北方霧霾成因復(fù)雜 協(xié)同治理才能根治
近年來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，人口迅速膨脹，城市化規(guī)模不斷擴大，環(huán)境污染現(xiàn)象日益嚴重。但同時，人們對以環(huán)境質(zhì)量為首的生活品質(zhì)要求逐漸提高，使得經(jīng)濟和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾日益增長。其中，以霧霾為首的大氣污染問題尤為受到關(guān)注。
主要污染物是PM2.5和O3
統(tǒng)計顯示，北京霧霾主要出現(xiàn)在1-3月、7月及10-12月。從季節(jié)上看，春、秋及冬季霧霾發(fā)生次數(shù)遠高于夏季，冬季霧霾發(fā)生次數(shù)最多。分析2014-2017年大氣污染物排放濃度均值的月度變化趨勢，發(fā)現(xiàn)大氣PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO的平均濃度與月度霧霾天數(shù)的趨勢相吻合，其平均濃度都是5月-9月較低，10月-次年4月較高；O3的趨勢剛好相反。同時，2014-2017年，與霧霾相關(guān)的首要污染物，主要集中在PM2.5、PM10和O3，其中6-8月首要污染物PM2.5和O3各占約50%，而其他月份中PM2.5幾乎獨占鰲頭。這表明，夏季O3對霧霾的影響顯著，PM2.5在一年四季都對霧霾產(chǎn)生影響。
研究表明，北京地區(qū)PM2.5主要由元素碳、有機碳、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等組成。霧霾越嚴重，PM2.5中的硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽比例越高，元素碳、有機碳比例則越低。機動車、散煤燃燒、居民面源及生物質(zhì)燃燒等污染源直接排放的一次有機碳，對華北地區(qū)灰霾的早期形成具有重要貢獻，因為一次排放的有機碳可以為SO2和NOx的非均相化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)界面，促進了硫酸鹽和硝酸鹽大量生成，是重污染期間PM2.5爆發(fā)性增長的主要原因。
除了一次有機碳，污染源排放的VOCs在大氣中經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成的二次有機碳也影響著北京大氣環(huán)境。二次有機碳更容易在粒徑較小的PM1中積聚，而北京的PM1占PM2.5的質(zhì)量濃度比例達到了60%-74%。O3與霧霾的相互作用中，主流觀點是臭氧的強氧化性導(dǎo)致大氣中的SO2、NO2、VOCs被氧化并逐漸凝結(jié)成顆粒物，從而增加PM2.5濃度，即間接加重PM2.5的形成。
關(guān)于O3，氣象因素（高溫、低濕、低壓）和高前體物體積濃度(CO、VOCs和NOx)都影響這著O3的形成。北京地區(qū)夏季副熱帶高壓系統(tǒng)或均壓場下的弱高壓系統(tǒng)均有利于O3的本地光化學(xué)反應(yīng)生成,且不利于污染物的擴散。北京城區(qū)夏季O3生成處于VOCs控制區(qū),機動車尾氣、化石燃料和生物質(zhì)燃燒、溶劑使用等人為排放的VOCs對O3體積濃度的影響最大。
繼續(xù)保持污染物減排力度
大氣污染物的環(huán)境容量和污染物實際排放量，也可從另一方面說明污染物與霧霾的關(guān)系。大氣環(huán)境容量是指一個區(qū)域在某種環(huán)境目標（如空氣質(zhì)量達標）約束下的大氣污染物最大允許排放量，即在一定的氣象條件及一定的污染源排放條件下，某一特定區(qū)域在滿足該區(qū)域環(huán)境空氣環(huán)境質(zhì)量目標的前提下，單位時間所能允許的各類污染源向大氣中排放的各類污染物總量。影響大氣環(huán)境容量的因素，除了大氣污染物的環(huán)境化學(xué)特征外，還有區(qū)域環(huán)境目標、區(qū)域地理和氣象特征等。2017年北京市煙塵、SO2、NOx的排放量分別為2.04萬t、2.01萬t、14.45萬t，按煙塵中PM2.5的比例87%-90%來估算，2017年P(guān)M2.5的排放量約達到1.77-1.84萬t，除了SO2以外，PM2.5和NOx排放量仍然接近或超過一些學(xué)者指出的北京市大氣污染物環(huán)境容量（見圖1）。
氣象因素影響較大
如果說，大氣污染物是引發(fā)霧霾的內(nèi)因，氣象條件則是引發(fā)霧霾的外因。
數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)北京近地面平均風(fēng)速超過4.5m/s時，即約等于3-4級風(fēng)時，幾乎不出現(xiàn)霧霾天氣；當(dāng)平均風(fēng)速逐漸降低時，霧霾天出現(xiàn)的頻次也隨之增高；當(dāng)平均風(fēng)速降低到1.5m/s以下，即1級風(fēng)以下時，霧霾天的比例達到60%以上。
同樣，風(fēng)向也是影響霧霾的影響因素。2014-2017年，當(dāng)北京最大風(fēng)速的風(fēng)向為SSW（南西南風(fēng)）和SW（西南風(fēng)）時,霧霾天數(shù)接近100天，霧霾天出現(xiàn)頻次最高，接下來是ENE（東北東風(fēng)）風(fēng)向時出現(xiàn)約50個霧霾天。這與北京周邊的高強度排放地區(qū)都位于南部和東部地區(qū)的現(xiàn)狀也十分吻合。根據(jù)北京及周邊地理位置可知，如果周邊產(chǎn)生的污染物擴散到北京而影響霧霾的話，這些污染物很可能來源于石家莊—保定沿線和唐山一帶地區(qū)。2014-2017年，同時間段石家莊、保定、唐山等地的大氣中各污染物濃度幾乎都要高于北京的對應(yīng)污染物濃度，表明北京與周邊地區(qū)的大氣中各污染物濃度之間存在污染物濃度差，具備了外來污染物的輸入條件。
疫情期間霧霾主要是外因所致
新冠肺炎疫情期間，霧霾現(xiàn)象似乎仍沒有得到改善，因此出現(xiàn)污染物減排是否真正管用、污染物減排方向是否跑偏等質(zhì)疑聲。對此，筆者根據(jù)近幾年的大氣污染物濃度、空氣質(zhì)量、近地面風(fēng)速和最大風(fēng)速的風(fēng)向等進行對比分析。
從圖2可以看出，過去3年北京市1-2月的大氣污染物中PM2.5、PM10、SO2、CO等濃度相比2017年及以前有較大幅度的減少，NO2濃度也有所降低，只有O3濃度有一定增加。結(jié)合空氣質(zhì)量變化特征，發(fā)現(xiàn)北京近幾年1、2月份的空氣質(zhì)量確實逐漸好轉(zhuǎn)，空氣質(zhì)量從輕度污染到嚴重污染的總天數(shù)顯著降低，1月和2月的平均空氣污染天數(shù)從2014年的18天/月下降到近3年的7天/月。
但另一方面也可以看出，從2018年開始，近三年1、2月份北京的空氣質(zhì)量似乎并沒有得到進一步改善。
筆者統(tǒng)計了過去7年1、2月份北京受上述5個風(fēng)向影響的天數(shù)和同時間的北京空氣質(zhì)量指數(shù)。過去7年，從5個風(fēng)向刮來的風(fēng)越多，北京的空氣質(zhì)量就越差。今年1、2月份，北京受到西南風(fēng)和南風(fēng)的影響較多，來自周邊地區(qū)的污染物遷移對北京霧霾起到了重要作用。北京周邊地區(qū)密集分布著鋼鐵、電力等重工業(yè)工廠，由于跟國計民生息息相關(guān)，春節(jié)放假和新冠肺炎疫情期間大多數(shù)工廠還是照常運行，繼續(xù)排放污染物。
除了風(fēng)向，過去7年北京1、2月份近地面平均風(fēng)速基本維持在1-2級范圍，各年間風(fēng)速方面沒有顯著性差異，只是今年和去年兩年風(fēng)速比以往更小，更不利于污染物擴散。
據(jù)此推測，2016年以前北京受上述5個風(fēng)向的影響并未多于2017-2020年間，然而空氣質(zhì)量更差，表明彼時北京大氣污染物排放本身較多，霧霾主要由內(nèi)因形成。2017年后空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，但霧霾并沒有完全消失，是因為霧霾受外因的影響逐漸被放大，北京霧霾的發(fā)生已由過去的內(nèi)因主導(dǎo)過渡到了目前的外因主導(dǎo)，而不是污染物減排效果甚微或污染物減排方向跑偏。
對北京霧霾相關(guān)因素的分析表明，霧霾形成是氣象、污染物等多種因素綜合作用的結(jié)果，而且各因素之間的相互作用錯綜復(fù)雜。治理霧霾離不開污染物減排，過去重污染天數(shù)的減少證明了前一段污染物治理的成效，但目前幾項大氣污染物指標仍然高于環(huán)境容量，表明污染物減排仍要堅持不懈地走下去。與此同時，考慮到北京氣象條件的變化，要堅持北京周邊地區(qū)的污染物協(xié)同治理。此外，通過分析大氣污染物的來源，除繼續(xù)加大對PM2.5、SO2、NOx、O3的治理以外，還需要加強對PM1、VOCs等相關(guān)污染物的排放控制。
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