环京津燃煤是强霾主因

葛江涛

2月下旬，华北及黃淮地区再次出现灰霾。至此，从2013年元月开始的灰霾天气已经延续近两个月。近日，针对这一本世纪以来中国最严重的污染事件，来自中国科学院的研究人员正式发布了相关研究报告。

报告执笔人、中科院大气物理研究所研究员王跃思接受《瞭望东方周刊》专访时介绍说，中国科学院“大气灰霾追因与控制”专项组“大气灰霾溯源”外场观测项目组，对2013年1月的强霾污染过程进行了全程追踪观测分析，并对1月9日至15日的第二次强霾污染过程进行了溯源分析研究。

观测追踪结果显示了华北地区大气污染的最新“结构”。

数十年来对京津地区影响巨大的西北沙尘，在此次强霾污染事件中并没有扮演重要角色- - -它只对5次强霾过程中的一次产生显著影响。

对于北京自身而言，机动车排放仍是最大污染源头。然而经过北京奥运会以来施行的多种强力管理，专家认为其减排空间已经十分有限。

如同近年来经常发生的情况，区域输送是此次强霾事件中对北京影响最大的因素之一。对污染物成分的详细分析和轨迹追踪清晰地反映了这一问题。

追踪观测的基础是始建于北京奥运会期间的环京津大气环境监测站网络。目前，它可以就大气中 PM2. 5和所有粒径段颗粒物进行详细化学成分分析，并进一步进行来源解析，校核污染物原始排放源清单。

各种污染物、污染源头产生的不同影响，为治理提供了清晰的指向。事实上，目前对于以京津为核心的华北地区的污染原因，至少学界已经拥有一定共识：它显然已经不再是建设防风林、限制大城市机动车和高排放企业那样简单。整个区域内更加复杂、平衡的利益交换机制建立迫在眉睫。

不要过于强调天气因素

《瞭望东方周刊》：新年之初的这次大气污染，整体情况如何？

王跃思：本次强霾污染范围涉及我国中东部、东北及西南共计 10个省市自治区，受害人口高达 8亿以上，其中污染最严重的为京津冀区域。据中国科学院大气物理研究所的监测数据统计，2013年1月京津冀共计发生五次强霾污染过程。

第一次发生在1月6日到8日，北京PM2. 5小时浓度最高值每立方米320微克，大于每立方米300微克的时间为 1小时；第二次发生在 9日到15日，北京 PM2. 5小时浓度最高值每立方米 680微克，每立方米大于 300微克的时间超过 46小时；第三次发生在 17日到19日，PM2. 5小时最高浓度每立方米320微克，大于300微克的时间为 1小时；第四次发生在 22日到23日，PM2. 5小时最高浓度 400微克，大于 300微克的时间超过 21小时；第五次发生在 25日到31日，PM2. 5小时最高浓度 530微克，大于 300微克的时间超过 50小时。

1月共有31天，其中 22天的PM2. 5超过国家空气质量二级标准、即每立方米75微克，27天超过2016年即将实施的国家一级标准、即每立方米35微克，只有 4天是晴好天气。

从范围上讲，卫星图片显示本次污染范围包括我国中东部地区和东北部分地区，太行山东麓、燕山北麓的京津冀区域最为严重，多数地区大气水平能见度仅为 200至500米，华北上空存在明显沙尘和人为污染物的混合层。以城区面积为 750平方公里来推算，这个过程，每立方米空气含污染物20毫克，混合层高度300米，北京城区上空悬浮污染物总量超过 4000吨。

《瞭望东方周刊》：一般而言，天气原因都是大气污染事件的主要原因之一，看起来这个因素是无法避免的？

王跃思：这次污染过程与以往相比有5个不同的特点。第一个特点就是天气过程少见。受大气环流的影响，我国中东部偏北地区大气异常稳定，空气垂直运动弱，冷空气过程少且弱，湿度大但无降水，这就造成污染物极易积累叠加。这种天气过程缘起于冬季北半球高纬平流层爆发性增温，造成大范围逆温，气团沿经度运动减弱，超稳定大气结构难以打破，是非常少见的现象，近30年才发生过5次。

极端的静稳天气是持续强霾污染的重要客观原因，严重阻碍了空气的水平和垂直流通，局地气象条件表现为高湿、逆温层厚、逆温强度大，污染物扩散空间比通常减小很多，导致了局地和区域污染物迅速积累，在高湿环境配合下造成 PM2. 5浓度爆发式增长，表现为罕见的高强度空气污染。

但是，天气只是一个重要的外因。此次强霾污染的内在原因仍然是人为排放的污染物太多，检测分析表明，本次污染过程的形成人为排放污染物占PM2. 5的80%以上。由于天气原因和沙尘或是浮尘的影响，今后虽然不能完全杜绝类似本次的霾污染过程，但完全可以做到预测预警，通过减少人为污染源排放减少强霾污染频次和天数，降低PM2. 5的污染强度。

西北沙尘影响减弱

《瞭望东方周刊》：一直以来，来自我国西北地区的沙尘输送都是华北地区大气污染的重要因素，与之类似的还有局地扬尘问题。它们对这次强霾污染事件的影响有多大？

王跃思：在本次强霾污染事件中，只有1月中旬第二次过程显著受到沙尘影响，其它4次没有观测到有显著影响。

第二次污染过程时， PM2. 5联网观测显示，位于沙源地的三个观测站点阜康、敦煌和沙坡头的 PM2. 5浓度显著升高，说明此次污染过程有沙尘远程输送。沙尘输入显著增加了华北地区 PM10质量浓度。在沙尘参与下，局地污染物二次转化速度加剧。沙尘和局地污染物的叠加是第二次污染事件突发的重要原因之一。

在第二次污染过程中，1月12日卫星监测显示京津冀区域边界层及上部存在沙尘层和污染沙尘层，同时在边界层内与污染大陆性气溶胶和烟尘相混合；此区域近地层以弱偏南风为主，高空以偏西气流为主。

地面监测结果显示在气流经过的敦煌、沙坡头地区，分别在 11日23点和 12日 5点出现 PM2. 5小时最高值，即每立方米250和260微克。

在高空西北气流的作用下，沙尘被输送到太行山东麓河北南部区域并迅速下降，又随近地层偏南弱风北进，加剧了京津冀地面的污染强度。污染物累积在太行山和燕山山前长时间难以消散，并以石家庄、保定、邯郸、北京、天津、唐山等城市污染最为严重。

但是，事实上西北沙尘近年来对北京空气质量的影响逐渐减小。本次北京城区地面扬尘和建筑扬尘的影响在总悬浮颗粒物中所占比例为15至20%，因此在PM2. 5中的比例更低，应在10%以下。

《瞭望东方周刊》：在天气因素和西北沙尘之外，来自北京地区的排放具体情况如何？

王跃思：局地污染排放扩散受阻是本次污染浓度攀升的重要原因之一。各种污染物同步升高并协同作用，导致污染物浓度非线性急剧增长。

所谓“局地”，就是指北京城区五环之内，由于受到地形和偏南弱风的影响，局地排放的污染物对北京山前平原地区影响最大，很难扩散到北京以外的区域。

局地排放包括污染气体和超细粒子急剧增长。北京城区典型的机动车排放源一氧化氮在 12日夜间一度高达每立方米310微克，是平日的 4. 5倍；机动车和燃煤直接排放的一氧化碳浓度高达每立方米12毫克，是平时的 8倍；油气化石燃料和餐饮直排的挥发性有机物增加 2倍以上。当湿度增大时，空气中的二氧化硫、氮氧化物等气态污染物遇水汽变成酸雾，与挥发性有机物的进一步反应生成了大量有毒有害的有机颗粒物。

在静稳高湿条件下，这些粒子难以扩散，且迅速增长为 100至1000纳米的致霾粒子，致使霾粒子数浓度比平时增加了 3. 5倍。分析表明，50到100纳米的超细粒子主要是化石燃料燃烧排放的含碳粒子，一旦增长到400纳米以上，粒子中吸水性很强的无机盐等从原来的不足10%增长到40%。疏水的碳粒子在吸水的硫酸盐等无机盐的包裹下，迅速吸湿膨胀，从“不可见”到“可见”，就是我们看到的“霾”。

有一点可以确定，北京城市大量的机动车和冬季燃煤排放是造成氮氧化物大气浓度上升的原因，也是硝酸盐同步上升的原因之一。

现在看，如果油品提高到国五标准，尾气排放都合格，解决了拥堵问题，北京的机动车污染物减排还有增长空间，但是也不大了。根据目前的研究结果判断，大气污染发展趋势不乐观，建议严格控制数量，提高现有机动车质量，坚决淘汰老旧机动车。

就北京整体大气污染而言，目前机动车排放仍为城市 PM2. 5的最大来源，约为四分之一；其次为燃煤和外来输送，各占五分之一。油气挥发和餐饮近年来有快速上升趋势，应加紧控制，工业和地面扬尘应进一步改善。

值得关注的是，本次北京重霾污染过程引发于燃煤排放的二氧化硫向硫酸盐的爆发式转化，而持续污染过程有机物的上升表明机动车、采暖和餐饮排放共计超过 50%。对于北京等超大城市来说，更要加强强霾污染过程的污染源动态管理和调控。

区域输送影响巨大

《瞭望东方周刊》：经过十几年强力治理，在北京地区的能源结构中燃煤的比例已经非常小了，这些二氧化硫是从哪里来的？

王跃思：本次强霾污染事件的一个重要原因，就是以周边和局地燃煤排放为主的二氧化硫、即不可见的刺鼻气体一夜之间转化成了硫酸盐，硫酸盐是霾的主要成分之一。

在整个污染过程中，区域输送显著，局地叠加强烈。尤其是第二次过程，从观测数据可以明显看到区域二氧化硫和硫酸盐的输送量很大，到达北京山前平原被阻，与局地排放的含碳粒子混合，迅速吸湿增长，一夜之间形成重霾，对公众的视觉冲击巨大。

北京近周边的输送在追踪观测中显示非常明显。1月12日 500米高空后推 48小时的气团后向轨迹分析表明，北京城区污染受到东南方向近距离输送的影响显著。经过市区的气团上午11点还是来自于西部的洁净气团，下午13点以后就逐渐转变为偏南污染气团并维持，低空气团沿地形弧形移动到北京东南区域，污染物输送到北京。

后向轨迹气团路径与可见光真彩卫星图片的烟羽轨迹非常吻合，北京东南区域局部放大，可看到许多星罗棋布的烟雾团点。冬季北京偏南区域高浓度污染烟羽聚拢到北京市区是本次强霾污染事件的另一重要原因。

北京城区白天空气二氧化硫出现高值，少部分来自于局地排放，大部分来自于区域输送。其原因是以周边燃煤排放为主的二氧化硫传输到北京，造成北京上空二氧化硫浓度总是高于地面，白天对流输送将高空二氧化硫传输到地面，造成北京空气二氧化硫浓度升高；夜间对流减弱，二氧化硫形成酸雾，并被其中的氧化剂转化为硫酸盐颗粒，此非均相转化过程不需要阳光照射。

白天二氧化硫浓度高，晚上硫酸盐浓度高而二氧化硫出现低值，这种反位相变化，也从另一个侧面说明，本次污染过程二氧化硫不是主要来自北京城市排放。

此外，当污染发生时，细小颗粒物中总是有机物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐的浓度大幅度升高，但从绝对量分析有机物增长最多。

利用源解析技术，有机物被识别出了4类有机组分：氧化型有机颗粒物，主要来自于北京周边输送；油烟型有机物，主要来自局地烹饪源排放；氮富集有机物，（光）化学产物；烃类有机颗粒物，主要来自于汽车尾气和燃煤。

其中氧化型有机颗粒物在整个污染过程所占比例最大，為44%，其余三个组分分别占21%，17%和18%。

《瞭望东方周刊》：能否介绍一下此次污染事件中环京津地区的情况？

王跃思：本次污染过程周边区域一些城市二氧化硫浓度高值高于北京高值的2倍，但北京氮氧化物最高值与周边城市持平。

观测结果显示，近年来京津冀氮氧化物和硝酸盐的污染持续增加，二氧化硫和硫酸盐的污染下降不多，有机物污染一直持续在高位，氨气和铵盐污染有上升趋势。细颗粒物总体污染水平居高不下，污染物的化学成分趋于复杂，如不抓紧防控，必将引起更加频繁和强度更高的大气污染事件。

具体而言，京津冀区域应重点控制以燃煤为主要能源的工业过程，重点在于燃烧过程的脱硫、脱硝和除尘；大力提高柴油油品质量，改进柴油发动机，减少柴油车排放；北京等超大城市重点要解决机动车道路拥堵问题和提高汽油质量；北京近周边区域重点解决冬季取暖燃煤的脱硫、脱硝和除尘及其挥发性有机物排放的控制，餐饮业和居民楼要解决好油烟排放问题。