物不能及时排至上空，而稳定富集。

逆温现象的危害：冬天里“逆温”现象时有发生，在“逆温”造成大雾茫茫或污染严重时，人们应减少晨练及室外活动时间，尽力避免“逆温”带来的危害。历史上也有因为逆温天气而造成的灾害。比如1952年12月5-8日发生的伦敦烟雾事件的罪魁祸首就是伦敦上空出现的异常的逆温层，它就像一个大锅盖一样，深深地盖着这座西方文化名城。它所造成的巨大灾难，也使伦敦烟雾事件成为20世纪十大环境公害事件之一。1952年12月5日~9日，英国发生了震惊全球的伦敦烟雾事件，整个城市笼罩在一片浓烟之中，酿成了10000多人死亡的“世纪悲剧”。1955年美国的洛杉矶发生了严重的光化学烟雾事件，当地65岁以上的老人近400人因污染造成心肺衰竭死亡……科学家发现，这些重大污染事件的发生，除因污染严重外，还与一个重要现象——逆温有关。
在对流层，一般情况下，大气温度表现为上冷下暖。但是，在有些时候、某些地区、在某种条件下会出现大气温度上暖下冷的反常现象，我们称之为“逆温”。此时，大气的对流运动大大减弱，并非常稳定，这样会使得一些大气污染严重的地区污染物不能扩散，而大量聚集在对流层底部，大大加剧了大气污染的程度，危及人们的健康。例如，美国洛杉矶20世纪以来空气污染日益严重的原因，就是由于其地形、气候、洋流等多种因素的影响，使得该地区每年有200多天会出现逆温现象，当地日益增多的汽车排放的尾气又难以扩散，造成了严重的污染事件。

2.大气中的空气污染物对雾霾的影响

改革开放以前，雾霾现象就远没有现在这么严重 。北京雾霾形成的原因是空气中污染物含量的升高，而这些污染物主要是可吸入颗粒物（PM10，包括 PM2.5）、二氧化硫以及二氧化氮等。

这些空气污染物含量的增加主要是人为因素引起的，这些因素包括经济因素和社会因素。中国自改革开放以来就过度追求经济的发展，并在经济发展目标上唯 GDP 至上，一味的追求 GDP 的快速增长，这就造成了投资结构的不合理，过度地依赖低端产业带动经济发展，忽略了科技的发展。在经济中，高耗能、高污染的产业快速发展，能源过度消耗，并且能源结构以化石燃料为主，造成了空气污染物（二氧化硫 、二氧化氮 、可吸入颗粒物等）含量的增加。

机动车因素

私家车的数量自1978数量持续上升，到 2013 年北京地区已将超过了 500万辆，机动车尾气排放量以及地面扬尘也随之增加 。

汽车尾气污染物包括主要有 CO， NO 、NO2， SO2， HC， 颗粒物和臭氧等。

人口因素

北京，相比其他城市拥有更多的就业机会，医疗资源和教育资源，导致北京人口大规模的增加，到 2013 年北京市常住人口已经达到 2 114.8 万人，人口的快速增加，不仅导致对能源等的消费的增加，能源消耗产生的污染物主要有颗粒物、不完全燃烧产生的CO，所含硫燃烧产生的SOx,以及空气中氮气和氧气在高温燃烧中反应,产生的NOx, 从能源消费结构看，北京雾霾天气的大气污染物主要来源于燃煤废气排放、油品燃烧废气排放、天然气燃烧排放等途径。

同时使得房屋价格迅速攀升，许多人不得不居住在较远的郊区，造成人们对交通运输的过度依赖，增加了污染物的排放；随着城市规模的扩大，建筑面积和建筑高度不断增加，对空气流动起了阻碍作用，更加不利于空气污染物的扩散，加重了北京的雾霾现象。

3.污染物排放分析：

燃煤废气排放:

燃煤导致的PM2.5主要有三个方面，一是煤燃烧所形成的烟气中含有细颗粒物，二是烟气中SOX、NOX经光化学作用形成的二次硫酸盐和硝酸盐，三是煤本身含有的挥发性有机物不完全燃烧进入到空气中。

2012年，北京、天津和河北煤炭消费量分别为2 365万吨、4 000万吨、2.7亿吨，三地合计3.34亿吨。煤的含硫量一般为1%～3%，工业锅炉每燃烧1吨标准煤，会产生SOx 8.5千克、NOx 7.4千克，小锅炉和分散使用其排放更高。以此计算，京津冀三地每年燃煤排放SOx高达284万吨，排放NOx达47万吨，其二次反应产生的硫酸盐、硝酸盐也是大气污染物中对人体伤害最大的成分。

京津冀地区煤的使用主要集中在三个方面。一是钢铁生产。2011年京津冀地区钢材年产量在2.47亿吨（见表1），按1吨钢耗煤650千克计,钢铁生产年耗煤大约在1.6亿吨。二是火力发电和热电供应。按每千瓦时电力耗煤300克计，京津冀地区火电装机容量2011年为5513万千瓦，估计年耗煤1.28亿吨。三是水泥生产。按1吨水泥耗煤100千克计，京津冀地区水泥产量1.64亿吨，年耗煤在.16亿吨。以上三项合计耗煤约为3亿吨，占京津冀地区总耗煤量（3.34亿吨）的90%。钢铁、火电和水泥三项每年在京津冀地区产生的SO x为255万吨、NOx为222万吨。

油品燃烧废气排放

从京、津、冀三地主要炼油和乙烯装置分布看，包括燕山、天津、大港、华北石化公司在内的总炼油能力达3 850万吨/年。2005-2010年京津冀三地汽油、柴油消费量分别见图1及图2。三地目前汽车保有量大约1500万辆（北京500余万辆，天津200余万辆，河北700余万辆），成品油年消费大约在2 000多万吨。目前北京实行京Ⅴ标准（相当于欧Ⅴ），天津2013年将实行国Ⅳ标准（相当于欧Ⅳ），河北实行国Ⅲ标准（相当于欧Ⅲ），即

使以硫含量最高的国Ⅲ标准计算，京津冀地区机动车所产生的SOx为6 000余吨，NOx

大约在20万吨左右，远小于煤炭燃烧所贡献的污染总量。一般而言，柴油车的PM2.5要高于汽油车，因内燃机燃烧方式不同，柴油车尾气中不完全燃烧的烃类有机物和细颗粒物高于汽油车；低于国Ⅰ排放标准的所谓“黄标车”尾气排放远高于达到国Ⅳ标准及以上汽车，一辆“黄标车”排放可相当于5～10辆达标车的排放；公共汽车排放可相当于50辆以上达标车的排放，而大型卡车则相当于上百辆以上达标车的排放。

天然气燃烧排放

2010年京津冀三地天然气消费量合计127.2亿立方米。若按热值计算，仅占能源总消费量的

5.41%，而煤炭消费量占83.87%，汽油消费量占4.22%，柴油占6.47%，可见天然气用量占比较

小。天然气不含硫，其燃烧不产生SOx，其NOx产生量也远小于煤炭燃烧。

其他排放

例如汽车喷漆等工业喷涂，有机物挥发进入大气中，可能形成气溶胶，成为雾霾污染物的来源。餐饮烟气、烧烤等也可能形成气溶胶来源，秸秆焚烧则直接产生大气污染。全市有1.5亿平方米的建筑工地，加上道路扬尘，所直接产生的PM2.5也不容小视。

综合来看，PM2.5的产生与能源利用密切相关，能源利用产生的PM2.5估计占PM2.5总量的80%左右，包括直接排放、二次反应产生的硫酸盐和硝酸盐、有机气溶胶等，其余为道路扬尘、建筑扬尘和秸秆焚烧等。

结论：由于经济高速发展，由于气候条件与大气污染物的积累和增加综合因素共同导致了北京雾霾天气的加剧严重。

由于本人知识学术水平有限，有错误、疏漏、不当的地方，欢迎指正。

参考文献：

1. 从能源消费结构分析北京雾霾天气成因及防治措施

2. 雾霾天气气象学定义及预防措施

3. 北京雾霾四大源头的治理措施探讨