【編者按】

王躍思，中科院大氣物理所研究員，博士生導(dǎo)師，國(guó)家杰出青年基金和政府特殊津貼獲得者，主要從事大氣化學(xué)與環(huán)境研究工作。

在本文中，王躍思詳解了北京市大氣污染治理現(xiàn)狀及面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。他認(rèn)為，未來(lái)兩年必須下決心采取超常規(guī)措施破解北京大氣污染防治中的若干難點(diǎn)問(wèn)題，才能突破大氣污染治理瓶頸，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

“大氣十條”實(shí)施以來(lái)，全國(guó)城市PM_2.5濃度呈下降趨勢(shì)，預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)家規(guī)定的2017年空氣質(zhì)量改善目標(biāo)。若按現(xiàn)有力度措施，北京市2017年P(guān)M_2.5濃度達(dá)到年均值60μg/m³左右的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)臭氧（O₃）污染迅速抬頭。未來(lái)兩年必須下決心采取超常規(guī)措施破解北京大氣污染防治中的若干難點(diǎn)問(wèn)題，才能突破大氣污染治理瓶頸，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

據(jù)中科院站點(diǎn)長(zhǎng)期觀測(cè)，北京市近12年P(guān)M_2.5的年平均值為92.7μg/m³， 2006年P(guān)M_2.5年均值最高，達(dá)到110.7μg/m³，此后PM_2.5濃度逐年下降，平均每年下降3.36μg/m³。綜合環(huán)保部和北京市2013年以來(lái)公布的數(shù)據(jù)，以2015年北京市PM_2.5年均值80.6 μg/m³為基準(zhǔn)，如按目前下降速度，預(yù)計(jì)北京市在 2021年以后才能達(dá)到60μg/m³左右的年均值。

最近3年，即2013-2015年，全國(guó)74個(gè)城市PM

_2.5

濃度總體呈下降趨勢(shì)，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角和成渝地區(qū)PM

_2.5

濃度分別下降了27.4%、20.9%、 27.7%和27.7%。北京市從89.5μg/m

³

降至80.6μg/m

³

，僅下降9.9%。

2013-2015年北京PM

_2.5

年均濃度和O

₃

日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)

2015年北京PM

_2.5

年均濃度為80.6μg/m

³

，為全國(guó)31個(gè)省自治區(qū)直轄市年均值之首位（與河南省80.1μg/m

³

相當(dāng)），全國(guó)338個(gè)地級(jí)及以上城市有24個(gè)城市年均值高于北京（除去受自然沙塵影響嚴(yán)重的新疆和田、喀什和克城），而且均分布在北京偏南區(qū)域的河北、河南和山東3省，其中與北京西南部接壤的河北保定市為京津冀及周邊地區(qū)最高城市，2015 年P(guān)M

_2.5

年均值為107μg/m

³

，高于北京33%；省會(huì)城市石家莊、鄭州和濟(jì)南2015年P(guān)M

_2.5

年均值分別為89μg/m

³

、96μg/m

³

和90μg/m

³

，分別高于北京10%、19%和12%。與北京東南部接壤的河北廊坊PM

_2.5

年均值也比北京高5%以上。北京周邊區(qū)域高濃度的細(xì)顆粒物對(duì)北京重霾污染形成具有重要影響，但這一影響一直在被低估。

從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，北京市大氣PM

_2.5

下降緩慢的原因有兩個(gè)。

（1）冬季PM

_2.5

污染未得到有效控制。近3年冬季濃度一直高于其他3個(gè)季節(jié)平均濃度的20% 左右，并且近10年來(lái)一直呈上升趨勢(shì)，平均每年上升1.3μg/m

³

；

（2）PM

_2.5

導(dǎo)致的重霾污染天數(shù)減少緩慢。2015年，北京市共發(fā)生重度、嚴(yán)重污染31天次、15天次，與2014的32天次、15天次基本持平；比2013年 45 天次、13天次相比重污染減少了14天，但嚴(yán)重污染天數(shù)增加了2天。2015 年，全國(guó)重度及以上污染天數(shù)超過(guò)30天的有13個(gè)城市，北京位居7位，而其他6個(gè)城市也在北京偏南區(qū)域，包括保定、廊坊、石家莊、鄭州和濟(jì)南等。

北京2015年共發(fā)生46天次重度及嚴(yán)重污染，其中冬季22天、秋季13天、春季8天和夏季1天，分別占50.0%、29.5%、18.2% 和2.3%。與全國(guó)大多數(shù)城市相比有所不同的是，北京不僅冬季PM

_2.5

污染嚴(yán)重，而且秋季污染也十分嚴(yán)重，“秋高氣爽”和“金秋十月”已經(jīng)成為北京的回憶。造成北京秋季重霾鎖城的重要客觀原因之一是風(fēng)速減小。2006—2015年北京全年風(fēng)速波動(dòng)下降顯著，平均每年下降0.03m/s，其中北風(fēng)風(fēng)速平均每年下降0.028 m/s；風(fēng)頻統(tǒng)計(jì)顯示大于2m/s的南風(fēng)和北風(fēng)頻次顯著下降，而弱風(fēng)（風(fēng)速≤ 2m/s）頻次顯著增加。僅秋季，近10年平均風(fēng)速每年下降0.028m/s，主要緣于弱風(fēng)（≤2 m/s）頻次從70%上升至79%，并且弱風(fēng)中南風(fēng)頻次顯著增加，北風(fēng)頻次顯著減小。

而主觀原因除了整個(gè)區(qū)域巨大的工業(yè)排放基數(shù)外，北京偏南區(qū)域秋收換播季節(jié)秸稈燃燒起到了推波助瀾的作用。對(duì)近年來(lái)北京及京津冀秋季重霾污染形成過(guò)程的機(jī)理研究表明，高架源的高排高放和大面積的秸稈燃燒造成大量細(xì)顆粒物的排放，在弱偏南風(fēng)或靜風(fēng)的氣象條件下，污染水平擴(kuò)散微弱，彌漫在大氣較高層中的原始排放顆粒物造成對(duì)陽(yáng)光的散射和吸收，一方面耗散輻射能量造成上部空氣升溫，另一方面阻擋了部分太陽(yáng)輻射到達(dá)地面造成地面溫度下降，更易形成穩(wěn)定的大氣邊界層逆溫結(jié)構(gòu)。這個(gè)逆溫層就像一個(gè)“大罩子”罩住了京津冀城市群，造成局地污染排放難以對(duì)流擴(kuò)散，并且“大罩子”中的各種化學(xué)物質(zhì)相互反應(yīng)，生成了大量新的粒子——“二次顆粒物”。不難想象，此時(shí)哪里的地面污染源排放越多，哪里的空氣污染就會(huì)越加嚴(yán)重。北京的機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染最多，因此重度污染紅色預(yù)警時(shí)停駛部分機(jī)動(dòng)車(chē)能在一定程度上緩解大氣污染的嚴(yán)重程度。但這一秋季重污染形成的始作俑者卻是區(qū)域高架源和秸稈燃燒。作為應(yīng)急措施可以停駛部分機(jī)動(dòng)車(chē)輛，但從根本上解決污染問(wèn)題必須從區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控著手，消減大型點(diǎn)源和面源污染的原始排放量。

衛(wèi)星資料顯示，2013-2015 年，全國(guó)NO

₂

和SO

₂

垂直柱濃度年均值總體呈下降趨勢(shì)，與地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致，氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）呈現(xiàn)波動(dòng)變化。北京市NO

₂

和 SO

₂

柱總量分別下降15%和48%。衛(wèi)星觀測(cè)的北京大氣氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）2014年比2013年增加9%，2015年又降至2013 年水平。地面遙測(cè)AOD變化與衛(wèi)星觀測(cè)值總體趨勢(shì)一致，但絕對(duì)值高于衛(wèi)星觀測(cè)值，其原因是由于探測(cè)技術(shù)的局限性，衛(wèi)星觀測(cè)AOD結(jié)果有效值的平均低于實(shí)際的20%—30%，有些地區(qū)的觀測(cè)偏差更大（如四川盆地）。衛(wèi)星AOD數(shù)據(jù)僅能作為地面觀測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)判斷的一個(gè)參考。

北京市PM

_2.5

治理初見(jiàn)成效，但2017年難以達(dá)到60μg/m

³

，有當(dāng)初對(duì)治理進(jìn)程過(guò)于樂(lè)觀的估計(jì)，也有治理過(guò)程中難以預(yù)料的難題，尤其是區(qū)域協(xié)同治理的問(wèn)題，其對(duì)北京重霾污染過(guò)程形成的作用一直在被低估。例如，不能僅從近地面 PM

_2.5

的源解析結(jié)果判斷北京周邊高架工業(yè)源和生物質(zhì)燃燒源對(duì)北京重霾形成的作用大小，其對(duì)整個(gè)區(qū)域大氣邊界層的影響和對(duì)大氣污染物容量的降低作用一直在被低估，很可能影響到整個(gè)京津冀及周邊區(qū)域大氣污染聯(lián)合防控措施的制定和效果的評(píng)估，也有可能是北京“力氣下的很大，但收效不顯著”的重要原因。

全國(guó)城市大氣 O₃問(wèn)題日漸顯現(xiàn)。2015 年，全國(guó)74個(gè)重點(diǎn)城市O₃日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)在95-203μg/m³，平均為150 μg/m³，較2013年上升7.9%；超標(biāo)城市由2013年的17個(gè)升至2015年的28個(gè)，超標(biāo)城市的比例達(dá)37.8%，升高14.8個(gè)百分點(diǎn)。與2014年相比，2015年161個(gè)城市O₃日最大 8 小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)上升了3.6%，日均值超標(biāo)天數(shù)上升了0.8個(gè)百分點(diǎn)，超標(biāo)城市增加了9個(gè)。

北京大氣O

₃

問(wèn)題更為嚴(yán)峻。2015年，北京大氣 O

₃

日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)為203μg/m

³

，較2014 年、2013年的200μg/m

³

、188 μg/m

³

分別上升1.5%和8.0%；以O(shè)

₃

的8小時(shí)日最大濃度為指標(biāo)，2013-2015年北京大氣O

₃

的8小時(shí)日最大濃度分別為267μg/m

³

、311μg/m

³

和283μg/m

³

。近3年北京大氣O

₃

濃度水平高、增長(zhǎng)速度快，并且以O(shè)

₃

為首要污染物污染天數(shù)也持續(xù)增加。2015 年，北京以O(shè)

₃

為首要污染物污染天數(shù)為56天，較2014 年、 2013 年的50天和43天分別上升12%和30%；同樣，2015年北京O

₃

超標(biāo)天數(shù)為69天，較2014 年的59天上升17%。北京大氣顆粒物污染嚴(yán)重，但相對(duì)周邊城市濃度水平并不是最高；O

₃

污染則不同，不但夏季超標(biāo)天數(shù)多，而且濃度水平在京津冀乃至全國(guó)均處最高水平。2013-2015年，無(wú)論是O

₃

日最大8 小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)還是O

₃

的8小時(shí)日最大濃度，北京均是京津冀區(qū)域內(nèi)濃度水平最高的城市，分別較區(qū)域平均濃度水平高23%和16%，相應(yīng)地，北京也是京津冀地區(qū)以O(shè)

₃

為首要污染物污染天數(shù)和O

₃

超標(biāo)天數(shù)最多的城市，分別較區(qū)域平均天數(shù)高73%和102%。與國(guó)內(nèi)其他城市相比，北京大氣 O

₃

濃度除2013年低于濟(jì)南的190μg/m

³

外，2014年和2015年北京大氣O

₃

日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)均為全國(guó)74個(gè)重點(diǎn)城市之最。

北京大氣PM

_2.5

濃度呈現(xiàn)冬秋季節(jié)“高”，夏春季節(jié)低；而O

₃

在“春末-夏季-秋初”都會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)的“高”值?！半p高”污染的反季節(jié)出現(xiàn)，造成全市居民全年均生活在較差質(zhì)量的空氣環(huán)境中。2016年上半年，北京入夏以來(lái)O

₃

污染高值頻現(xiàn)，將北京市空氣質(zhì)量拖入了全國(guó)地級(jí)及以上城市（338個(gè)）空氣質(zhì)量排名的后10名。

2013-2015年P(guān)M

_2.5

月平均濃度和O

₃

日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)

中科院大氣物理所2006—2015年長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)顯示，北京大氣O

₃

前體物之一，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）總濃度（TVOCs）最近10年平均為31.4ppbv，其中烷烴所占比例（39%）最高，其次是芳香烴（26%）、烯烴（13%）及鹵代烴等（24%）；TVOCs呈波動(dòng)緩慢下降趨勢(shì)，平均每年下降 0.46 ppbv，烷烴下降明顯，但活性更強(qiáng)的芳香烴和烯烴呈上升趨勢(shì)。最近3年，即2013-2015年，3類(lèi) VOC均呈顯著上升趨勢(shì)，與北京大氣O

₃

總體上升趨勢(shì)具有一致性。

北京夏季大氣O

₃

污染治理面臨極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為北京市大氣污染全方位治理帶來(lái)了機(jī)遇。O

₃

濃度持續(xù)升高的原因首先在于O

₃

前體物未能得到合理控制，此外顆粒物濃度下降，大氣紫外輻射恢復(fù)增強(qiáng)，O

₃

產(chǎn)生率也會(huì)有所提高。解決的途徑仍然是源頭減排，減少O

₃

前體物向大氣中排放。目前多數(shù)研究結(jié)果表明，我國(guó)城市區(qū)域的O

₃

濃度水平均為VOCs所控制，要極大消減VOCs才能遏制不斷增長(zhǎng)的O

₃

污染，同時(shí)要等比消減NOx排放，才能最終使空氣O

₃

濃度達(dá)標(biāo)。目前我國(guó)O

₃

標(biāo)準(zhǔn)與PM

_2.5

采用的是WHO（世界衛(wèi)生組織）不同階段的標(biāo)準(zhǔn)，O

₃

標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)與發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基本接軌，但 PM

_2.5

采用的僅是WHO第一階段目標(biāo)值，如果采用WHO指導(dǎo)值作為標(biāo)準(zhǔn)，則北京在O

₃

作為首要污染物的超標(biāo)天，PM

_2.5

往往也超標(biāo)。因此，要正確理解目前北京夏季O

₃

超標(biāo)現(xiàn)象，O

₃

作為首要污染物超標(biāo)，并不意味著PM

_2.5

治理有了顯著的效果、不用再治理了，而是治理進(jìn)入了更加復(fù)雜的僵持階段，必須將單一治理大氣污染目標(biāo)調(diào)整為多目標(biāo)協(xié)同治理。因此，現(xiàn)階段在努力控制PM

_2.5

使其達(dá)到2017年階段性目標(biāo)（60μg/m

³

左右）的同時(shí)，要協(xié)同控制日漸增長(zhǎng)的大氣O

₃

濃度。VOC中活性強(qiáng)的物質(zhì)對(duì)O

₃

產(chǎn)生有更強(qiáng)的作用，但活性低的物質(zhì)可能直接導(dǎo)致 PM

_2.5

中有機(jī)碳（OC）濃度的增加，因此要全面源頭減排； NOx的消減可能造成某些區(qū)域O

₃

的階段性濃度升高，但其對(duì)大氣中硝酸及硝酸鹽的增加乃至二次有機(jī)氣溶膠（SOA）的形成，均具有極其重要的作用。因此，建議北京大氣污染的控制策略，應(yīng)優(yōu)先減排NOx，不能應(yīng)其對(duì)O

₃

暫時(shí)性的增加影響而放松對(duì)NOx的嚴(yán)格控制。對(duì)北京及我國(guó)O

₃

和PM

_2.5

協(xié)同控制的科學(xué)研究勢(shì)在必行。在治理PM

_2.5

的同時(shí)，兼顧O

₃

的治理，雙管齊下，尋找突破口，循序漸進(jìn)，科學(xué)綜合治理，才可能最終有效控制空氣污染。

2015年，北京市大氣SO₂ 、NO₂和CO及PM₁₀濃度均已達(dá)到國(guó)家制定的2017年目標(biāo)。但大氣中VOCs、NH₃和元素碳（EC）濃度偏高，變化趨勢(shì)不穩(wěn)定，將成為進(jìn)一步治理的挑戰(zhàn)。預(yù)計(jì)2030年前后，當(dāng)我國(guó)碳排放出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，VOCs和EC會(huì)出現(xiàn)全面持續(xù)下降；而NH₃的問(wèn)題，不僅取決于農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展和管理，也涉及到越來(lái)越多的工業(yè) NH₃排放。氨中N同位素研究表明，北京在空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良的天氣條件下，大氣中NH₃主要來(lái)自于周邊農(nóng)牧業(yè)排放的傳輸，而在重霾污染積累加強(qiáng)過(guò)程中，NH₃的主要來(lái)源則為機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣和工業(yè)燃煤脫硝過(guò)程中的氨逃逸。

北京市空氣污染治理工作一直走在全國(guó)的前列，工作扎實(shí)有效不反彈，但“雙高”污染給北京空氣污染治理帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)，同時(shí)也帶來(lái)了極大的機(jī)遇，如何突破治理瓶頸實(shí)現(xiàn)綠色北京的夢(mèng)想，是對(duì)政府部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)、全市環(huán)保工作者和全市人民的考驗(yàn)。率先行動(dòng)，成功治理，將給我國(guó)其他城市治理大氣污染提供經(jīng)驗(yàn)和樣板。

（1）結(jié)合冬季取暖燃燒過(guò)程管理，最大限度地消減冬季重霾污染天數(shù)。 治理散燒煤，有條件地煤改電和有條件地限制機(jī)動(dòng)車(chē)出行數(shù)量，仍是北京降低冬季重霾污染程度的最有效措施；加強(qiáng)對(duì)大氣NH₃的來(lái)源研究，尤其是工業(yè)脫硝NH₃逃逸和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放，研究有效的控制技術(shù)方法。

（2）優(yōu)先控制NOx的同時(shí)，全面控制VOCs排放量。 重點(diǎn)排放源包括機(jī)動(dòng)車(chē)、加油站、工業(yè)噴涂、石化產(chǎn)業(yè)、印刷和有機(jī)溶劑使用等。實(shí)現(xiàn)VOCs的業(yè)務(wù)化觀測(cè)，是減少夏季O

₃

超標(biāo)的關(guān)鍵。

（3）調(diào)控高架點(diǎn)源、高強(qiáng)度面源。 研究區(qū)域高架點(diǎn)源（燃煤煙囪）和高強(qiáng)度面源（秸稈燃燒）排放的污染物對(duì)整個(gè)區(qū)域大氣邊界層結(jié)構(gòu)的影響，特別是對(duì)北京大氣混合層高度和大氣容量的影響，提前預(yù)測(cè)預(yù)警，調(diào)控收獲季節(jié)秸稈燃燒時(shí)間和燃燒量，加大秸稈的利用率，降低北京及區(qū)域秋季重霾污染爆發(fā)頻次。

（4）治理?yè)P(yáng)塵，保護(hù)植被。 堅(jiān)持不懈地治理道路揚(yáng)塵、建筑工地?fù)P塵和工業(yè)粉塵，重點(diǎn)保護(hù)北京西北廣大區(qū)域水源涵養(yǎng)地的植被，并杜絕任何污染企業(yè)進(jìn)駐，是保障北京地區(qū)春季空氣污染逐步改善的重要方面。

（5）精細(xì)規(guī)劃，科學(xué)評(píng)估。 加強(qiáng)科學(xué)研究的投入，對(duì)每一項(xiàng)環(huán)保措施進(jìn)行效益評(píng)估，特別對(duì)預(yù)警措施的有效性進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，探索精確預(yù)報(bào)預(yù)警的可行性，在達(dá)到污染控制預(yù)期目標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)盡可能地減少經(jīng)濟(jì)損失，盡可能地減少對(duì)社會(huì)正常秩序的擾動(dòng)。需要政府部門(mén)更加精細(xì)化的工作。

（6）加強(qiáng)科普宣傳，提高公眾環(huán)保意識(shí)，保障環(huán)保工作者的權(quán)益。 鼓勵(lì)環(huán)保科學(xué)工作者定期走進(jìn)社區(qū)、學(xué)校和企事業(yè)單位進(jìn)行環(huán)保科普知識(shí)講解，宣傳環(huán)保政策，傳授簡(jiǎn)單易行的家庭環(huán)保技術(shù)方法。我國(guó)大氣污染的治理進(jìn)程、空氣質(zhì)量的改進(jìn)速度，在某種程度上取決于公眾公共環(huán)保意識(shí)的成長(zhǎng)速度，取決于全民文化素養(yǎng)的全面提高。

本文原載《中科院院刊》（微信號(hào)：CASbulletin），《知識(shí)分子》獲授權(quán)刊載。

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