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“如何根治北方霧霾”

Control Haze

技術中心研發（fā）總監 | 許昌日

本文於2020年4月20日被《中國能源報》刊發

近年來，隨著經濟快速發展，人口迅速膨脹，城市化規模不斷擴大，環境汙染現象日益嚴重（chóng）。但同時，人們對以環境質（zhì）量為首的生活品（pǐn）質（zhì）要（yào）求（qiú）逐漸提高，使（shǐ）得經濟和環境可持續發展之間的矛盾日益增長。其中（zhōng），以霧霾為首的（de）大氣汙染問題尤為受到關注。

主要汙染（rǎn）物是PM2.5和O? 

統計顯示，北京霧霾（mái）主要出現在1-3月、7月及10-12月。從季節上看，春、秋及冬季霧霾發生次數遠高於夏季，冬季霧霾發生（shēng）次數最多。

分析2014-2017年大氣汙染物排放濃度均值的月（yuè）度變化趨勢，發現大氣PM2.5、PM10、SO2、NO?、CO的平均（jun1）濃度與月度霧（wù）霾（mái）天數的趨勢相吻合，其（qí）平均濃度都是5月（yuè）-9月較低，10月-次年（nián）4月較高；O?的趨勢剛好相反。
    同時，2014-2017年，與（yǔ）霧（wù）霾（mái）相關的首要汙染物，主要集中在PM2.5、PM10和O?，其中6-8月首要（yào）汙染物PM2.5和O?各占（zhàn）約50%，而其他（tā）月份中PM2.5幾乎獨占（zhàn）鼇頭。這表明，夏（xià）季（jì）O?對霧霾的（de）影（yǐng）響顯（xiǎn）著，PM2.5在一年四季都對霧霾產生影響。 

研（yán）究表明，北京地區（qū）PM2.5主要由元素碳、有機碳、硫酸鹽、硝酸（suān）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（dòng）車、散煤燃燒、居民麵源及生物質燃燒等汙染源直接排放的一次有機碳，對華北地區灰霾的早期（qī）形成（chéng）具有重要貢獻，因為一次排放的有機碳可以為SO2和（hé）NOx的非均相化學反應提供反應界麵，促進了硫酸鹽（yán）和硝酸鹽大量生成，是重汙（wū）染（rǎn）期間PM2.5爆（bào）發性增長的主要原因。

除了一次有機碳，汙染源排（pái）放的VOCs在大氣中經光化學反應生成（chéng）的二次有（yǒu）機碳也影響著北京大氣環境。二次有機碳更容（róng）易（yì）在（zài）粒（lì）徑較小的PM1中積（jī）聚，而北京的PM1占PM2.5的質量濃度比例達到（dào）了60%-74%。O?與霧霾的相互作用中，主流觀點是臭氧的（de）強氧化性導致大氣中的SO2、NO?、VOCs被氧化並逐漸凝結（jié）成（chéng）顆粒物，從而增加PM2.5濃度，即間接加重PM2.5的形成。

關於O?，氣象因素（sù）（高溫、低（dī）濕、低壓）和高前（qián）體物體積濃度(CO、VOCs和NOx)都影響這著O?的形成。北京地（dì）區夏季副熱帶高（gāo）壓係統或均壓場下的弱高壓係統均有利於O?的本地（dì）光化學反應生成, 且不（bú）利於汙染物的擴散。北京城區夏季O? 生成處於（yú）VOCs控製（zhì）區, 機動車尾氣、化石燃（rán）料和生物質燃燒（shāo）、溶劑使用等人為排（pái）放的VOCs 對（duì）O?體積濃度的影響最大。

繼（jì）續保（bǎo）持汙染物減排力度（dù） 

大氣（qì）汙染物的環境容量和汙染物（wù）實際排放量，也可從另一方（fāng）麵說明汙染物與霧霾的關係。

大氣環境容量是指（zhǐ）一個區域在某種環境目標（如空氣質量達標）約束下的大氣（qì）汙染物最大允許排放量，即（jí）在一定的（de）氣象條件及一定的汙染源排放條件下，某一特定區域在滿足該區域環境空氣環境質量目標的前提下，單位時間（jiān）所能允（yǔn）許（xǔ）的各類汙染（rǎn）源向大氣（qì）中排放的各類汙染物（wù）總量。

影響大氣環境容量的因素，除了大氣汙染物的環境化學特征外，還有區域環境目標、區域地理和氣象特征等。2017年北京市煙塵、SO2、NOx的排（pái）放量分別為2.04萬t、2.01萬t、14.45萬（wàn）t，按煙塵中PM2.5的比例87%-90%來估算，2017年PM2.5的排放量（liàng）約達到1.77-1.84萬t，除了SO2以（yǐ）外，PM2.5和NOx排放量仍（réng）然接近或超過（guò）一些學者指出的（de）北京市大氣汙染（rǎn）物環境容量（見圖1）。

▲圖1. 2017年北京市大氣汙染物排放量與（yǔ）大氣環境容量的比較

氣象因素影響較大 

如果說，大（dà）氣汙染物是（shì）引發霧霾（mái）的內因，氣象條件則是引發霧霾（mái）的外（wài）因。

“數據顯示，當北京近地（dì）麵平均風速超過4.5m/s時，即約等於3-4級風時，幾乎不出現霧霾天氣；當平（píng）均風速逐漸降低時，霧霾天出現的頻次也隨之增高；當平均風速降低到1.5m/s以下，即1級（jí）風以下時，霧霾天的比例達到（dào）60%以上。
  同樣，風向也是影響霧（wù）霾的影響因素。

2014-2017年，當北京最大風速的風向為SSW（南西南風）和SW（西南（nán）風）時,霧霾天數接近100天，霧霾天出現（xiàn）頻次最高，接下來是ENE（東北東風）風（fēng）向時出現約50個（gè）霧霾天。

這與北京（jīng）周邊的高強度排放地區都（dōu）位於南部和東部（bù）地區的現狀也十分吻合（hé）。

根據（jù）北京及周（zhōu）邊地理位置可知，如（rú）果周邊產（chǎn）生的汙染物擴散到北京而影響霧霾的話，這些汙染物很可能來源（yuán）於石家莊—保定沿線和唐山一帶（dài）地（dì）區。

2014-2017年，同時間段石家莊、保定、唐山等（děng）地（dì）的大氣中（zhōng）各汙（wū）染物濃度（dù）幾（jǐ）乎都要高於北京的對應汙染物濃度，表明北京與周邊（biān）地區的（de）大氣中各（gè）汙（wū）染物濃度之間存在汙染物濃度差，具備了外來汙染物的輸入條件。

 疫情期間霧霾主要是外因（yīn）所致 

新冠肺炎疫情期間，霧霾現象似乎仍沒有得到改善，因此（cǐ）出現汙（wū）染物（wù）減排是（shì）否真（zhēn）正管用、汙（wū）染物減排方（fāng）向是否跑偏等質疑聲。對此，筆者根據近（jìn）幾年的大氣汙染物濃度、空氣質量（liàng）、近地（dì）麵風速和最大風速的（de）風向等進行對比分析。

▲圖2. 2014-2020年，北京市1月、2月（yuè）大氣汙染物平均濃度

從（cóng）圖2可以看出，過去3年北京市1-2月的大氣汙染物中PM2.5、PM10、SO2、CO等（děng）濃度相比2017年及以前有較大幅度的減少，NO?濃度也有所降低，隻有（yǒu）O?濃度有一定增加。

結合空氣質量變化特征，發現北京近幾年1、2月份的空氣質（zhì）量確實逐（zhú）漸好轉，空氣質量從輕度汙染到嚴重汙染的總天數顯著降低，1月和2月的（de）平均空氣汙染天數從2014年的18天/月下（xià）降到近3年的7天/月。

但另一方麵（miàn）也可（kě）以看出，從2018年開始，近（jìn）三年1、2月份北京（jīng）的空氣質量似乎並沒有得到進一步改善。

筆者統計了過去7年1、2月份北京受上述5個風向影響的天數和同時間的北京空氣質量指（zhǐ）數。

過（guò）去7年，從5個（gè）風向刮來的風越多，北京的空氣質量就越（yuè）差。今年1、2月份，北京受到西南風和南風的影響較多（duō），來自周邊地區的汙染物遷移對北（běi）京霧霾起到了重要作用。北京周邊（biān）地（dì）區密（mì）集分布（bù）著鋼鐵（tiě）、電力等重工業工廠，由於跟國計民生息息（xī）相（xiàng）關，春節放假和新冠肺炎疫（yì）情期間大多數（shù）工廠還是照常（cháng）運行，繼續排放汙染物。

除了風向，過去7年北（běi）京1、2月份近地麵（miàn）平均風速基本維持在1-2級範圍，各（gè）年間風速方麵沒（méi）有顯著性差異（yì），隻是今年和去年兩年風速比以往更小（xiǎo），更不利於汙染物擴散。

據此推測，

2016年以前北京受上述5個風向的影響並未多於2017-2020年（nián）間，然而空氣質量更差，表明彼時北京大氣汙染物排放本身較多，霧霾主要（yào）由內因形（xíng）成。

2017年後空氣質量明顯好轉，但霧霾並沒有完全消失，是因為（wéi）霧（wù）霾受外（wài）因的影響逐漸被放大，北京霧霾的發生已由過去的內因主導過渡到了目（mù）前的外因主導（dǎo），而不是汙染物減排（pái）效果甚微或汙染物減排方向跑偏。

對（duì）北京霧霾相（xiàng）關因素（sù）的分析表明，霧霾形成是氣象、汙染物等多種因素綜合作用的結果，而且各因素之間（jiān）的相互作用錯綜複（fù）雜（zá）。

治理霧霾離不開汙染物減排，過去重汙染天數的減少證明了前一段汙染物治理的（de）成效，但目前幾項大氣（qì）汙染物指標仍然高於環境容量，表明汙染物減排仍要堅（jiān）持不懈（xiè）地走下去。

與此同時，考慮到北京氣象條件（jiàn）的變化，要堅持北京周邊地區的汙染物協同治理。此外（wài），通過分析大氣汙染物的來源，除繼續加大對PM2.5、SO2、NOx、O?的治理以（yǐ）外，還需要（yào）加強對PM1、VOCs等相關汙染物的排放（fàng）控製。

作者 | 技術中心研（yán）發總監 許（xǔ）昌日

編輯丨品牌公關部