北京南口风口对中心城区空气质量的差异化影响与关联性分析

2015-07-19丁军李冉刘薇

环境与可持续发展 2015年3期

丁军李冉刘薇

(1.北京市社会科学院经济所，北京 100101;2.中国林业出版社，北京 100009 )

北京昌平南口地区是距离北京中心城区最近的西北自然风口，由于北京西北的西山与东北的军都山两大山脉在昌平关沟一带交汇，形成了主要的进风口。北京城市地形依山面向东南倾斜走低，构成了面向东南渤海凹向展开的半圆形簸箕状地势，学者称其为“北京湾”。由于北京的这种区域构造和气候地理位置，以及在北京环境容量日益超载的严峻形势下，南口作为北京中心城区空气更新和净化的主要新风资源地，其生态战略地位日显重要。

长期以来，城市新风资源一直未被学界和政府所认知，对新风资源地的环境净化、涵养、保护和利用，以及与下风向城区的生态环境关系没有充分的认识，是导致北京西北风口的生态环境没有得到有效整治和利用的重要原因。

1 南口地区生态治理现状与问题

1.1 南口自然地理概况

南口地区位于昌平西北部，距昌平城区7.5km，是昌平卫星城重要组成部分之一，南距北京二环德胜门38km，北距八达岭长城18km，东距明十三陵9km。据北京市园林局防沙治沙办公室的资料显示，南口地区系北京五大风沙危害区之一，其风沙危害区包括南口西部、南口农场、流村镇、马池口镇和阳坊镇。南口镇属于昌平区西部半山区镇，因其位于关沟的南口而得名。南口镇地域面积201.7km2，其中64%面积为山区，山场面积120km2，林木覆盖面积100km2，森林覆盖率58.41%，林木绿化率76.75%。南口作为北京中心城区空气更新的主要源头，是北京西北生态带上重要的生态战略节点。

与北京另外两大风口——西南风口三家店和东北风口古北口相比，西北风口——南口具有如下七大特征:一是距离北京中心城区最近;二是处于春冬盛行风向为西北风的北京中心城区的上风向①北京市气象局气候资料室，《北京气候志》第72 页，北京出版社，1987年。;三是南口地区同时还是北京的五大风沙危害治理区之一②“北京昌平今年造林4.5 万亩重点治沙”“新京报”，2013年4月7日。;四是南口地区的产业结构层次偏低;五是北京五大风沙危害治理区之一的康庄风沙区位于南口上游，该区是北京市降水量最少的区域③北京市地方志编篡委员会，《北京志·水利·气象卷·气象志》第14 页，北京出版社，2003年2月。;六是在北京的三大风带中，南口地区所在的西北风带风速最大，最高曾达34m/s④北京市地方志编篡委员会，《北京志·农业卷·林业志》第17 页，北京出版社，2003年2月。;七是东北风口古北口下游由于长期以来对密云水库水源地采取了严格的生态保护措施，以及怀柔大型国际会议项目的建设，如世界妇女大会、APEC 等，东北风带的区域环境得到了较好的治理，北京西南风口三家店由于世博园大型环保公益项目的落地，使得永定河风沙区周边空气颗粒污染浓度下降了约60%。由于以上七个方面的叠加影响，南口地区对北京中心城区空气质量影响最为显著。

图1 所示为昌平区2011—2013年的风速情况。由图可知，昌平区全年以春季风速最大，冬季次之，夏季风速最小。这三年中，逐月的月最大风速都在5m/s 以上，最高值出现在2011年的5月，月最大风速为12.3m/s。前十位的月极大风速在16.4m/s 以上，其中最高值也出现在2011年5月，为21.5m/s。由此可见西北风带的风速之高。

图1 昌平区2011—2013年月最大风速与前十位月极大风速

1.2 风沙治理现状

南口地区不仅是北京西北强风通过带，还是北运河水系重要的发源地之一，马池口还是北京四大应急水源地之一，其水源保护区面积达149km2。南口地区在历史上由于河流改道、河床退化以及洪水决口泛滥，形成了大面积的冲击、洪积扇，并随着长期的人类活动和气候变化，逐渐形成风沙危害区，成为北京中心城区扬沙扬尘的主要来源。

近20 多年来，南口地区形成了以砂石加工厂、砂石屯料场、混凝土搅拌站为主的建材加工和配套产业，由此给当地的自然环境带来很大影响。根据《昌平西部地区砂石坑修复规划》⑤龙瀛、何永，“昌平西部砂石坑生态修复规划”，《北京规划建设》，2007年第1 期。所示，位于昌平西部地区的砂石坑是北京地区的风沙来源之一。2010年前，在“打造京北现代物流、高端物流、京北高端储运中心”的规划指导下，马池口西部地区先后聚集了56 家煤场，形成了京北最大的煤炭储运产业群落。煤场大多坐落在干枯的河道和滩涂露天作业，风天黑风骤起、雨天黑水蔓延。而马池口西部位于南口风沙危害区中部、北依南口风口的下风向，是关沟南口风口由北向南的强风廊道;煤场聚集区以西还是白羊沟、柏峪沟、兴隆口和高崖口沟各大沟口强风通过带;煤场向东约2km 处便是京密引水渠，一旦山洪暴发，后果不堪设想。

2012年以来，昌平区政府采取多种措施进行综合治理，在马池口地区开展植树造林活动，并清退了54家煤场。2014年，马池口地区继续清退非法砂石厂23家，并开始对砂石坑进行生态修复，使马池口地区的扬尘恶化状况得到了一定的改观和遏制。

1.3 存在的问题

1.3.1 对南口地区风口区位和风资源的重视程度不够

北京作为一个承接了2000 多万人口的特大型城市，在城市规划、建设和管理过程中，必须充分考虑其自然地理环境，高度重视其生态禀赋特征。生态环境特别是大气环境的治理过程中，除对污染源排放重点项进行治理外，还要依据其生态地理特征和气象环流条件，对重点风口地区的环境进行创新性的规划和治理。但从当前的情况来看，一是风资源的重要性尚未得到认知;二是南口地区作为风口和风沙危害区，其战略地位均未得到充分的承认。

1.3.2 南口地区产业规划定位与当地的资源禀赋错位

对南口地区的规划定位存在错位，规划定位在追求当地经济发展利益的同时，仍然缺乏对城市新风资源的认识，忽视了对北京城区整体生态环境的影响。打造所谓的“高端的、现代的”马池口煤炭储运中心的规划失败就是一个典型例证。因此，有必要将南口地区这一主力风口对北京城区空气颗粒污染的影响做更深入的剖析。

1.3.3 风沙危害区的治理手段较为单一

北京对五大风沙危害区的治理已经超过十年的时间，主要是通过采取植树造林项目的形式进行治理。植树造林项目能够在较短时期内取得一定的生态效益，在一定程度上遏制风沙危害，但此种单一的手段也存在经济效益和社会效益不明显等问题。随着人们对生态环境问题认识的不断深化，需要采用更加综合的手段进行风口和风沙危害区的治理，如结合当地的水资源利用，采取更加生态经济的方式进行治理。

2 南口地区风口扬尘与高原高空沙尘对北京城区时空污染的差异化分析

2.1 南口地区风口扬尘是对北京城区颗粒物污染的主要源头之一

南口风沙危害区土地主要是河滩、沙质潮土、沙砾质等类型，区内特点是干旱多风，土壤沙化严重。目前，尚有相当面积的卵石荒滩地，平原地区还有大面积的潜在沙化土地，如裸露的靶场和未硬化的坦克道路面，冬春沙土裸露，风来灰沙骤起。区内因混凝土搅拌站、石料、水泥、彩钢构件等建材产业的粗放发展，货运道路运输遗撒、辅路损毁和工地裸露扬尘也比较严重，是北京城区的主要扬沙起灰的发源地。

北京市林业局对北京市2000年春季沙尘暴的研究发现，在高空扬尘中，本地污染率占20%，但在低空扬尘中，本地污染率高达80%，市区日常可吸入颗粒物中“土壤尘”占52%。杨维西研究认为，北京沙尘污染中，大概有50%～60%的沙尘是来自北京以外周边地区［5］，值得注意的是，1999年和2000年曾有5 次沙尘是在北京近周边形成而不是通过远距离输送而来［6］。根据《北京市环境状况公报(2013年)》，2013年空气中的可吸入颗粒物(PM10)与PM2.5年均浓度分别为108.1μg/m3和89.5μg/m3，但与2013年起实施的国家空气质量新标准相比，PM10浓度超标54%、PM2.5浓度超标1.56 倍。因此可见，北京的沙尘主要有内部和外部两个来源，其中细沙成分主要来源于本地，微尘颗粒内外部均有。而南口是本地扬尘对北京城区的颗粒物污染PM10和PM2.5的主要源头之一。

2.2 南口本地扬尘与高空扬尘对北京城区颗粒物污染输送方式的差异化分析

本地风口扬尘与高空高原沙尘是导致北京沙尘天气的沙尘的主要来源，风口扬尘与高原沙尘都借由风力输送至北京城区，但两者在沙尘输送方式、颗粒物成分等方面有显著的不同。

本地风口扬尘与高原沙尘的输移都要借助于冬春季节的大风，但在输送的途径上略有不同。胡欢陵(2001)的研究认为，北京地区近地层输送通道为120m 以下，较远距离的大气污染输送主要位于120m 以上的高空［8］。这说明，高空高原沙尘的输送通道属于远地面输送，在风力达到一定程度才能出现沙尘暴天气;而本地风口扬尘的输送主要以低空近地层为主要通道，在风力较低时仍然能对城区造成一定污染。这表明，即使在风力减弱的情况下，不仅冬春季节、而且在秋夏季节，南口地区风口扬尘也是北京沙尘污染的主要来源之一。

2.3 南口本地扬尘与高空扬尘对北京城区颗粒物污染成分的差异化分析

由于气候条件、地理环境以及下垫面的不同，本地风口扬尘与高原沙尘在元素成分上具有一定的差异，来自于地壳源和污染源的污染物元素构成具有明显区别。根据韩力慧(2005)的研究，在北京地面扬尘中，Zn、S、As、Pb、Cd 的富集系数为几十甚至高达几百，表明这些元素主要来自污染源。而Zn、S 在内蒙黄土中的富集系数都接近1，表明这些元素主要来自地壳源;此外，内蒙黄土中Pb、As、Cd 的富集系数也远远小于其在北京扬尘中的值，说明内蒙的高空沙尘较少受到人为源影响［9］。在北京地区来看，来自于污染源的污染物排放入大气中，能够与大气中原有的气溶胶混合形成新的大气颗粒物，这些颗粒物会经过干、湿沉降返回地面，并在风力或者交通影响下再次产生扬尘，重新进入大气中，成为北京城区扬尘中主要的污染物来源。由此可知，与高原沙尘相比，本地风口扬尘受到更多的人为污染源的影响。

2.4 北京颗粒物污染浓度的季节差异化与南口风口冬春季节扬尘的关联性分析

北京市颗粒污染物的变化具有典型的季节性，以2012年的首要污染物PM10为例。中国环境监测总站的数据显示，在主要污染物SO2、NO2和PM10中，2012年全年北京市所有空气质量超标日的首要污染物都是PM10，年均质量浓度达到109.0μg/m3，超过了新国标规定的年均值二级标准限值70μg/m3。其中，全年有84天的PM10日均质量浓度超过新国标二级标准限制值150μg/m3，达标天数比例为77.0%。

史宇等(2013)对2012年秋冬季PM10污染特征进行了分析，他指出，PM10污染程度在夏季的6～9月较轻，而在春季、秋季和冬季PM10污染均较为严重，其中，4月、5月和12月是PM10污染程度最高的时段，如图2所示。

图2 2012年全市PM10污染特征

从以上数据变化可以看出，北京城区颗粒物污染浓度具有显著的季节性，污染严重的时间主要集中在春季和冬季，而北京冬季和春季矿物气溶胶的浓度要高于夏季，这恰恰与北京地区的沙尘污染强烈的季节性变化相吻合。这说明，冬春季节，随着大量外地沙尘入侵北京后又混合、夹杂而携带北京局部地域产生的本地风口扬尘，是北京大气中矿物气溶胶的主要来源，也成为北京大气颗粒物污染的主要来源之一。但是在夏季，由于降水量大，气候湿润，而且植被覆盖比冬天好，不易扬沙起尘，因此矿物气溶胶的浓度要比冬春季少。在本地源中，南口风口扬尘是重要组成部分之一。

3 研究结论

3.1 南口地区是北京中心城区的“上呼吸道”，对南口地区新风资源的过滤、净化和加湿是改善北京空气质量的一项一举多得的重要战略措施

北京空气污染的主要途径之一就是在治污减排的同时，避免来自城市风口的新风变成新的污染源，北京的自然地理构造决定了对新风资源的过滤、净化和加湿，将对北京的空气质量的更新和提升产生积极、显著的作用。对风口新风资源生态环境的优化将有利于城市规划的合理布局、当地粗放经济向生态经济的转型，以及北京整体生态环境的优化，是城市健康发展的百年大计。

3.2 应摒弃传统思维发展定式，对昌平的整体规划进行战略性调整

应深刻反思和总结将马池口规划定位为京北煤炭储运中心的教训和代价。鉴于昌平西北部是连绵不断的山脉屏障，空气的污染集聚和扩散除了面向东南进入中心城区，已无其他的消纳空间。应当转变将昌平定位于装备制造业、能源制造业、城区外迁企业基地等传统思维定式，引导发展教育科研产业园、旅游观光业、低密度生态住宅产业等，在土地尤为稀缺的条件下，做好昌平市政设施和生态环境的基础建设工作，研究与海淀区对应的产业和功能的互补和对接。