欧洲酸雨控制历程及效果综合评述

云雅如，柴发合，王淑兰，段菁春

中国环境科学研究院，北京 100012

欧洲酸雨控制历程及效果综合评述

云雅如，柴发合，王淑兰，段菁春

中国环境科学研究院，北京 100012

在分析大量文献资料的基础上，综合评述了欧洲酸雨发展和控制的主要历程.20世纪70年代以来，欧洲酸雨控制主要经历了EMEP建立与达成共识，CLRTAP公约形成与实施平均减排方针，基于临界负荷与生态敏感性制定减排策略，以及多污染物协同控制与追求多重环境效应等4个发展阶段，并取得了显著的控制效果.1980—2007年，欧洲硫排放减少了84%，NOx排放减少了37%;大气中ρ(SO2)从10.32μg/m3降至1.26μg/m3，ρ(NO2)从10.38μg/m3降至7.15μg/m3;欧洲降水酸度呈不断下降的趋势.最后，基于欧洲酸雨控制先进经验的分析，结合实际情况提出了未来我国酸雨控制建议.

欧洲;酸雨控制;效果;策略

Abstract:Based on numerous documents，we conducted a general review of primary European acid rain developments and control programs.The entire European acid rain control program since the 1970s can be divided into four phases:construction and agreement on EMEP，CLRTAP signing and creation of a unified pollution reduction goal，reduction strategy based on critical loads and ecosystem sensitivity，and simultaneous control of pollutants and pursuit of multiple environmental effects.The programs have obtained great achievements.During the period 1980-2007，emissions of S and NOxwere reduced by 84%and 37%，respectively.Theρ(SO2)in the atmosphere was reduced from 10.32μg/m3to 1.26μg/m3，andρ(NO2)was reduced from 10.38μg/m3to 7.15μg/m3. Meanwhile，the pH of European precipitation has been continually rising.Finally，based on advanced experience in Europe，recommendations for future acid rain control in China were proposed.

Keywords:Europe;acid rain control;effect;control strategy

酸雨因其对人类健康和生态安全危害的严重性，成为全球关注的重大问题之一［1-3］.我国自 20世纪70年代末开始大规模的酸雨监测和研究工作［4-9］.1998年1月国务院正式批准了我国酸雨控制区和SO2污染控制区(简称“两控区”)方案.“两控区”占地 109×104km2，占我国国土面积的11.4%［10-11］.按照方案的规划，在“两控区”进行酸雨和SO2的控制，以控制SO2为主要手段，到2005年实现“两控区”内SO2排放量比2000年减少20%的目标［12］，到2010年将在2005年的基础上继续减少10%［13］，同时使酸雨污染程度有所缓解.

但是，目前我国受酸雨影响地区仍占国土面积的40%左右［16-19］，是继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区，同时也是世界三大酸雨区中唯一一个面积还在继续扩大的地区，每年因酸雨所造成的经济损失高达 1.1×1011元［20-21］.同时，研究数据显示，我国大范围内NO3-/当量比呈现逐年上升趋势，酸性降水的类型也由原来的硫酸型表现出向混合型转变的态势［22］.

我国是世界第一大煤炭消费国［20］，能源结构中煤炭占70%以上［23］，由燃煤产生的SO2占我国SO2总排放量的80%［20］.随着经济的快速发展，煤炭消费仍保持快速上涨的趋势，SO2排放控制仍将是以后相当长时间亟待解决的重点问题之一.同时，资料显示，由于电力行业、城市交通和汽车产业的高速发展又导致大量 NOx的排放，1980—2002年我国NOx年排放量由476×104t快速增长到1 400×104t［24］.另外，我国对总悬浮颗粒物(TSP)的有效控制削减了其对大气酸性物质的中和作用，部分抵消了SO2控制带来的有利影响［22，25-29］.上述分析表明，我国现阶段影响酸雨的原因发生变化并日益复杂，在这种情况下，研究调整酸雨控制策略具有非常重要的现实意义.笔者在资料搜集的基础上，对已取得显著协同控制效应的欧洲酸雨控制历程进行了总结，以期为现阶段我国制订酸雨控制策略的科学决策提供支持.

1 欧洲酸雨控制历程

在系统总结和分析20世纪70年代以来欧洲酸雨控制历程的基础上，按照各时期所采取主要措施的不同，将其划分为4个发展阶段:①欧洲监测与评价计划(European Monitoring and Evaluation Program of the Econom ic Comm ission for Europe，EMEP)的建立;②远距离越境大气污染条约(Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution，CLRTAP)的形成;③临界负荷的使用;④多污染物协同控制.这4个发展阶段紧密连接，承前启后，特别是从90年代开始以临界负荷作为管理工具的第3阶段，将自然生态系统对酸沉降的敏感性作为减排量确定的依据，具有非常重要的科学意义.

1.1 EMEP建立与达成共识

1956年“欧洲大气化学监测网”建立后，对欧洲降水化学成分的分析结果肯定了酸性降水和大气污染有直接的关系［30］，并进一步指出酸雨是一种广域范围、跨越国界的大气污染现象.但这在当时并未得到所有国家的认可，由此还导致了欧洲多个国家之间的纷争，历史上也被称为“化学之战”.随着酸雨危害的日益严峻，欧洲特别是北欧国家迫切需要一个中立、公正的机构提供可靠的数据来源以推动酸雨研究工作的进行.于是，1977年在联合国的授权下，欧洲大气污染物长距离输送监测和评估合作计划，即EMEP诞生.EMEP致力于数据整理，大气和降水质量监测以及大气污染物的传输和沉降模拟等3个方面，并试图在科学的基础上通过政策力量的推动，促进各国在大气污染物监测和模拟方面进行国际合作，以解决现存的大气污染问题［31-32］.

EMEP建立以来，开始于20世纪40年代［31］矛盾斗争30多年的酸雨越境污染问题基本达成共识，越来越多的国家逐渐参与到酸雨的防控中来.可以说，EMEP不但是欧洲酸雨控制的产物，也是其发展的最根本基础.现在几乎欧洲各国都设有EMEP不同级别的固定监测点，不论从时间的长期性还是从监测范围的广阔性上来讲，EMEP都保存了降水化学方面最完整、最详细的记录数据，为国与国之间的协商、酸雨的控制提供了最客观的数据支持.

我国针对酸雨的大规模监测工作始于20世纪70年代末［7］，1982年国家环保管理部门建立了全国酸雨监测网，用于调查研究我国酸雨的分布状况［33］.随着对酸雨认识的加深，监测覆盖面逐年增加，1991年仅为51个［34］，2000年发展到254个［35］，最多时达到696个［36］.1989年起中国气象局也建立了相应的酸雨监测网［9］，由于监测点位设置的不同，对环保监测网络起到了积极有益的补充.两大酸雨监测网为中国降水化学研究积累了大量数据，对我国酸雨控制和研究发挥了积极作用［22］.但是现阶段两大监测网络均存在覆盖面的局限性，其中环保监测站点多以城市为主，且地区间分布不均衡，因此，在此基础上对酸雨污染空间分布和发展状况做出的描述也仅能代表一定阶段的客观情况，而无法做到更加全面.

1.2 CLRTAP公约形成与平均减排

20世纪70年代，大量研究证明，大气污染物在沉降和造成破坏之前可能会经历几千km的传输过程［37］.鉴于此，1979年远距离越境大气污染条约签署，即CLRTAP.该条约是保护环境、防止大气污染的核心公约，也是历史上第一个针对大气污染问题具有法律约束力的文书［38］.公约规定了各国在减排方面进行国际合作，以及建立体制框架以共同推进相关研究和政策的实施.从1985年开始，包括针对SO2排放量控制的赫尔辛基条约(Helsinki Protocol)［39］、稳定 NOx排放议定书［40］和挥发性有机物议定书(VOCS议定书)［41］(见表1)在内的3个公约得到了多个欧洲国家的认可.随着议定书的签署，欧洲酸雨控制的序幕被正式拉开.但是条约的推行起初并不顺利，后来随着几个大国对待酸雨立场的转变，才使集体参与解决酸雨问题的阵营逐渐强大起来.从该阶段控制措施的推行过程来看，欧洲首先意识到SO2的危害，之后随着机动车数量的增加，才逐渐认识到NOx对酸雨的贡献，以及VOCS作为臭氧前体物对大气氧化性的影响.此外，由于该阶段主要针对的是单一的一次污染物，因此控制措施以实行统一的减排策略为主，即各国无论自身污染状况、经济条件和前期控制效果如何，均需削减相同比例的污染物排放.现在看来，尽管这样的酸雨控制策略存在诸多不合理之处，但不可否认的是，这种平均减排的控制方法在初期使欧洲主要污染物的排放量得到了有效控制，统计数据显示，上述措施的实施促使欧洲硫和NOx排放量分别减少了70%和30%以上.

表1 CLRTAP公约及其他相关公约Table 1 Convention on long-range transboundary air pollution and other protocols

在我国，一直以来采取的都是以控制SO2为主要手段的酸雨控制措施，从《国家环境保护“九五”计划和2010年远景目标》开始，到《国家环境保护“十五”计划》以及《国家环境保护“十一五”规划》，相继提出了针对 SO2总量削减10% ～20%的规划目标，对于遏制酸雨污染的进一步恶化起到了积极的作用.但研究数据显示，短期内我国以煤炭为主的能源消费结构仍不会发生转变;同时，随着经济的快速发展，煤炭的消费量也将持续增长，预计到2020年将达到35×109t［42］.煤炭使用量的增加必然导致 SO2排放的增长，此外，受到“边际效用递减”规律的影响，SO2削减量达到某一水平后，将无法在相同的成本下获得同等的控制效果.

1.3 临界负荷与充分考虑生态敏感性

1994年签署的硫议定书修正案摒弃了以往的统一减排目标，转而要求各缔约国建立一个长期的硫排放控制目标［43］.该议定书的签署标志着欧洲酸雨控制进入了以临界负荷作为管理工具的时代.此后又于 1998年分别签署了重金属议定书［44］和POPs议定书［45］，对多种污染物的排放上限进行了基于生态系统敏感度的严苛限制(见表1).

临界负荷是指“不致使生态系统发生有长期危害影响的化学变化的最高酸沉降量”［46］.20世纪90年代初，临界负荷的应用更加广泛和深入.1991年在影响协调办公室 (Coordination Center for Effects，CCE)的技术报告中首次对酸度的临界负荷进行了定义和计算，同时以土壤和地表水为敏感受体确定酸度的临界负荷，进而编制了第一幅酸沉降临界负荷图，对整个欧洲进行了相应的区划.此后CCE定期向缔约国提供临界负荷图以帮助其更好地制定控制策略.到1999年，哥德堡公约改变了原有的硫和氮沉降临界负荷的概念，在二者基础上建立了临界负荷函数，并以CLmax(S)，CLmax(N)和CLmin(N)为 参 数;同 年 RAINS(Regional Air Pollution Information and Simulation Model)模型建立，对临界负荷的实施起到了关键作用［47］.利用上述参数和模型，CCE最新区划结果(2008年)显示，南欧、北欧和东欧为氮沉降敏感区，中南部地区敏感度相对较低，中欧和西欧最低.从对硫沉降的敏感程度来看，北欧最高，向东、向南逐渐降低，以南部欧洲敏感度为最低［48］.

以临界负荷(Critical Loads)作为管理工具，标志着欧洲酸雨控制历程中一个全新时代的开始.这一转变不但具有生态学基础，可以有效地权衡各缔约国之间的差异，同时也兼顾了各国的减排历史，促使各国建立一个长期、稳定的空气质量目标，使减排更具合理性和针对性.该阶段各缔约国根据自身对酸雨的敏感性程度来制定减排目标和进程，从关心某种具体的污染物，转向关注脆弱的生态系统，不但有效地调动了各国的减排积极性，同时也使主要污染物排放在原本已获得较好成效的基础上得到了进一步的控制.2001年欧盟进一步推行了欧洲清洁空气计划(Clean Air for Europe，CAFE)计划，该计划基于EMEP提供的数据，利用RAINS模型从人体健康、建筑物、农作物和生态系统等 4个方面对2000—2020年污染物浓度及其影响进行了基线情景研究，并展开相应的费效分析.结果显示，在继续执行现有减排政策的情况下，到2020年欧洲因臭氧和颗粒物导致的人体健康方面的年均经济损失将比2000年减少1 810×108欧元，农作物和建筑物的年均损失也会分别减少13×108和4×108欧元.按照模型给出的分析结果，政府可以在此基础上进行进一步的优化，以期用最低的成本获得最佳的控制效果.因此，在该阶段政府减排成本的计算和降低酸沉降的收益预算也逐渐成为关注的重点.

我国酸雨成因复杂，在SO2和NOx排放量持续同步增加的同时，大气环境中颗粒物污染也十分严重.简单地以控制硫沉降为主的酸沉降控制策略已不再适应当前污染的形势，应根据生态系统的临界负荷和当前大气沉降状况选择相应的控制对象［49］.此外，我国国土面积辽阔，自然条件各异，经济发展水平相对较低且地区间发展不均衡.因此，在保证可持续发展的前提下，以临界负荷为基础，充分考虑传输沉降、生态影响和费用效益，对特定地区或城市，以及对重点行业和污染源实施重点控制，并且分阶段和有步骤地进行，是一条更加适合我国国情的酸雨控制之路.这样就可以充分利用环境对酸沉降的缓冲和容纳能力，争取以最小的投入获得最佳的环境保护效果［50］.

1.4 污染物协同控制与追求多重环境效应

1999年哥德堡公约的签署，是迄今为止欧洲签署的最后一个针对酸雨跨界传输的公约.哥德堡公约以控制酸化、富营养化和地面臭氧的排放为目标，分别对硫，NOx，VOCs，重金属和NH3的排放进行了限制，并进一步提出了对排放较多和削减成本相对较低的国家进行大幅削减的计划.按照预测，如果公约被完全执行，到2010年整个欧洲的硫排放量将至少比1990年减少63%，NOx减少41%，VOCs减少40%，而 NH3的排放量将减少17%［51］;与此同时，欧洲被酸化的面积将从1990年的93×106hm2减少到15×106hm2，富营养化面积将从1990年的165×106hm2减少到108×106hm2，每日的地面臭氧排放量也会减半.

从1999年的哥德堡公约开始，欧洲酸雨控制打破了以往仅针对单一污染物进行限制的格局，开始更加注重多种污染物之间的相互影响和协同控制.尽管按照公约所规定目标年份的数据还未给出，但大量模拟和研究结果表明，多污染物的协同控制可以同时获得多重环境效应.如控制NOx和VOCs的排放不但可以降低颗粒物对人类健康的影响，同时也可以减少光化学烟雾污染;控制SO2和NOx在减少灰霾的同时还可以降低降水的酸度，此外同时控制NOx和NH3还可以促使湖泊富营养化问题的改善.在临界负荷的基础上延伸出的污染物协同控制策略，将控制酸雨延伸到大气环境整体改善的层面上来，使整个控制体系更加成熟，也更具合理性.

近年来随着我国大范围内 NO3-/SO4

2-当量比的逐年升高，酸沉降类型发生了显著变化.国家也适时转变了控制思路，在《国家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”规划》中进一步提出了稳定NOx排放的目标，以期通过多污染物的协同作用，实现控制酸雨的目标.

表2 多污染物控制的协同效应［52］Table 2 Multi-pollutant/multi-effects

2 欧洲酸雨控制效果

2.1 污染物排放量得到有效控制

20世纪70年代以来，积极有效的酸雨措施使欧洲主要大气污染物的排放得到了有效控制.利用来自于欧洲经济委员会(United Nations Economic Comm ission for Europe，UNECE)的主要污染物排放量数据，将欧盟25个主要国家的数据进行加和，获得1980，1985和1990—2007年SO2和NOx的年排放量变化趋势图(见图1).

由图1可见，1980—2007年硫排放得到了有效控制，下降趋势明显.截至2007年硫排放量为5 784 Gg，与1980年的36 000 Gg相比降幅达到84%;同一时期，NOx排放量也表现为下降趋势，但降幅相对较小，27年间共下降了37%左右.欧洲对于 PM2.5的控制始于20世纪90年代末，总体表现为下降趋势，按控制效果的不同可划分为3个阶段，分别是1999—2001年的波动期，2002—2005年的稳定期，以及2006—2007年的显著期.

图1 1980，1985和1990—2007年主要大气污染物排放量变化趋势［53］Fig.1 Trends ofmain air pollutants emission change in 1980，1985 and 1990 to 2007

2.2 空气中主要污染物浓度明显下降、降水酸度降低

同一时期，大气中主要污染物浓度也开始明显降低.ρ(SO2)降幅显著，从10.32μg/m3降至1.26 μg/m3;ρ(NO2)也表现为下降的趋势，但降幅较缓，从10.38μg/m3降至7.15μg/m3(见图2).分阶段来看，统一减排期间，欧洲大气中ρ(SO2)从1987年的9.00μg/m3降至 1993年的 4.61μg/m3;ρ (NO2)降低了1.51μg/m3.以临界负荷作为管理工具后，欧洲各缔约国硫排放都得到了进一步有效控制，大气中ρ(SO2)也继续下降了2μg/m3左右，降幅显著;但是ρ(NO2)变化较为平稳，偶有上升现象出现，总的来说下降趋势并不明显.协同控制阶段的目标年份为2010年，因此受到数据的限制目前仅能对有限的资料进行分析.截至2007年，欧洲大气中ρ(SO2)仍表现为下降趋势，但降幅并不显著，而ρ(NO2)有所上升.

欧洲在控制大气中主要致酸污染物的同时，颗粒物的浓度也得到了显著降低(见图3).1980—2007年的近30年间，ρ(PM2.5)和ρ(PM10)按照几乎完全相同的变化趋势逐步下降，尽管在 1996和2003年偶有上升，但总体而言下降趋势明显.其中，ρ(PM2.5)从 11.46μg/m3降至 4.28μg/m3，ρ (PM10)从11.39μg/m3降至5.39μg/m3.

与此同时，随着主要污染物浓度的降低，大气降水的pH也发生了明显的变化，由最初的4.8以下逐渐上升至目前的5以上，并稳定地保持在该水平，使大气降水的酸化问题得到了明显的改善(见图4).

图3 1980—2007年欧洲颗粒物年均浓度变化［55］Fig.3 Change of annual average of PM concentration from 1980 to 2007

图4 EM EP范围内1977—2007年降水pH变化［54］Fig.4 Change of pH in EMEP area from 1977 to 2007

3 对我国未来酸雨控制的建议

纵观欧洲的酸雨治理历程，它既是一个从纠纷走向共识的过程，也是一个不断完善、调整，并日趋合理的过程.包括:①建立长期科学的监测网络，监测整个欧洲大陆的SO2和NOx的排放和迁移，弄清欧洲酸雨的基本状况;②鉴于酸雨影响的广泛性，倡导并签订了一系列的SO2，NOx和VOCS减排公约，设定了平均减排目标;③以科学的临界负荷概念取代平均减排，各国根据新的减排公约、国内情况和减排成本，采取适宜的污染物控制措施;④最终的污染物协同控制以追求多重环境效应.经过近40年的发展，欧洲酸雨问题已经得到了有效控制，同时也积累了丰富的控制经验，其策略也更趋合理.

现今，酸雨已成为制约我国经济和社会可持续发展的一个重要因素，只有采取积极有效的控制措施，才能降低其对生态系统和人类健康的威胁，促进环境友好型社会的建立，并减少来自于环境外交的压力.借鉴欧洲已有经验，结合我国客观实际，对未来我国的酸雨治理工作提出如下建议:①进一步完善监测网络，扩大酸雨监测网的覆盖面.②逐渐由“平均减排”的治理原则向以临界负荷为基础的策略转移，在充分考虑对生态系统和人类健康影响的基础上，制定有针对性的控制措施.③在持续控制SO2的基础上，进一步对包括 SO2，NOx和 VOCs等在内的多种污染物进行协同控制，获得环境空气质量持续改善、降低费效比、提高公众满意度等多重效果.④在保证经济和环境可持续发展的前提下进行酸雨控制，加强对不同控制措施的费效分析，从而以最低的成本获得最佳的环境效果.⑤随着我国经济社会的高速发展，我国的环境问题也会不断体现新特征和新形势，其成因也会有所改变，因此酸雨的控制策略也要进行及时地调整和优化.

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Genera l Review o f European Acid Rain Contro l Program s and Effects

YUN Ya-ru，CHAIFa-he，WANG Shu-lan，DUAN Jing-chun
Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China

X511

A

1001-6929(2010)11-1361-07

2010-04-20

2010-06-29

国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973)项 目(2005CB422208);中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2007KYYW 07)

云雅如(1978-)，女(蒙古族)，内蒙古呼和浩特人，在站博士后，主要从事空气质量管理研究，yunyr@craes.org.cn.

*责任作者，柴发合(1955-)，男，陕西大荔人，研究员，硕士，博导，主要从事大气污染控制研究，chaifh@craes.org.cn