重污染天氣中首要污染物大多是PM2.5。PM2.5究竟從何而來，治污這么多年后其主要的成分有沒有變化？重污染期間，區(qū)域之間又是如何相互影響的？
國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心專家最近分析指出，空氣污染，排放是“病根”，天氣是誘因，復(fù)雜的顆粒物二次轉(zhuǎn)化是催化劑。
大的“病情”搞明白了，要想對癥下藥，還得弄清具體的“病因”。
重污染天氣中首要污染物大多是PM2.5。PM2.5究竟從何而來，治污這么多年后其主要的成分有沒有變化？重污染期間，區(qū)域之間又是如何相互影響的？近日，藍(lán)藍(lán)天工作室專訪了國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心專家組，為大家答疑釋惑。
機(jī)動車尾氣等污染“貢獻(xiàn)”加大，農(nóng)業(yè)污染給大氣添亂
這些年，京津冀及周邊地區(qū)大氣污染防治不斷加力，PM2.5的化學(xué)特征發(fā)生了顯著變化。
攻關(guān)研究表明，2017年，京津冀及周邊地區(qū)大氣污染傳輸通道“2+26”城市二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、可吸入顆粒物（PM10）、揮發(fā)性有機(jī)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—2018年采暖季期間，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市PM2.5的平均濃度為85微克/立方米，其中有機(jī)物、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽等主要組分的占比分別為28%、19%、12%和11%。2018年11月—今年2月主要監(jiān)測站點(diǎn)在線測量的結(jié)果，再次印證了這一變化規(guī)律。
——有機(jī)物占比正在下降。
PM2.5組分“黑名單”中，排在第一位的是有機(jī)物。目前，在測的有機(jī)物達(dá)100多種，主要來自散煤燃燒、機(jī)動車尾氣等一次排放和揮發(fā)性有機(jī)物的二次轉(zhuǎn)化，隨著散煤燃燒排放等得到有效治理，有機(jī)物的占比正在下降。
——硫酸鹽濃度及占比大幅降低。
作為大氣主要污染物之一，二氧化硫是導(dǎo)致酸雨的重要因素，也曾是二次生成PM2.5的最主要來源。很多地區(qū)一直把控制二氧化硫排放總量作為大氣污染治理的頭等工作。攻關(guān)專家認(rèn)為，京津冀及周邊地區(qū)散煤“雙替代”、燃煤鍋爐和“散亂污”企業(yè)綜合整治成效顯著，使得硫酸鹽濃度及占比大幅降低。
——硝酸鹽污染十分突出。
觀測期間的數(shù)據(jù)分析顯示，京津冀及周邊地區(qū)硝酸鹽區(qū)域性污染十分突出，硝酸鹽絕對濃度和占比大幅度超過硫酸鹽，成為PM2.5中最主要的二次無機(jī)組分，其濃度快速上升已成為PM2.5爆發(fā)式增長的關(guān)鍵因素之一。這表明，加強(qiáng)氮氧化物的控制非常重要、非常緊迫。
中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員薛志鋼告訴記者，“2+26”城市氮氧化物最重要的來源是道路移動源，也就是機(jī)動車，占比32%；非道路移動源即工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶和飛機(jī)等的排放占比17%；電力和供熱行業(yè)排放占比17%；其他工業(yè)排放占20%。抓住重點(diǎn)領(lǐng)域、推進(jìn)氮氧化物減排成為當(dāng)務(wù)之急。
——銨鹽排放須引起重視。
PM2.5組分“黑名單”中銨鹽排在第四位。聯(lián)合攻關(guān)專家、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉學(xué)軍表示，銨鹽主要由氨氣通過二次轉(zhuǎn)化而來，其來源主要是農(nóng)業(yè)氨排放，占比高達(dá)85%，其中畜禽養(yǎng)殖占57%，氮肥使用占20%。從時間分布上看，秋冬季氨排放量低，夏季排放量大。另外，秸稈焚燒等生物質(zhì)燃燒、垃圾填埋場、污水處理廠等也有氨排放。
專家探索性地將“2+26”城市分為6種類型
各個城市產(chǎn)業(yè)、能源、交通結(jié)構(gòu)不同，城市化水平及消費(fèi)水平不同，污染呈現(xiàn)不同特點(diǎn)。中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長賀克斌介紹，根據(jù)城市污染源結(jié)構(gòu)特征，可探索性地將“2+26”城市分為6種類型：
天津、石家莊、唐山、邯鄲、滄州、濟(jì)南、淄博、安陽等城市為綜合工業(yè)污染類；北京、鄭州等城市為偏機(jī)動車及溶劑類（裝修涂料、干洗劑、發(fā)膠、染發(fā)劑等）；邢臺、太原、長治、陽泉、晉城、聊城、濱州等城市為偏煤焦鐵類；廊坊、衡水、濟(jì)寧、德州、新鄉(xiāng)等城市為偏溶劑使用類；保定、鶴壁、焦作等城市為偏建材污染類；菏澤、濮陽、開封等城市為偏農(nóng)業(yè)及石化化工類。
各城市之間污染傳輸互相影響，全年平均“貢獻(xiàn)”約20%—30%
兩年多前，一張?jiān)诒本┦形骷t門拍攝的大氣污染團(tuán)從南邊滾滾來襲的照片，在很多人的微信朋友圈中刷屏，至今讓人印象深刻。
“事實(shí)上，攻關(guān)期間，每次重污染我們都開展走航觀測，采用新技術(shù)密切關(guān)注重污染過程?！敝袊こ淘涸菏?、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究員劉文清說。
京津冀及周邊地區(qū)的特殊地形，使得污染物區(qū)域傳輸對污染快速累積產(chǎn)生顯著影響。攻關(guān)研究表明，西南通道（太行山前輸送帶）、東南通道（濟(jì)南—滄州—天津輸送帶）和偏東通道（燕山前輸送帶）均影響較大。京津冀及周邊地區(qū)各城市污染程度受到整個區(qū)域的傳輸影響，全年平均“貢獻(xiàn)”約為20%—30%，重污染期間的“貢獻(xiàn)”還會再提升約15%—20%。
對北京市而言，在重污染期間區(qū)域傳輸“貢獻(xiàn)”最高可達(dá)60%—70%，其中西南通道、東南通道和偏東通道都有較大影響。西南通道的定量分析顯示，在典型污染過程的起始階段，向北京的輸送通量最高可達(dá)500—800微克/平方米·秒，污染形成階段的輸送通量在100—200微克/平方米·秒左右。
中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員王自發(fā)告訴記者，輸送通量是表示污染物輸送強(qiáng)度的物理量，數(shù)值越大，代表輸送強(qiáng)度越大。“根據(jù)定量分析結(jié)果，按照近地面大氣混合層500米高計(jì)算，在污染過程起始階段，周邊地區(qū)每小時每公里最高向北京輸送0.9噸—1.5噸PM2.5，影響非常明顯。”
有人認(rèn)為，北京的藍(lán)天受到了周邊地區(qū)的拖累。但北京跟蹤研究工作組專家、清華大學(xué)教授王書肖并不這樣認(rèn)為。她說，如果因此將北京空氣污染完全歸咎于周邊地區(qū)，那可就錯了。
王書肖表示，大氣污染是區(qū)域性問題，京津冀及周邊地區(qū)在同一空氣流場內(nèi)，各城市的污染物相互影響，北京既受其它城市影響，也影響其它城市，空氣質(zhì)量一榮俱榮、一損俱損，誰都難以獨(dú)善其身。
區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量相對較好的地方，對區(qū)域傳輸“貢獻(xiàn)”會小一些，這是大家的普遍印象。但專家們對各城市細(xì)致的“體檢”，推翻了這樣的誤解。
“天津市去年P(guān)M2.5年均濃度為52微克/立方米，其中一個原因是得益于相對較好的擴(kuò)散條件?！敝袊h(huán)境科學(xué)研究院研究員孟凡說，天津污染物排放總量很大，但一次PM2.5直接排放并不是很高，只有唐山市的1/3，對本地造成的影響比較小。不過，天津的二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物排放較高，排名“2+26”城市前列。這些PM2.5前體物轉(zhuǎn)化成硫酸鹽、硝酸鹽和顆粒物有機(jī)組分需要一定時間，輸送過程中伴隨著轉(zhuǎn)化，對區(qū)域污染影響較大?？諝赓|(zhì)量模型模擬計(jì)算表明，天津的污染物對區(qū)域傳輸?shù)摹柏暙I(xiàn)”在“2+26”城市中排名靠前。攻關(guān)研究顯示，區(qū)域排放總量位居前列的5個城市，河北占了3個。西南通道也就是冀中南太行山沿線方向，包括河北石家莊、保定、邢臺、邯鄲等城市，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重、能源結(jié)構(gòu)偏煤、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)偏公路等問題突出，污染物排放總量較高，遠(yuǎn)超環(huán)境容量。東部的唐山市，工業(yè)污染特征也十分突出。
“河北空氣質(zhì)量相對較差，只有大幅削減污染物排放，才能提升本地空氣質(zhì)量，促進(jìn)京津冀及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量持續(xù)改善。”河北省生態(tài)環(huán)境廳廳長高建民說。生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境管理司司長劉炳江強(qiáng)調(diào)：“區(qū)域大氣污染治理過程中，各個城市首先要‘自掃門前雪’，把本地排放降下來。”
春分時節(jié)，大風(fēng)吹過，天空一片蔚藍(lán)。但剛過去的這個秋冬季，京津冀及周邊地區(qū)很多人都感覺藍(lán)天似乎有所減少。確實(shí)，這個秋冬季，京津冀及周邊地區(qū)出現(xiàn)多次持續(xù)時間長、范圍大、污染重的區(qū)域污染過程，引發(fā)廣泛關(guān)注。
什么原因?qū)е铝司┙蚣郊爸苓叺貐^(qū)重污染的發(fā)生？專業(yè)的問題，還得請專家來回答。
在黨中央、國務(wù)院高度重視下，2017年4月，一項(xiàng)重要的科技攻關(guān)啟動，瞄準(zhǔn)的是京津冀及周邊地區(qū)秋冬季大氣重污染成因、重點(diǎn)行業(yè)和污染物排放管控技術(shù)等難題。2017年10月，多部門和單位協(xié)作，由200多家單位、近2000人組成的科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)投入研究，國務(wù)院為此設(shè)立專項(xiàng)資金5.75億元。原環(huán)境保護(hù)部專門成立了國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心，統(tǒng)籌攻關(guān)工作。
藍(lán)藍(lán)天工作室了解到，通過一年半的努力，攻關(guān)已有初步戰(zhàn)果，科學(xué)家們基本摸清了京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染的“病根”。
排放是“病根”，天氣是誘因，復(fù)雜的顆粒物二次轉(zhuǎn)化是催化劑
“京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染，是污染物本地累積、區(qū)域傳輸和二次轉(zhuǎn)化綜合作用的結(jié)果?！敝袊こ淘涸菏俊⒈本┐髮W(xué)教授張遠(yuǎn)航說，“遠(yuǎn)超環(huán)境承載力的污染排放強(qiáng)度是大氣重污染形成的主因，不利氣象條件造成污染快速累積是誘因，大氣氧化驅(qū)動的二次轉(zhuǎn)化是污染累積過程中顆粒物爆發(fā)式增長的動力。”
這樣的結(jié)論并不讓人感到意外。但是這一次，專家們的“望聞問切”比以往更細(xì)致，“病因”找得更精準(zhǔn)。
中國工程院院士、清華大學(xué)教授郝吉明說，大氣污染物的高強(qiáng)度排放是京津冀及周邊地區(qū)秋冬季大氣污染形成的最主要原因。
為了把這個主要原因搞得更清楚，攻關(guān)項(xiàng)目把網(wǎng)格化管理和區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)調(diào)研結(jié)合起來，基于大量調(diào)查和實(shí)測，編制了京津冀及周邊地區(qū)大氣污染傳輸通道“2+26”城市精細(xì)化污染源排放清單。清單包括10類排放源、9種污染物，涉及各行業(yè)工業(yè)點(diǎn)源總計(jì)8.6萬個、餐飲企業(yè)10.6萬家，大大提升了這一區(qū)域大氣污染源排放清單的精度。
攻關(guān)聯(lián)合中心建成了天地空綜合立體觀測網(wǎng)，通過外場觀測、實(shí)驗(yàn)室分析和數(shù)值模擬等綜合研究手段，開展了細(xì)致的研究工作。不僅如此，800多名科研人員深入“2+26”城市，開展長期駐點(diǎn)研究和技術(shù)指導(dǎo)，在每一個城市布設(shè)3—5個采樣點(diǎn)，共設(shè)采樣點(diǎn)109個，在2017—2018年秋冬季進(jìn)行連續(xù)采樣，共采集約2.6萬個樣品，完成了這些城市2017—2018年秋冬季顆粒物的來源解析研究。
經(jīng)過科學(xué)家們的系統(tǒng)梳理，“高強(qiáng)度排放”這個主因令人信服。
——看污染來源：燃煤、工業(yè)、機(jī)動車、揚(yáng)塵這四大來源是主要的，占比達(dá)到90%左右。
——看排放強(qiáng)度：這一區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，能源結(jié)構(gòu)以煤為主，交通結(jié)構(gòu)以公路為主，鋼鐵、焦炭、玻璃、原料藥等產(chǎn)量均占全國40%以上，單位國土面積煤炭消費(fèi)量是全國平均水平的4倍，大宗物料80%依靠柴油貨車運(yùn)輸，排放強(qiáng)度大。
——看時間分布：受采暖影響，這一區(qū)域秋冬季一次PM2.5和有機(jī)碳、黑碳等組分的月均排放水平，是非采暖季的1.5—4倍，而保定、濮陽、太原、陽泉、長治、晉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。
——看行業(yè)分布：鋼鐵及焦化行業(yè)主要分布在唐山和晉冀魯豫交界地區(qū)，玻璃行業(yè)集中在邢臺、淄博等地，石化化工主要集中在淄博、天津、滄州、石家莊等地。
污染物都有哪些、從哪里來、各來源的占比多少，都更為清楚
聯(lián)合攻關(guān)的一大突破，是實(shí)現(xiàn)了對重污染過程的精細(xì)化定量化描述。
攻關(guān)聯(lián)合中心副主任、中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境首席科學(xué)家柴發(fā)合告訴藍(lán)藍(lán)天工作室記者，2015年以來，京津冀及周邊地區(qū)重污染過程發(fā)生頻次、持續(xù)時長和峰值均呈下降趨勢。2017年10月至今年3月初的秋冬季期間，京津冀及周邊地區(qū)共出現(xiàn)23次區(qū)域重污染過程。攻關(guān)聯(lián)合中心對23次污染過程都進(jìn)行了精細(xì)化定量化解析，一一分析比對污染全過程的污染物組分、來源數(shù)據(jù)。
以今年1月10—14日的污染過程為例，污染前期，區(qū)域中北部近地面風(fēng)速小于2米/秒，且存在逆溫，造成污染局地積累在約500米高度的混合層（近地面空氣可以在其中上下混合交換）中。保定市和石家莊市PM2.5濃度在半天左右就從優(yōu)良水平轉(zhuǎn)為重度污染水平，空氣質(zhì)量指數(shù)出現(xiàn)小時“爆表”。PM2.5中有機(jī)物（峰值大于200微克/立方米）和元素碳（峰值大于75微克/立方米）的含量大幅升高，這反映了燃煤和生物質(zhì)燃燒排放的顯著“貢獻(xiàn)”。
隨后，受區(qū)域偏西南風(fēng)的輸送影響，北京市在1月10—12日晚間均出現(xiàn)了PM2.5濃度的快速增長，12日晚間增幅最大（PM2.5濃度在5小時內(nèi)上升了291微克/立方米），部分監(jiān)測站點(diǎn)出現(xiàn)“爆表”。專家們利用空氣質(zhì)量模型進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，沿西南通道的污染物傳輸“貢獻(xiàn)”最大。
此外，北京1月12日晚間污染最重時段，硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽濃度明顯上升，占比合計(jì)超過50%。這表明北京及周邊地區(qū)氣態(tài)污染物的二次轉(zhuǎn)化，也是推高北京PM2.5濃度的關(guān)鍵因素。氣態(tài)污染物的二次轉(zhuǎn)化，是指二氧化硫、氮氧化物等氣態(tài)污染物在大氣中發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)，形成硝酸鹽、硫酸鹽等PM2.5的主要成分。
風(fēng)速小于2米/秒、混合層高度低于500米、 大氣相對濕度達(dá)60%以上容易發(fā)生重污染
在當(dāng)前的高強(qiáng)度排放水平下，藍(lán)天要靠“人努力”，也確實(shí)需要“天幫忙”。
攻關(guān)專家運(yùn)用多個模型系統(tǒng)，分析了2000—2017年氣象條件對空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示，由于氣象條件的年際差異，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市PM2.5年均濃度的波動幅度可達(dá)10%，個別城市可達(dá)15%；由于氣象條件的月際差異，城市PM2.5月均濃度的波動幅度可達(dá)30%以上。
中國工程院院士、中國氣象科學(xué)研究院研究員徐祥德，中國氣科院大氣成分研究所所長王亞強(qiáng)，國家氣候中心研究員柳艷菊等組成氣象攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，對這一問題開展了深入研究。
徐祥德介紹，京津冀及周邊地區(qū)位于太行山東側(cè)“背風(fēng)坡”和燕山南側(cè)的半封閉地形中，受青藏高原大地形“背風(fēng)坡”效應(yīng)所導(dǎo)致的下沉氣流和“弱風(fēng)效應(yīng)”影響，冬季京津冀及周邊地區(qū)為顯著的下沉氣流區(qū)，這不利于大氣對流擴(kuò)散及污染物清除。這個地區(qū)是我國冬季大氣污染最重、季節(jié)差異最為顯著的區(qū)域，PM2.5濃度冬季普遍偏高，污染最重，秋、春季次之，夏季最輕。
到底是什么樣的天氣，容易形成空氣重污染？
“從目前統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來看，在京津冀及周邊地區(qū)，符合以下條件時容易產(chǎn)生本地累積型重污染：風(fēng)速小于2米/秒，對污染物水平擴(kuò)散極其不利；大氣處于靜穩(wěn)狀態(tài)，垂直擴(kuò)散能力較差；近地面逆溫，混合層高度低于500米；大氣相對濕度達(dá)60%以上，導(dǎo)致氣態(tài)前體物向顆粒物加速轉(zhuǎn)化?！毙煜榈抡f，“在空氣污染過程中，污染累積到一定程度后還會導(dǎo)致氣象條件進(jìn)一步轉(zhuǎn)差，重污染和不利氣象條件之間形成顯著的‘雙向反饋’效應(yīng)?！保〒?jù)新華網(wǎng)）
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