兩年前《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》出臺(tái)，中國(guó)城市正式吹響了抗擊灰霾這場(chǎng)戰(zhàn)役。治病需找病灶，治霾則需追源頭。在日前由中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)等單位聯(lián)合舉辦的京津冀灰霾形成機(jī)制探討沙龍上，專家們分享了最新的研究成果，試圖解答公眾對(duì)于灰霾形成的困惑和未知。

　　——編者

　　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)下降，緣何公眾感覺(jué)越來(lái)越重？

　　北京大學(xué)自2004年開(kāi)始全年監(jiān)測(cè)PM2.5，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示，除了2008年因舉辦奧運(yùn)年均濃度最低外，最近幾年P(guān)M2.5年均濃度較2006年和2007年略有下降。PM2.5的濃度在降低，但是為何公眾卻覺(jué)得灰霾越來(lái)越嚴(yán)重呢了？對(duì)此，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授胡敏解釋說(shuō)，“2012和2013年的極端重污染天數(shù)增多，可能是公眾感到灰霾加重的原因?！?/p>

　　北京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心主任張大偉用數(shù)據(jù)印證了這一觀點(diǎn)：從1998年開(kāi)始，北京市一直監(jiān)測(cè)的二氧化硫、二氧化氮和PM10濃度都在下降。其中PM10下降了40%左右，PM10包含PM2.5，PM2.5應(yīng)該也隨之下降。北京市環(huán)保部門(mén)自2013年才開(kāi)始正式監(jiān)測(cè)并發(fā)布PM2.5的數(shù)據(jù)。在此之前的科技論文中，北京城區(qū)點(diǎn)位PM2.5的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總體在80~120微克/立方米之間波浪變化。2000年最高，之后開(kāi)始下降，到2006、2007年又出現(xiàn)了一個(gè)高峰。

　　“2013年和2014年，北京市PM2.5的年均濃度分別是89.5微克/立方米和85.9微克/立方米，所以對(duì)比來(lái)看，PM2.5的濃度并不是一下子漲起來(lái)的，歷史上比現(xiàn)在可能還要高。有一種可能是，現(xiàn)在的PM2.5組分發(fā)生了變化，影響能見(jiàn)度的部分增加了，導(dǎo)致灰霾的視覺(jué)沖擊加大?！睆埓髠フf(shuō)。

　　與此同時(shí)，很多業(yè)內(nèi)專家指出，由于環(huán)保部門(mén)和氣象部門(mén)在對(duì)霾的觀測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警指標(biāo)的判識(shí)上存在一定的差別，導(dǎo)致公眾對(duì)霾的污染程度存在混淆。氣象部門(mén)關(guān)于霾的預(yù)報(bào)，包括輕度霾、中度霾、重度霾是以能見(jiàn)度為標(biāo)準(zhǔn)，在濕度達(dá)到一定程度時(shí)，按照地面觀測(cè)規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進(jìn)一步判識(shí)，從而依據(jù)霾的程度來(lái)進(jìn)行霾的預(yù)警的。環(huán)保部門(mén)則是依據(jù)PM2.5的濃度進(jìn)行黃色、橙色和紅色的重污染天氣預(yù)警。雖然本質(zhì)都是PM2.5,但是因?yàn)榕卸ǖ臉?biāo)準(zhǔn)不一，往往造成霾預(yù)警的等級(jí)不一樣。

　　相比其他城市，為何北京灰霾形成更迅速？

　　北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院胡敏教授課題組與美國(guó)德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)張人一教授合作研究揭示北京霾形成的機(jī)制。這一成果基于北京大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在校園內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行“城市大氣環(huán)境定位觀測(cè)站”觀測(cè)研究，成果于2014年11月24日發(fā)表在美國(guó)著名科學(xué)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上。

　　霾主要是由于空氣中高濃度的細(xì)顆粒物(PM2.5)對(duì)太陽(yáng)光的消光作用導(dǎo)致的能見(jiàn)度下降的現(xiàn)象。這項(xiàng)研究分析了北京初秋典型霾污染過(guò)程，霾發(fā)生時(shí)表現(xiàn)出以高臭氧和高PM2.5為特征的大氣復(fù)合污染特征。

　　胡敏介紹說(shuō)，北京的霾從形成到結(jié)束一般以4天~7天為周期，而且從藍(lán)天白云的清潔天到嚴(yán)重的霾天只需要幾天時(shí)間。每個(gè)周期都包括兩個(gè)重要的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程——在清潔天，主要是氣態(tài)污染物生成納米顆粒物的過(guò)程，也稱為顆粒物的核化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的納米級(jí)粒子；在隨后幾天，是顆粒物持續(xù)快速的增長(zhǎng)過(guò)程，使得在清潔階段“種植”的種子得以長(zhǎng)大到亞微米大小，這樣大小的顆粒物對(duì)太陽(yáng)光的消光作用明顯，因此導(dǎo)致能見(jiàn)度的降低從而形成霾。北京PM2.5質(zhì)量濃度的增長(zhǎng)非常迅速，在清潔天細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度不足50微克每立方米，但在兩天至4天后的污染階段會(huì)增至數(shù)百微克每立方米。

　　應(yīng)該說(shuō)，這項(xiàng)研究從機(jī)理上解釋了北京的霾比世界上其他地區(qū)形成更迅速且更嚴(yán)重的原因。北京大氣顆粒物化學(xué)組成與世界上其他地區(qū)非常相似，主要是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機(jī)物等二次顆粒物，表現(xiàn)出明顯的二次形成特征，并無(wú)特殊之處。但是，在我國(guó)大氣復(fù)合污染條件下，強(qiáng)氧化性和高濃度的氣態(tài)污染物使得顆粒物具有更強(qiáng)的核化能力和持續(xù)快速增長(zhǎng)的能力。

　　對(duì)此，胡敏解釋說(shuō)，霾的形成過(guò)程中，成核過(guò)程在世界上許多地區(qū)也會(huì)發(fā)生，但北京成核的潛力遠(yuǎn)高于其他地區(qū)；更為獨(dú)特的是顆粒物的持續(xù)快速增長(zhǎng)過(guò)程，同時(shí)具有這兩個(gè)方面就使得北京的霾更加嚴(yán)重。相比之下，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家城市中氣態(tài)污染物濃度較低，大氣氧化性也沒(méi)有北京強(qiáng)，因此很難同時(shí)出現(xiàn)顆粒物有效的核化及持續(xù)快速增長(zhǎng)。

　　胡敏解釋說(shuō)，夏秋季，研究發(fā)現(xiàn)在北京的地形地勢(shì)和不同氣象條件下，PM2.5呈現(xiàn)4天~7天的周期性波動(dòng)。例如，第一天是來(lái)自清潔地區(qū)的北風(fēng)，且風(fēng)速較大，將北京地區(qū)的污染物驅(qū)除?？墒前胩熘烈惶旌?，風(fēng)速減緩為靜穩(wěn)天氣或風(fēng)向轉(zhuǎn)為來(lái)自污染地區(qū)的南風(fēng)，顆粒物快速生成，導(dǎo)致在剩下的3天~5天，濃度持續(xù)上升，直至新一輪北風(fēng)降臨，驅(qū)除污染。

　　這就意味著，即使在秋高氣爽、藍(lán)天白云下，大氣污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程仍在進(jìn)行。由機(jī)動(dòng)車、工業(yè)企業(yè)排放的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化成可凝結(jié)蒸汽，進(jìn)而核化成納米級(jí)的最小的顆粒物，盡管對(duì)顆粒物的質(zhì)量濃度增加不多，但是在大氣中播撒了大量顆粒物的“種子”；一旦出現(xiàn)不利的氣象條件，其他的氣體污染物在這些小顆粒物上不斷凝結(jié)，這些顆粒物就會(huì)迅速長(zhǎng)大，就像種子迅速生根發(fā)芽一樣，霾就出現(xiàn)了。這個(gè)過(guò)程很快，常常是上午還是藍(lán)天，中午就出現(xiàn)了大量的種子，下午種子就開(kāi)始發(fā)芽長(zhǎng)大，藍(lán)天就隨之消失了。這是北京成霾的獨(dú)特過(guò)程。

　　二次污染是元兇，怎樣才能有效治理？

　　胡敏科研團(tuán)隊(duì)的研究成果再次證實(shí)了通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染對(duì)我國(guó)灰霾加劇貢獻(xiàn)巨大。

　　2014年2月，京津冀地區(qū)一輪持續(xù)的大范圍灰霾天氣發(fā)生時(shí)，一些城市二次污染的貢獻(xiàn)成分比例甚至高達(dá)80%。

　　在大氣細(xì)顆粒物的重要組分中，硫酸鹽與灰霾形成密切相關(guān)。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“大氣灰霾追因和控制”首席科學(xué)家賀泓表示，硫酸鹽在成霾的過(guò)程中起到了非常重要的作用。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，通?；姻残纬珊螅蛩猁}在大氣PM2.5顆粒中的占比在15%~20%之間。二次污染生成過(guò)程中，燃煤、重化工、機(jī)動(dòng)車排放的二氧化硫和氮氧化物本身是氣體，這些氣體經(jīng)過(guò)大氣氧化作用，變成硫酸鹽和硝酸鹽顆粒，從而加劇灰霾的發(fā)生。

　　通常情況下，二氧化硫在常見(jiàn)的礦質(zhì)氧化物表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，主要產(chǎn)物為亞硫酸鹽，短時(shí)間內(nèi)難以轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，但共存的氮氧化物卻可以極大地促進(jìn)二氧化硫和亞硫酸鹽向硫酸鹽轉(zhuǎn)化。賀泓和研究團(tuán)隊(duì)在更接近實(shí)際大氣環(huán)境的煙霧箱中對(duì)上述反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證，確認(rèn)了氮氧化物和懸浮礦質(zhì)氧化物顆粒對(duì)生成硫酸鹽的促進(jìn)作用和機(jī)理。

　　賀泓說(shuō)，2013年1月北京地區(qū)強(qiáng)霾期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，北京城區(qū)和北部遠(yuǎn)郊區(qū)的二氧化硫濃度接近，但PM2.5濃度卻呈現(xiàn)城區(qū)高、郊區(qū)低的特點(diǎn)，進(jìn)一步研究則發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度和城郊的氮氧化物濃度呈正相關(guān)，即城市中汽車尾氣等排放的氮氧化物多于郊區(qū)，使得這一城區(qū)PM2.5濃度增高。

　　美國(guó)德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)大氣化學(xué)與環(huán)境研究中心主任張人一分析說(shuō)，我國(guó)灰霾的形成機(jī)制比英國(guó)倫敦和美國(guó)洛杉磯早先的煙霧事件要復(fù)雜得多。倫敦?zé)熿F產(chǎn)生的主要成因是燃煤，以硫氧化物為主；洛杉磯的煙霧則主要因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車排放，主要是氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物的影響，而我國(guó)恰恰是兩種污染的高度復(fù)合。我國(guó)的燃煤量非常大，城市機(jī)動(dòng)車保有量也在快速增加，同時(shí)鋼鐵、建材、水泥、陶瓷玻璃等高排放的一些行業(yè)依舊在發(fā)展，短時(shí)間內(nèi)多種污染物的復(fù)合出現(xiàn)，使得我國(guó)灰霾成因非常復(fù)雜。

　　北京PM2.5源解析成果顯示，本地污染排放貢獻(xiàn)率為64%~72%。在本地污染中，機(jī)動(dòng)車來(lái)源貢獻(xiàn)率最高。

　　張大偉說(shuō)：“PM2.5的主要成分無(wú)非是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、有機(jī)物，還有一些黑炭、礦物塵等。這些物質(zhì)是燒出來(lái)的，飄出來(lái)的，揚(yáng)出來(lái)的?！彼忉?，燒出來(lái)的主要是硫酸鹽、硝酸鹽，由化石能源燃燒排放的二氧化硫、氮氧化物轉(zhuǎn)化而來(lái)，還有部分不完全燃燒排放的有機(jī)物。飄出來(lái)的是工業(yè)生產(chǎn)及機(jī)動(dòng)車尾氣中的VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)，以及主要來(lái)自畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等揮發(fā)排放的氨氣，城市里的機(jī)動(dòng)車也會(huì)排一部分氨。揚(yáng)出來(lái)的則是揚(yáng)塵類。

　　胡敏強(qiáng)調(diào)，除了本地污染源，北京頻發(fā)灰霾受外來(lái)輸送的影響也很大?！翱刂芇M2.5前體物，即城市機(jī)動(dòng)車VOCs和氮氧化物的排放，以及控制區(qū)域工業(yè)SO2的排放是治霾的關(guān)鍵所在?！焙粽f(shuō)。

　　追問(wèn)藍(lán)天

　　APEC期間吹來(lái)哪些東風(fēng)？

　　APEC期間氣象條件不利，那么藍(lán)天是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　張大偉介紹說(shuō)，2014年11月1日，專家預(yù)報(bào)11月4日~5日、8日~11日將有兩次不利氣象條件。4日~5日是偏西南風(fēng)向，所以西南方向沿太行山東麓的廊坊、保定、石家莊，邢臺(tái)、邯鄲5個(gè)城市啟動(dòng)最高級(jí)別減排措施。8日~11日的預(yù)報(bào)是先偏東風(fēng)，再轉(zhuǎn)偏南風(fēng)，所以西南的5個(gè)城市繼續(xù)最高級(jí)別，東南方向的天津、唐山、滄州、衡水，包括山東的6個(gè)城市，啟動(dòng)最高級(jí)別減排措施。另外，山西、內(nèi)蒙古等部分城市也相應(yīng)采取了措施。最終區(qū)域內(nèi)共有17個(gè)城市1萬(wàn)多家工業(yè)企業(yè)停產(chǎn)停工，4萬(wàn)多個(gè)工地停工。除此之外，燃煤電廠減排50%，鋼鐵、水泥等高架源全部停產(chǎn)，涉及VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)的工序全部停產(chǎn)，機(jī)動(dòng)車限行，7個(gè)省份減排了約一半污染物，這才實(shí)現(xiàn)了藍(lán)天目標(biāo)。

　　胡敏的課題組也觀測(cè)了APEC期間顆粒物的增長(zhǎng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)雖然APEC期間也遭遇了靜穩(wěn)天氣，污染擴(kuò)散不利，但顆粒物污染的增長(zhǎng)明顯變慢。

　　“說(shuō)明APEC期間的減排措施是有效的，因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車和工業(yè)過(guò)程排放的VOCs、氮氧化物、二氧化硫減少，導(dǎo)致這些氣態(tài)污染物形成的二次污染物減少了?！焙粽f(shuō)。

　　APEC期間的減排量是依靠工業(yè)企業(yè)停限產(chǎn)、機(jī)動(dòng)車限行、工地停工等實(shí)現(xiàn)的，這些措施大都是非常規(guī)措施，難以常態(tài)化。對(duì)此，張大偉認(rèn)為，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，還需要通過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)等的調(diào)整優(yōu)化，以及末端治理的加強(qiáng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)減排效果的常態(tài)化，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。當(dāng)下每年的常規(guī)減排力度通常最多也不超過(guò)10%，大幅度減排才能有根本性的改善，小幅度減排只能有小幅的改善，所以說(shuō)空氣污染治理改善是復(fù)雜的、艱巨的、長(zhǎng)期的過(guò)程。

　　APEC會(huì)議空氣質(zhì)量保障工作，是京津冀協(xié)同治理的一次成功的嘗試和實(shí)踐，大幅減排是根本，而區(qū)域協(xié)同治理與污染物協(xié)同治理是關(guān)鍵。