葛江濤

2月下旬，華北及黃淮地區(qū)再次出現(xiàn)灰霾。至此，從2013年元月開始的灰霾天氣已經(jīng)延續(xù)近兩個(gè)月。近日，針對(duì)這一本世紀(jì)以來中國最嚴(yán)重的污染事件，來自中國科學(xué)院的研究人員正式發(fā)布了相關(guān)研究報(bào)告。

報(bào)告執(zhí)筆人、中科院大氣物理研究所研究員王躍思接受《瞭望東方周刊》專訪時(shí)介紹說，中國科學(xué)院“大氣灰霾追因與控制”專項(xiàng)組“大氣灰霾溯源”外場觀測項(xiàng)目組，對(duì)2013年1月的強(qiáng)霾污染過程進(jìn)行了全程追蹤觀測分析，并對(duì)1月9日至15日的第二次強(qiáng)霾污染過程進(jìn)行了溯源分析研究。

觀測追蹤結(jié)果顯示了華北地區(qū)大氣污染的最新“結(jié)構(gòu)”。

數(shù)十年來對(duì)京津地區(qū)影響巨大的西北沙塵，在此次強(qiáng)霾污染事件中并沒有扮演重要角色- - -它只對(duì)5次強(qiáng)霾過程中的一次產(chǎn)生顯著影響。

對(duì)于北京自身而言，機(jī)動(dòng)車排放仍是最大污染源頭。然而經(jīng)過北京奧運(yùn)會(huì)以來施行的多種強(qiáng)力管理，專家認(rèn)為其減排空間已經(jīng)十分有限。

如同近年來經(jīng)常發(fā)生的情況，區(qū)域輸送是此次強(qiáng)霾事件中對(duì)北京影響最大的因素之一。對(duì)污染物成分的詳細(xì)分析和軌跡追蹤清晰地反映了這一問題。

追蹤觀測的基礎(chǔ)是始建于北京奧運(yùn)會(huì)期間的環(huán)京津大氣環(huán)境監(jiān)測站網(wǎng)絡(luò)。目前，它可以就大氣中 PM2. 5和所有粒徑段顆粒物進(jìn)行詳細(xì)化學(xué)成分分析，并進(jìn)一步進(jìn)行來源解析，校核污染物原始排放源清單。

各種污染物、污染源頭產(chǎn)生的不同影響，為治理提供了清晰的指向。事實(shí)上，目前對(duì)于以京津?yàn)楹诵牡娜A北地區(qū)的污染原因，至少學(xué)界已經(jīng)擁有一定共識(shí)：它顯然已經(jīng)不再是建設(shè)防風(fēng)林、限制大城市機(jī)動(dòng)車和高排放企業(yè)那樣簡單。整個(gè)區(qū)域內(nèi)更加復(fù)雜、平衡的利益交換機(jī)制建立迫在眉睫。

不要過于強(qiáng)調(diào)天氣因素

《瞭望東方周刊》：新年之初的這次大氣污染，整體情況如何？

王躍思：本次強(qiáng)霾污染范圍涉及我國中東部、東北及西南共計(jì) 10個(gè)省市自治區(qū)，受害人口高達(dá) 8億以上，其中污染最嚴(yán)重的為京津冀區(qū)域。據(jù)中國科學(xué)院大氣物理研究所的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年1月京津冀共計(jì)發(fā)生五次強(qiáng)霾污染過程。

第一次發(fā)生在1月6日到8日，北京PM2. 5小時(shí)濃度最高值每立方米320微克，大于每立方米300微克的時(shí)間為 1小時(shí)；第二次發(fā)生在 9日到15日，北京 PM2. 5小時(shí)濃度最高值每立方米 680微克，每立方米大于 300微克的時(shí)間超過 46小時(shí)；第三次發(fā)生在 17日到19日，PM2. 5小時(shí)最高濃度每立方米320微克，大于300微克的時(shí)間為 1小時(shí)；第四次發(fā)生在 22日到23日，PM2. 5小時(shí)最高濃度 400微克，大于 300微克的時(shí)間超過 21小時(shí)；第五次發(fā)生在 25日到31日，PM2. 5小時(shí)最高濃度 530微克，大于 300微克的時(shí)間超過 50小時(shí)。

1月共有31天，其中 22天的PM2. 5超過國家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、即每立方米75微克，27天超過2016年即將實(shí)施的國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、即每立方米35微克，只有 4天是晴好天氣。

從范圍上講，衛(wèi)星圖片顯示本次污染范圍包括我國中東部地區(qū)和東北部分地區(qū)，太行山東麓、燕山北麓的京津冀區(qū)域最為嚴(yán)重，多數(shù)地區(qū)大氣水平能見度僅為 200至500米，華北上空存在明顯沙塵和人為污染物的混合層。以城區(qū)面積為 750平方公里來推算，這個(gè)過程，每立方米空氣含污染物20毫克，混合層高度300米，北京城區(qū)上空懸浮污染物總量超過 4000噸。

《瞭望東方周刊》：一般而言，天氣原因都是大氣污染事件的主要原因之一，看起來這個(gè)因素是無法避免的？

王躍思：這次污染過程與以往相比有5個(gè)不同的特點(diǎn)。第一個(gè)特點(diǎn)就是天氣過程少見。受大氣環(huán)流的影響，我國中東部偏北地區(qū)大氣異常穩(wěn)定，空氣垂直運(yùn)動(dòng)弱，冷空氣過程少且弱，濕度大但無降水，這就造成污染物極易積累疊加。這種天氣過程緣起于冬季北半球高緯平流層爆發(fā)性增溫，造成大范圍逆溫，氣團(tuán)沿經(jīng)度運(yùn)動(dòng)減弱，超穩(wěn)定大氣結(jié)構(gòu)難以打破，是非常少見的現(xiàn)象，近30年才發(fā)生過5次。

極端的靜穩(wěn)天氣是持續(xù)強(qiáng)霾污染的重要客觀原因，嚴(yán)重阻礙了空氣的水平和垂直流通，局地氣象條件表現(xiàn)為高濕、逆溫層厚、逆溫強(qiáng)度大，污染物擴(kuò)散空間比通常減小很多，導(dǎo)致了局地和區(qū)域污染物迅速積累，在高濕環(huán)境配合下造成 PM2. 5濃度爆發(fā)式增長，表現(xiàn)為罕見的高強(qiáng)度空氣污染。

但是，天氣只是一個(gè)重要的外因。此次強(qiáng)霾污染的內(nèi)在原因仍然是人為排放的污染物太多，檢測分析表明，本次污染過程的形成人為排放污染物占PM2. 5的80%以上。由于天氣原因和沙塵或是浮塵的影響，今后雖然不能完全杜絕類似本次的霾污染過程，但完全可以做到預(yù)測預(yù)警，通過減少人為污染源排放減少強(qiáng)霾污染頻次和天數(shù)，降低PM2. 5的污染強(qiáng)度。

西北沙塵影響減弱

《瞭望東方周刊》：一直以來，來自我國西北地區(qū)的沙塵輸送都是華北地區(qū)大氣污染的重要因素，與之類似的還有局地?fù)P塵問題。它們對(duì)這次強(qiáng)霾污染事件的影響有多大？

王躍思：在本次強(qiáng)霾污染事件中，只有1月中旬第二次過程顯著受到沙塵影響，其它4次沒有觀測到有顯著影響。

第二次污染過程時(shí)， PM2. 5聯(lián)網(wǎng)觀測顯示，位于沙源地的三個(gè)觀測站點(diǎn)阜康、敦煌和沙坡頭的 PM2. 5濃度顯著升高，說明此次污染過程有沙塵遠(yuǎn)程輸送。沙塵輸入顯著增加了華北地區(qū) PM10質(zhì)量濃度。在沙塵參與下，局地污染物二次轉(zhuǎn)化速度加劇。沙塵和局地污染物的疊加是第二次污染事件突發(fā)的重要原因之一。

在第二次污染過程中，1月12日衛(wèi)星監(jiān)測顯示京津冀區(qū)域邊界層及上部存在沙塵層和污染沙塵層，同時(shí)在邊界層內(nèi)與污染大陸性氣溶膠和煙塵相混合；此區(qū)域近地層以弱偏南風(fēng)為主，高空以偏西氣流為主。

地面監(jiān)測結(jié)果顯示在氣流經(jīng)過的敦煌、沙坡頭地區(qū)，分別在 11日23點(diǎn)和 12日 5點(diǎn)出現(xiàn) PM2. 5小時(shí)最高值，即每立方米250和260微克。

在高空西北氣流的作用下，沙塵被輸送到太行山東麓河北南部區(qū)域并迅速下降，又隨近地層偏南弱風(fēng)北進(jìn)，加劇了京津冀地面的污染強(qiáng)度。污染物累積在太行山和燕山山前長時(shí)間難以消散，并以石家莊、保定、邯鄲、北京、天津、唐山等城市污染最為嚴(yán)重。

但是，事實(shí)上西北沙塵近年來對(duì)北京空氣質(zhì)量的影響逐漸減小。本次北京城區(qū)地面揚(yáng)塵和建筑揚(yáng)塵的影響在總懸浮顆粒物中所占比例為15至20%，因此在PM2. 5中的比例更低，應(yīng)在10%以下。

《瞭望東方周刊》：在天氣因素和西北沙塵之外，來自北京地區(qū)的排放具體情況如何？

王躍思：局地污染排放擴(kuò)散受阻是本次污染濃度攀升的重要原因之一。各種污染物同步升高并協(xié)同作用，導(dǎo)致污染物濃度非線性急劇增長。

所謂“局地”，就是指北京城區(qū)五環(huán)之內(nèi)，由于受到地形和偏南弱風(fēng)的影響，局地排放的污染物對(duì)北京山前平原地區(qū)影響最大，很難擴(kuò)散到北京以外的區(qū)域。

局地排放包括污染氣體和超細(xì)粒子急劇增長。北京城區(qū)典型的機(jī)動(dòng)車排放源一氧化氮在 12日夜間一度高達(dá)每立方米310微克，是平日的 4. 5倍；機(jī)動(dòng)車和燃煤直接排放的一氧化碳濃度高達(dá)每立方米12毫克，是平時(shí)的 8倍；油氣化石燃料和餐飲直排的揮發(fā)性有機(jī)物增加 2倍以上。當(dāng)濕度增大時(shí)，空氣中的二氧化硫、氮氧化物等氣態(tài)污染物遇水汽變成酸霧，與揮發(fā)性有機(jī)物的進(jìn)一步反應(yīng)生成了大量有毒有害的有機(jī)顆粒物。

在靜穩(wěn)高濕條件下，這些粒子難以擴(kuò)散，且迅速增長為 100至1000納米的致霾粒子，致使霾粒子數(shù)濃度比平時(shí)增加了 3. 5倍。分析表明，50到100納米的超細(xì)粒子主要是化石燃料燃燒排放的含碳粒子，一旦增長到400納米以上，粒子中吸水性很強(qiáng)的無機(jī)鹽等從原來的不足10%增長到40%。疏水的碳粒子在吸水的硫酸鹽等無機(jī)鹽的包裹下，迅速吸濕膨脹，從“不可見”到“可見”，就是我們看到的“霾”。

有一點(diǎn)可以確定，北京城市大量的機(jī)動(dòng)車和冬季燃煤排放是造成氮氧化物大氣濃度上升的原因，也是硝酸鹽同步上升的原因之一。

現(xiàn)在看，如果油品提高到國五標(biāo)準(zhǔn)，尾氣排放都合格，解決了擁堵問題，北京的機(jī)動(dòng)車污染物減排還有增長空間，但是也不大了。根據(jù)目前的研究結(jié)果判斷，大氣污染發(fā)展趨勢(shì)不樂觀，建議嚴(yán)格控制數(shù)量，提高現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車質(zhì)量，堅(jiān)決淘汰老舊機(jī)動(dòng)車。

就北京整體大氣污染而言，目前機(jī)動(dòng)車排放仍為城市 PM2. 5的最大來源，約為四分之一；其次為燃煤和外來輸送，各占五分之一。油氣揮發(fā)和餐飲近年來有快速上升趨勢(shì)，應(yīng)加緊控制，工業(yè)和地面揚(yáng)塵應(yīng)進(jìn)一步改善。

值得關(guān)注的是，本次北京重霾污染過程引發(fā)于燃煤排放的二氧化硫向硫酸鹽的爆發(fā)式轉(zhuǎn)化，而持續(xù)污染過程有機(jī)物的上升表明機(jī)動(dòng)車、采暖和餐飲排放共計(jì)超過 50%。對(duì)于北京等超大城市來說，更要加強(qiáng)強(qiáng)霾污染過程的污染源動(dòng)態(tài)管理和調(diào)控。

區(qū)域輸送影響巨大

《瞭望東方周刊》：經(jīng)過十幾年強(qiáng)力治理，在北京地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)中燃煤的比例已經(jīng)非常小了，這些二氧化硫是從哪里來的？

王躍思：本次強(qiáng)霾污染事件的一個(gè)重要原因，就是以周邊和局地燃煤排放為主的二氧化硫、即不可見的刺鼻氣體一夜之間轉(zhuǎn)化成了硫酸鹽，硫酸鹽是霾的主要成分之一。

在整個(gè)污染過程中，區(qū)域輸送顯著，局地疊加強(qiáng)烈。尤其是第二次過程，從觀測數(shù)據(jù)可以明顯看到區(qū)域二氧化硫和硫酸鹽的輸送量很大，到達(dá)北京山前平原被阻，與局地排放的含碳粒子混合，迅速吸濕增長，一夜之間形成重霾，對(duì)公眾的視覺沖擊巨大。

北京近周邊的輸送在追蹤觀測中顯示非常明顯。1月12日 500米高空后推 48小時(shí)的氣團(tuán)后向軌跡分析表明，北京城區(qū)污染受到東南方向近距離輸送的影響顯著。經(jīng)過市區(qū)的氣團(tuán)上午11點(diǎn)還是來自于西部的潔凈氣團(tuán)，下午13點(diǎn)以后就逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠衔廴練鈭F(tuán)并維持，低空氣團(tuán)沿地形弧形移動(dòng)到北京東南區(qū)域，污染物輸送到北京。

后向軌跡氣團(tuán)路徑與可見光真彩衛(wèi)星圖片的煙羽軌跡非常吻合，北京東南區(qū)域局部放大，可看到許多星羅棋布的煙霧團(tuán)點(diǎn)。冬季北京偏南區(qū)域高濃度污染煙羽聚攏到北京市區(qū)是本次強(qiáng)霾污染事件的另一重要原因。

北京城區(qū)白天空氣二氧化硫出現(xiàn)高值，少部分來自于局地排放，大部分來自于區(qū)域輸送。其原因是以周邊燃煤排放為主的二氧化硫傳輸?shù)奖本?，造成北京上空二氧化硫濃度總是高于地面，白天?duì)流輸送將高空二氧化硫傳輸?shù)降孛?，造成北京空氣二氧化硫濃度升高；夜間對(duì)流減弱，二氧化硫形成酸霧，并被其中的氧化劑轉(zhuǎn)化為硫酸鹽顆粒，此非均相轉(zhuǎn)化過程不需要陽光照射。

白天二氧化硫濃度高，晚上硫酸鹽濃度高而二氧化硫出現(xiàn)低值，這種反位相變化，也從另一個(gè)側(cè)面說明，本次污染過程二氧化硫不是主要來自北京城市排放。

此外，當(dāng)污染發(fā)生時(shí)，細(xì)小顆粒物中總是有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽的濃度大幅度升高，但從絕對(duì)量分析有機(jī)物增長最多。

利用源解析技術(shù)，有機(jī)物被識(shí)別出了4類有機(jī)組分：氧化型有機(jī)顆粒物，主要來自于北京周邊輸送；油煙型有機(jī)物，主要來自局地烹飪?cè)磁欧?；氮富集有機(jī)物，（光）化學(xué)產(chǎn)物；烴類有機(jī)顆粒物，主要來自于汽車尾氣和燃煤。

其中氧化型有機(jī)顆粒物在整個(gè)污染過程所占比例最大，為44%，其余三個(gè)組分分別占21%，17%和18%。

《瞭望東方周刊》：能否介紹一下此次污染事件中環(huán)京津地區(qū)的情況？

王躍思：本次污染過程周邊區(qū)域一些城市二氧化硫濃度高值高于北京高值的2倍，但北京氮氧化物最高值與周邊城市持平。

觀測結(jié)果顯示，近年來京津冀氮氧化物和硝酸鹽的污染持續(xù)增加，二氧化硫和硫酸鹽的污染下降不多，有機(jī)物污染一直持續(xù)在高位，氨氣和銨鹽污染有上升趨勢(shì)。細(xì)顆粒物總體污染水平居高不下，污染物的化學(xué)成分趨于復(fù)雜，如不抓緊防控，必將引起更加頻繁和強(qiáng)度更高的大氣污染事件。

具體而言，京津冀區(qū)域應(yīng)重點(diǎn)控制以燃煤為主要能源的工業(yè)過程，重點(diǎn)在于燃燒過程的脫硫、脫硝和除塵；大力提高柴油油品質(zhì)量，改進(jìn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，減少柴油車排放；北京等超大城市重點(diǎn)要解決機(jī)動(dòng)車道路擁堵問題和提高汽油質(zhì)量；北京近周邊區(qū)域重點(diǎn)解決冬季取暖燃煤的脫硫、脫硝和除塵及其揮發(fā)性有機(jī)物排放的控制，餐飲業(yè)和居民樓要解決好油煙排放問題。