京津冀及周边地区大气重污染成因更为清晰
蓝天保卫战，精准施策加油干
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河北秦皇岛海港区金梦海湾。
曹建雄摄
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本报记者 孙秀艳 刘 毅 寇江泽
最近一段时期，京津冀及周边地区出现持续时间长、范围大、污染重的区域污染过程，引起社会的广泛关注。
过去几年，尤其是2017年以来，近2000位专家联合攻关，为大气污染“找病根”，在科学诊断的基础上“开药方”。攻关有哪些新突破新发现？蓝天保卫战的策略是否会因此做出相应调整？本报记者独家专访了国家大气污染防治攻关联合中心、生态环境部、中国气象局有关专家和负责人。
大气重污染原因是什么？
近2000位专家联合攻关，准确找出京津冀大气污染“病根”
2017年4月，国务院常务会议确定由原环境保护部（现生态环境部）牵头，科技、中科院、农业、工信、气象、卫生、高校等多部门和单位协作，针对京津冀及周边地区秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放管控技术等难题开展集中攻关，并设立专项资金5.75亿元。原环境保护部随后按照“1+X”模式成立了国家大气污染防治攻关联合中心，组建了由200多家单位、近2000人组成的科技攻关团队。
“攻关项目实现了机制体制、‘一市一策’驻点跟踪研究、数据资源共享这三大创新。”生态环境部科技与财务司司长邹首民说，800多名科研人员深入京津冀及周边地区大气污染传输通道“2+26”城市，开展长期驻点研究和技术指导，在每一个城市布设3—5个采样点，共设采样点109个，在2017年—2018年秋冬季进行连续采样，共采集约2.6万个样品，完成了这些城市2017年—2018年秋冬季颗粒物的来源解析研究。
攻关联合中心建成了天地空综合立体观测网，通过外场观测、实验室分析和数值模拟等综合研究手段，目前已基本弄清了京津冀及周边地区大气重污染的成因，实现了对重污染过程的精细化定量化描述。
那么，京津冀大气重污染的“病根”究竟是什么？
“京津冀及周边地区大气重污染，是污染物本地累积、区域传输和二次转化综合作用的结果。”中国工程院院士、北京大学教授张远航说，“远超环境承载力的污染排放强度是大气重污染形成的主因，不利气象条件造成污染快速累积是诱因，大气氧化驱动的二次转化是污染累积过程中颗粒物爆发式增长的动力。”
这样的结论并不让人感到意外。但是这一次，专家们的“望闻问切”比以往更细致，“病因”找得更精准。
中国工程院院士、清华大学教授郝吉明说，大气污染物的高强度排放是京津冀及周边地区秋冬季大气污染形成的最主要原因。攻关项目把网格化管理和区县、乡镇调研结合起来，基于大量调查和实测，编制了“2+26”城市精细化大气污染源排放清单。清单包括10类排放源、9种污染物，涉及各行业工业点源总计8.6万个、餐饮企业10.6万家，大大提升了这一区域大气污染源排放清单的精度。
——看污染来源：燃煤、工业、机动车、扬尘这四大来源是主要的，占比达到90%左右。
——看排放强度：这一区域产业结构偏重，能源结构以煤为主，运输结构以公路为主，钢铁、焦炭、玻璃、原料药等产量均占全国40%以上，单位国土面积煤炭消费量是全国平均水平的4倍，大宗物料80%依靠柴油货车运输，排放强度大。
——看时间分布：受采暖影响，这一区域秋冬季一次PM2.5和有机碳、黑碳等组分的月均排放水平，是非采暖季的1.5—4倍，而保定、濮阳、太原、阳泉、长治、晋城等散煤用量大的城市，上述污染物在秋冬季的排放水平更高。
——看行业分布：钢铁及焦化行业主要分布在唐山和晋冀鲁豫交界地区，玻璃行业集中在邢台、淄博等地，石化化工主要集中在淄博、天津、沧州、石家庄等地。
联合攻关的一大突破，是实现了对重污染过程的精细化定量化描述。
攻关联合中心副主任、中国环境科学研究院大气环境首席科学家柴发合告诉记者，2015年以来，京津冀及周边地区重污染过程发生频次、持续时长和峰值均呈下降趋势。2017年10月至今年3月初的秋冬季期间，京津冀及周边地区共出现23次区域重污染过程。攻关联合中心对23次污染过程都进行了精细化定量化解析，一一分析比对污染全过程的污染物组分、来源数据。
以今年1月10—14日污染过程中北京市的空气质量变化为例，10—12日晚间均出现了PM2.5浓度快速增长的现象。专家们利用空气质量模型进行模拟，结果表明，沿西南通道的污染物传输“贡献”最大。此外，北京12日晚间污染最重时段，硝酸盐、硫酸盐、铵盐浓度明显上升，占比合计超过50%。这表明北京及周边地区气态污染物的二次转化，也是推高北京PM2.5浓度的关键因素。气态污染物的二次转化，是指二氧化硫、氮氧化物等气态污染物在大气中发生氧化等化学反应，形成硝酸盐、硫酸盐等PM2.5的主要成分。
气象条件和空气重污染之间，存在着怎样的关联？
攻关专家运用多个模型系统，分析了2000年—2017年气象条件对空气质量的影响。结果显示，由于气象条件的年际差异，京津冀及周边地区“2+26”城市PM2.5年均浓度的波动幅度可达10%，个别城市可达15%；由于气象条件的月际差异，城市PM2.5月均浓度的波动幅度可达30%以上。
中国工程院院士、中国气象科学研究院研究员徐祥德，中国气科院大气成分研究所所长王亚强，国家气候中心研究员柳艳菊等组成气象攻关团队，对这一问题开展了深入研究。
徐祥德介绍，京津冀及周边地区位于太行山东侧“背风坡”和燕山南侧的半封闭地形中，受青藏高原大地形“背风坡”效应所导致的下沉气流和“弱风效应”影响，冬季京津冀及周边地区为显著的下沉气流区，这不利于大气对流扩散及污染物清除。这个地区是我国冬季大气污染最重、季节差异最为显著的区域，PM2.5浓度冬季普遍偏高，污染最重，秋、春季次之，夏季最轻。
“从目前统计分析结果来看，在京津冀及周边地区，符合以下条件时容易产生本地累积型重污染：风速小于2米/秒，对污染物水平扩散极其不利；大气处于静稳状态，垂直扩散能力较差；近地面逆温，混合层高度低于500米；大气相对湿度达60%以上，导致气态前体物向颗粒物加速转化。”徐祥德说，“在空气污染过程中，污染累积到一定程度后还会导致气象条件进一步转差，重污染和不利气象条件之间形成显著的‘双向反馈’效应。”
污染物成分出现哪些新趋势？
PM2.5组分发生明显变化，专家探索性地将城市空气污染分为6种类型
空气污染的“病根”是排放，天气是诱因，复杂的颗粒物二次转化是催化剂。重污染天气中首要污染物大多是PM2.5，这种直径小于或等于2.5微米（不到人的头发丝直径的1/20）的颗粒物中，主要的成分有哪些，从何而来？这是对症下药时需要了解的问题。
攻关研究表明，2017年，“2+26”城市二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、可吸入颗粒物（PM10）、挥发性有机物、氨和一氧化碳等污染物排放量，同比下降6%—31%，其中，二氧化硫排放降幅最大，氨排放降幅最小。
2017年—2018年采暖季期间，“2+26”城市PM2.5的平均浓度为85微克/立方米，其中有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐等主要组分的占比分别为28%、19%、12%和11%。这揭示京津冀及周边地区大气PM2.5化学特征发生了显著变化。2018年11月—今年2月主要监测站点在线测量的结果，再次印证了这一变化规律。
——有机物占比正在下降。
PM2.5组分“黑名单”中，排在第一位的是有机物。目前，在测的有机物达100多种，主要来自散煤燃烧、机动车尾气等一次排放和挥发性有机物的二次转化，随着散煤燃烧排放等得到有效治理，有机物的占比正在下降。
——硫酸盐浓度及占比大幅降低。
作为大气主要污染物之一，二氧化硫是导致酸雨的重要因素，也曾是二次生成PM2.5的最主要来源。很多地区一直把控制二氧化硫排放总量作为大气污染治理的头等工作。攻关专家认为，京津冀及周边地区散煤“双替代”、燃煤锅炉和“散乱污”企业综合整治成效显著，使得硫酸盐浓度及占比大幅降低。
——硝酸盐污染十分突出。
观测期间的数据分析显示，京津冀及周边地区硝酸盐区域性污染十分突出，硝酸盐绝对浓度和占比大幅度超过硫酸盐，成为PM2.5中最主要的二次无机组分，其浓度快速上升已成为PM2.5爆发式增长的关键因素之一。这表明，加强氮氧化物的控制非常重要、非常紧迫。
中国环境科学研究院研究员薛志钢告诉记者，“2+26”城市氮氧化物最重要的来源是道路移动源，也就是机动车，占比32%；非道路移动源即工程机械、农业机械、船舶和飞机等的排放占比17%；电力和供热行业排放占比17%；其他工业排放占20%。抓住重点领域、推进氮氧化物减排成为当务之急。
——铵盐排放须引起重视。
PM2.5组分“黑名单”中铵盐排在第四位。联合攻关专家、中国农业大学教授刘学军表示，铵盐主要由氨气通过二次转化而来，其来源主要是农业氨排放，占比高达85%，其中畜禽养殖占57%，氮肥使用占20%。从时间分布上看，秋冬季氨排放量低，夏季排放量大。另外，秸秆焚烧等生物质燃烧、垃圾填埋场、污水处理厂等也有氨排放。
各个城市产业、能源、运输结构不同，城市化水平及消费水平不同，污染呈现不同特点。中国工程院院士、清华大学环境学院院长贺克斌介绍，根据城市污染源结构特征，可探索性地将“2+26”城市分为6种类型：
天津、石家庄、唐山、邯郸、沧州、济南、淄博、安阳等城市为综合工业污染类；北京、郑州等城市为偏机动车及溶剂类（装修涂料、干洗剂、发胶、染发剂等）；邢台、太原、长治、阳泉、晋城、聊城、滨州等城市为偏煤焦铁类；廊坊、衡水、济宁、德州、新乡等城市为偏溶剂使用类；保定、鹤壁、焦作等城市为偏建材污染类；菏泽、濮阳、开封等城市为偏农业及石化化工类。
区域传输影响有多大？
区域传输加重污染快速累积，全年平均“贡献”约20%—30%
两年多前，一张在北京市西红门拍摄的大气污染团从南边滚滚来袭的照片，在很多人的微信朋友圈中刷屏，至今让人印象深刻。
“事实上，攻关期间，每次重污染我们都开展走航观测，采用新技术密切关注重污染过程。”中国工程院院士、中国科学院合肥物质科学研究院研究员刘文清说。
京津冀及周边地区的特殊地形，使得污染物区域传输对污染快速累积产生显著影响。攻关研究表明，西南通道（太行山前输送带）、东南通道（济南—沧州—天津输送带）和偏东通道（燕山前输送带）均影响较大。京津冀及周边地区各城市污染程度受到整个区域的传输影响，全年平均“贡献”约为20%—30%，重污染期间的“贡献”还会再提升约15%—20%。
对北京市而言，在重污染期间区域传输“贡献”最高可达60%—70%，其中西南通道、东南通道和偏东通道都有较大影响。西南通道的定量分析显示，在典型污染过程的起始阶段，向北京的输送通量最高可达500—800微克/平方米·秒，污染形成阶段的输送通量在100—200微克/平方米·秒左右。
中国科学院大气物理研究所研究员王自发告诉记者，输送通量是表示污染物输送强度的物理量，数值越大，代表输送强度越大。“根据定量分析结果，按照近地面大气混合层500米高计算，在污染过程起始阶段，周边地区每小时每公里最高向北京输送0.9吨—1.5吨PM2.5，影响非常明显。”
有人认为，北京的蓝天受到了周边地区的拖累。但北京跟踪研究工作组专家、清华大学教授王书肖并不这样认为。她说，如果因此将北京空气污染完全归咎于周边地区，那可就错了。
王书肖表示，大气污染是区域性问题，京津冀及周边地区在同一空气流场内，各城市的污染物相互影响，北京既受其它城市影响，也影响其它城市，空气质量一荣俱荣、一损俱损，谁都难以独善其身。
区域内空气质量相对较好的地方，对区域传输“贡献”会小一些，这是大家的普遍印象。但专家们对各城市细致的“体检”，推翻了这样的误解。
“天津市去年PM2.5年均浓度为52微克/立方米，其中一个原因是得益于相对较好的扩散条件。”中国环境科学研究院研究员孟凡说，天津污染物排放总量很大，但一次PM2.5直接排放并不是很高，只有唐山市的1/3，对本地造成的影响比较小。不过，天津的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物排放较高，排名“2+26”城市前列。这些PM2.5前体物转化成硫酸盐、硝酸盐和颗粒物有机组分需要一定时间，输送过程中伴随着转化，对区域污染影响较大。空气质量模型模拟计算显示，天津的污染物对区域传输的“贡献”在“2+26”城市中排名靠前。
攻关研究显示，区域排放总量位居前列的5个城市，河北占了3个。西南通道也就是冀中南太行山沿线方向，包括河北石家庄、保定、邢台、邯郸等城市，工业产业结构偏重、能源结构偏煤、运输结构偏公路等问题突出，污染物排放总量较高，远超环境容量。东部的唐山市，工业污染特征也十分突出。
“河北空气质量相对较差，只有大幅削减污染物排放，才能提升本地空气质量，促进京津冀及周边地区空气质量持续改善。”河北省生态环境厅厅长高建民说。生态环境部大气环境管理司司长刘炳江强调：“区域大气污染治理过程中，各个城市首先要‘自扫门前雪’，把本地污染排放降下来。”
蓝天保卫战“战术”需要调整吗？
大气污染防治措施需适时完善，要下大力气调整产业、能源、运输、用地结构
攻关专家认为，治污不断深入，区域污染来源占比也在不断变化，相应的措施必须跟上形势，适时加以调整完善。
专家组建议，今后要更加注重科学应对重污染天气。“研究成果对重污染天气减排工作具有很高的参考价值，相应方案要及时调整，保证更有效地降低污染峰值，缩短污染时间。”柴发合说，比如，分析出污染团的来源和传输方向，有针对性地做好源头及通道的应急减排，效果将更加显著。
针对秋冬季区域各城市污染程度普遍受到传输影响的问题，柴发合表示，晋冀鲁豫交界地区地形条件先天不足，大气扩散条件较差，常常成为污染的“热点地区”。在重污染天气应对工作中，今后要注重这一地区的3个问题：应急预案中的企业减排量要与预警等级完全匹配；启动应急措施的时间要尽可能提前，提前两天甚至更早启动；应急减排措施要100%落地。
气态污染物二次转化往往是推高PM2.5浓度、导致污染加剧的重要原因。面对PM2.5组分占比的新变化，专家们认为，必须更加重视氮氧化物污染防治。“氮氧化物既是硝酸盐的前体物，也是形成硫酸盐的氧化剂。”贺克斌表示，应对空气重污染时，在多种污染物协同管控的基础上，把氮氧化物排放降得更低一点，效果更明显。
日常减排是治本之策。专家组对症下药，针对各地情况开出了具体“药方”。
——调整产业结构。区域内钢铁产能巨大，冶金企业扎堆，钢铁、焦化、冶金、水泥等高污染、高能耗产业在唐山和晋冀鲁豫交界地区高度集中。晋冀鲁豫交界地区小冶金企业扎堆，装备、治理、管理水平落后，而且焦炭—钢铁、炭素—电解铝产能的配比不合理，是下一步产业结构调整的重点区域。
——调整能源结构。区域内能源消费结构较为单一，煤炭消费量较大，山西、河南、河北属于煤炭依赖型，北京属于油气综合型，天津、山东属于煤油气综合型，都需要做出相应优化。
——调整运输结构。区域内柴油车氮氧化物和颗粒物排放，分别占汽车排放总量的65%和99%，是下一步运输结构调整的重点。
——补上治理短板。京津冀及周边区域挥发性有机物污染治理的重要性日益凸显，需要加大力度治理苯、甲苯、二甲苯、乙烯、甲醛等重点污染物，而其关键在于控制汽油轿车、橡胶品制造、炼焦、沥青铺路、化学原料制造、涂装等污染源头。
“氨排放也是造成颗粒物污染的原因之一，大气治理应将氨减排考虑进来。”刘学军说，种植业和养殖业的氨减排潜力较大，氮肥机械深施、水肥一体化等技术，能降低一半以上的农田化肥氨排放，养殖业可以通过采用低蛋白配方饲料、改善动物饲养环境等措施实现氨减排。
——疏解北京非首都功能。对北京而言，机动车尾气已经成为本地污染物排放的大头。王书肖说，北京今后的减排措施要集中在移动源和生活源上，但这还不足以支撑PM2.5浓度大幅度下降。北京PM2.5浓度要进一步下降，加快疏解非首都功能的进度是根本。
从2013年“大气十条”实施以来，蓝天保卫战持续推进。“目前，许多能用的、好用的措施都得到了应用，空气质量改善的难度在增大，边际成本在提高，污染治理进入深水区，越来越触及深层次问题。”柴发合说，除北京以外，京津冀及周边地区的产业、能源、运输、用地结构还没有发生根本性转变，区域内秋冬季空气质量仍不能摆脱对气象条件的依赖，一旦遭遇不利天气条件，就会发生空气重污染。大气污染防治往下走，重点还是结构调整。
刘炳江表示，目前京津冀及周边地区结构调整，面临不少难题：
产业结构调整难度很大。结构不合理是长期发展的结果，短期内难以根本改变。调整产业结构、化解过剩产能影响面较广，涉及就业等民生问题，目前经济激励政策不足，实施难度较大。
能源替代成本较高。京津冀及周边地区消耗了全国33%的煤炭，清洁燃煤集中供暖比例较低，散烧煤取暖使用量仍较大。在“煤改气”“煤改电”工作推进过程中，天然气供应需求量大，基础设施改造和运行成本高，地方财政补贴压力大等问题较为突出。
公路运输依赖度高。京津冀及周边地区公路货运量占货运总量的80%以上，比全国高出10个百分点。研究表明，一辆重型柴油车的污染物排放量相当于750辆轻型汽油车，区域内柴油货车排放超标问题尤为突出，导致氮氧化物和PM2.5排放量居高不下。
“这些确实都是硬骨头，要按照打赢蓝天保卫战三年行动计划的部署，下更大气力啃下来。”刘炳江说。
蓝天白云何时常驻？
再经过10多年努力，“2+26”城市的PM2.5年均浓度可逐渐达标
调整结构，总量减排，强化应急，促进联动……攻关专家的“药方”很务实，各地各部门正在抓落实。
——减排，持之以恒推进。
“把污染总量减下来是实现区域空气质量持续改善的必由之路。”刘炳江表示，京津冀及周边地区产业结构调整，主要是针对高能耗、高排放企业。要严控“两高”行业产能，深化工业污染治理，巩固“散乱污”企业综合整治成果。
河北的大气污染防治，关乎整个区域空气质量改善。“正像专家们分析的那样，我省的石家庄、唐山、邢台、邯郸等几个大气污染较重城市，都存在主要产业行业的大气污染物排放问题。我们要充分利用专家研究成果，瞄准‘靶心’科学施治。”高建民说，调结构很艰难，但河北将严控“两高”行业新增产能，坚定不移调整产业结构，大力化解过剩产能、淘汰落后产能，对钢铁、焦化、煤电等排放大户，加快推进超低排放改造和深度治理。
徐祥德表示，联合攻关研究表明，全球变暖趋势导致我国北方地区，特别是京津冀地区冬季静稳天数明显增多。气候变暖和人类温室气体排放有关，减缓气候变暖的进程，要靠减排。通常在减排二氧化碳等温室气体的过程中，会同时减排大气污染物，这对治理大气污染和缓解气候变暖都有益处。
——应急，强化联防联控。
攻关专家建议，进一步强化区域联防联控，降低整个区域污染物排放强度，尽可能减轻传输影响。在夯实应急减排措施方面，不断推进各地修订重污染天气应急预案，细化应急减排清单，做到涉气污染源全覆盖，把应急减排措施落实到具体生产工序和生产线，实施减排措施清单化管理，不断提高环境管理精细化水平。
秋冬季污染物浓度在短时间内快速升高、爆发式增长的现象，在京津冀及周边地区多个城市出现。刘炳江表示，针对这种现象，生态环境部将严格要求地方落实重污染天气应急预案，继续指导各地强化重污染天气应对，开展应急联动。
提高空气质量预报能力，是应对空气重污染过程、减轻污染的重要举措。徐祥德认为，在一个时段内排放量相对固定的情况下，气象条件是重污染事件是否发生的关键因素，几天之内就有可能从蓝天白云转变为污染物“爆表”。下一步要加强、深化气象影响和大气污染成因关联性的研究，做好重污染天气的精准预报预测；另外，要加强不同地形与气象条件背景下排放源布局影响与区域输送“贡献”等问题的研究，为精准防治大气污染提供科学依据。
记者了解到，生态环境部将继续与中国气象局密切合作，完善中长期（40天）、短期（15天）和邻近（7—10天）预报相结合的业务化预报模式，逐步提升区域和各省级预报中心能力，提升预报的时效性和准确性，为提前采取措施提供有效支撑，尽可能减少污染物累积。
去年入冬以来，京津冀及周边地区已发生10多次大气污染过程。人们期盼，蓝天白云、繁星闪烁的日子更多一些。
贺克斌表示，只要坚持不懈、综合施治，蓝天就会越来越多。例如，根据专家研究，推广燃煤锅炉综合整治，可使“2+26”城市PM2.5浓度下降1%—15%；完善重污染应急措施，可使PM2.5浓度下降4%—21%。
郝吉明说，基于蓝天白云常驻的目标，攻关项目团队提出了“2+26”城市空气质量达标时间和改善路径。各地各部门正在攻坚克难，精准治污。目前，在全社会的共同努力下，老百姓已经看到空气质量明显改善，蓝天白云比过去显著增加。相信再经过10多年努力，“2+26”城市PM2.5年均浓度可逐渐达标。
《 人民日报 》（ 2019年03月21日 07 版）
