北京市霧霾天氣成因及治理措施研究

周 濤，汝小龍

（華北電力大學 核熱工安全與標準化研究所，北京 102206）

北京市霧霾天氣成因及治理措施研究

周 濤，汝小龍

（華北電力大學 核熱工安全與標準化研究所，北京 102206）

在過去的2011年，北京市的PM10雖然降低到近3年最低的0．114mg／m3左右，但也多次出現“重污染”日子。并且，受到周圍省份影響，北京市去年春季多次出現PM10峰值。一天之中，PM2．5濃度較大的兩個區段是早晨7點到8點和下午18點到20點，該時段均為上下班高峰期，表明移動排放源已經成為北京市城市污染重要源頭。除春節因短暫放鞭炮使PM2．5濃度有顯著增大外，休假中的北京市細顆粒濃度降到最低，說明人們的活動對細顆粒的主導作用。因此，要積極開展前沿科學PM2．5及PM1研究，制定嚴格達標規劃；在京津冀地區開展大氣污染聯防聯控，信息公開透明；實施“一票否決制”；提高環境準入門檻；切實加強機動車污染防治；健全極端不利氣象條件下大氣污染監測報告和預警體系。

北京市霧霾；PM2．5；PM10；季節

環境問題事關人類的健康和生存，一直是人們關心和科學研究的熱點課題。北京市的霧霾天氣已經成為首都人民甚至包括美國大使館在內的世界各類人士所關注的重要問題，特別是涉及霧霾形成的PM10乃至PM2．5，越來越引起人們的關注。在2012年1月召開的北京市第十三屆人民代表大會第五次會議中，“進一步治理大氣污染，提升空氣質量”的議案是由197人次市人大代表提出的9件議案合并而成，有關防治PM2．5、加強污染物監測的議案，也是今年166項議案合并的第一、第二號議案。最后，備受關注的防治PM2．5成為本次大會的3項議案之一，已交由市政府辦理，市人大常委會將對其辦理情況進行審議［1］。2012年1月21日，北京市環保監測中心網站嘗試性地開始實時發布PM2．5研究性監測的小時濃度數據。防治PM2．5已經成為2012年北京市政府所要辦的重要實事。但是即便如此，在過去的幾年中，北京市的霧霾天氣也還不少，而且嚴重的霧霾天氣也是時有出現［2］。從2012年1月19日的中國環境監測總站的統計數據看，北京市是中國唯一“中度重污染”城市。2012年2月29日，國務院總理溫家寶主持召開國務院常務會議，同意發布新修訂的《環境空氣質量標準》，部署加強大氣污染綜合防治重點工作。新標準增設了細顆粒物（PM2．5）濃度限值，并調整了顆粒物（PM10）濃度限值，顯示了國家對霧霾治理的重視。因此，清楚了解北京市四季霧霾特征，辯證看待已經采取的措 施，認 真 分 析 還 存 在 的 不 足［3］［4］，才 能真正明確努力的方向，才能達到真正的效果。北京市也才能更好更快地成為具有藍天白云、四季飄香的首善之區。

一、北京市霧霾天氣典型特征

（一）北京市四季PM10變化特征

根據北京市環保局公布的有關PM10濃度值，繪制出2011年PM10日平均圖，見圖1。圖1縱坐標是PM10濃度值，單位是mg／m3；橫坐標為各季節3個月的天數值，各個季節的天數分別為，春季92天（2011．03～2011．05），夏季92天（2011．06～2011．08），秋季91天（2011．09～2011．11），冬季90天（2010．12～2011．02）。

圖1 2011年度北京市顆粒物濃度按季節分布趨勢圖

從圖1看到，北京市可吸入顆粒物年均濃度值范圍在0．096mg／m3～0．143mg／m3之間。春季具有幾個較高的峰值，這是由于春天較大的風沙帶來的結果；秋季雖然沒有春季的幾個沖高峰值，但也有多個不是很高的峰值，秋高氣爽是北京市最好的季節，峰值產生也是季風帶來的結果。可見，北京市春秋季節主要受外部排放源影響，主要有內蒙古、河北的風沙以及河北工業煙囪的排放。從圖1同時可以看到，北京市冬季也有幾個峰值達到較高水平，主要原因為北京市冬季供暖增加的影響；與此相應，北京市夏天有相對較低的峰值，并且風速不大的情況下，冬夏內部排放源起到主導作用，主要有數量巨大的汽車尾氣排放和眾多的基建施工工地揚塵。北京市環保局指出：“2011年大氣中可吸入顆粒物濃度突破連續三年徘徊在0．121mg／m3的狀況，降至0．114mg／m3左右，比去年同期下降5%”。但2011年12月3日，大霧籠罩整個城市，據環保局重點城市空氣質量實時發布數據，北京市可吸入顆粒物濃度達到0．437mg／m3，短時達到重度污染［3］。從中國環境監測總站的統計數據看，該日全國113個環保重點城市從“優”到“輕度污染”都有，但沒有“中度污染”，而北京市是唯一“中度重污染”。市環保監測中心該日微博表示，通州和房山PM10累計濃度最高，分別達到0．52mg／m3和0．559mg／m3。根據記錄，2011年2月21日時曾出現“重污染”，2月22日“中度重污染”，5月1日時再次出現“重污染”。

（二）北京市PM2．5變化特征

2011年12月6日美國大使館監測PM2．5瞬時值達到0．82mg／m3，造成“爆表”。再次引發對PM2．5的高度關注。如圖2和圖3所示分別為美國大使館監測的2011年12月28和12月29兩天的PM2．5濃度數據線圖。

圖2 12月28日北京市PM2．5濃度走勢圖

圖3 12月29日北京市PM2．5濃度走勢圖

從圖2可以看出，PM2．5濃度較大的兩個區段是早晨7點到8點和下午18點到20點，該時段均為上下班高峰期?？梢钥闯鼋煌üぞ哂绕涫瞧?、公交車產生的包括亞微米顆粒在內的PM2．5對環境造成了嚴重的污染。早晨7點至8點這個時間段所檢測到的空氣質量評價為惡劣，晚18點至20點空氣質量評價為有毒害。雖然評價可能有失偏頗，但也為包括亞微米在內的細顆粒的治理敲響了警鐘。

從圖3可以看出，由于12月29日北京市發生了一次大范圍的降雪，空氣中包含亞微米顆粒在內的PM2．5顆粒物整體大幅度下降。從12月29日PM2．5指數趨勢圖可以看出，早晨8點PM2．5濃度最小達到0．036mg／m3。從監測到的數據可知濃度均未超過0．15mg／m3，空氣質量得到了大幅度改善。中午左右降雪停止，PM2．5濃度逐漸增大，同樣在下午下班高峰時段達到這一天中的最高點。由此可知，降雪對于PM2．5顆粒的污染是起到一定的緩解作用的。

北京市環保局表示，可吸入顆粒物PM10包括PM2．5。也就是說，治理 PM10的同時也治理了PM2．5，PM10的年均濃度下降了，PM2．5也在下降。PM2．5主要來源之一是二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）經大氣化學反應生成的二次粒子。因此，SO2、NO2等的減少，也將降低大氣中二次粒子的生成，減少PM2．5。值得注意的是，環保局這里所說的下降是指總量的下降。

（三）北京市春節霧霾特征

2012年春節前夕，1月7日北京市環保監測中心首次公布了PM2．5的研究性數值。表1顯示的是北京市春節前后PM10和PM2．5變化情況。值得說明的是表中PM10為當日參考平均值。

表1 2012年春節前后PM10和PM2．5變化情況

圖4顯示了2012年元宵節北京市環保監測中心公布的 PM2．5的研究性示意圖［4］。

圖4 2012年元宵節北京市PM2．5的變化示意

從表1和圖4可以看出，雖然除夕、初五和元宵節燃放鞭炮造成北京市PM2．5的瞬時增高，但由于北京市這幾天處于放假狀態，從工業的鍋爐到行駛的汽車都有大幅度減少，實際上成為迄止目前2012年最好的天氣階段。而且由于放鞭炮造成的顆粒物上升的影響也很快被“消化”。

（四）北京市霧霾成因分析

據2011年11月21日《經濟參考報》“環保”板塊報道，環保部有關官員指出，大氣污染防控主要是三大污染源——煤、油和基建。一是火電、鋼鐵、水泥行業為主的煤炭消費；二是使用非清潔油品的機動車輛；三是今年以來“大上快上”的基礎設施建設造成的揚塵。有關研究表明，北京市PM2．5約60%來源于燃煤、機動車燃油、工業使用燃料等燃燒過程，23%來源于揚塵，17%來源于溶劑使用及其他。

從北京市四季氣象特點看：春季，北京市受張家口、唐山地區的重工業排放源的影響顯著；夏季，北京市夏季風力弱，氣溫高等不利于顆粒物沉降，北京市的霧霾天氣主要由自身的天氣情況造成；秋季，北京市受周圍省市排放源影響明顯；冬季，受寒潮影響頻繁，風速較大，北京市內部排放源如供暖、基建工地等，內部排放明顯增多，大氣對流造成顆粒懸浮，但又不足以攜帶擴散到北京市以外。特別是10～11月秋冬轉化季節，北京市受冷暖空氣交匯影響，極易發生大霧天氣。在這種情況下，將形成靜風、靜穩等不利氣象條件，致使大氣污染物不易擴散、容易積累，空氣質量轉差。2008年至2010年同期均出現過類似污染過程，這是華北地區多年來的特有特征。2011年10月也出現幾次不利于大氣污染物擴散的氣象條件，風速小、夜間大氣層穩定、空氣濕度上升，污染物易積累不易擴散。

從霧霾污染成分來看，環保部環境規劃院大氣部主任嚴剛曾表示，對于北京市而言，PM2．5是這兩個月空氣質量惡化的重要因子，但還有氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物在起作用。據環保部統計［5］，國內有一半的 PM2．5不是來自污染源的直接排放（一次源），而是經過十分復雜的物理和化學過程而形成（二次源）。隨著經濟社會的快速發展，以煤炭為主的能源消耗大幅攀升，機動車保有量急劇增加，經濟發達地區氮氧化物和揮發性有機物排放量顯著增長，PM2．5污染加劇。

雖然北京市環保局的結果顯示北京市PM10的水平有很大改善，同時也聲稱帶動PM2．5改善。但根據中國科學院大氣物理研究所研究員王躍思的研究表明，造成北京市霧霾的原因，除了跟PM10和PM2．5有關系，還跟包括亞微米顆粒在內的PM1的關系也很大。如果儀器測試PM2．5是70（0．07mg／m3），PM1大 約 是 66（0．066mg／m3）。也就是說，PM2．5中實際上主要還是包括亞微米顆粒在內的PM1的作用。王躍思特別指出，霾與0．4至1．0微米之間的粒子數濃度有關，即霾與單位體積空氣中0．4微米至1．0微米粒子個數相關性最高，因為這個粒徑段的細粒子對可見光的散射最強。從1998年到2010年，PM10的數據雖然持續下降，但是北京市的灰霾天數區總體在增加，主要就是因為占顆?？傮w比例的PM2．5和PM1是增加的，每年大概增加3到4倍。在PM10和總懸浮顆粒物污染還未全面解決的情況下，主要受到PM2．5和PM1等小顆粒的影響，京津冀等地區灰霾現象頻繁發生，能見度降低。正是由于各種人工排放源污染物的排放增加，使北京市大霧多發季節發生了更多的灰霾天氣，白色的大霧天氣轉變為危害性更強的灰霾天氣。

二、北京市為治理霧霾天氣已經采取的措施及存在的不足

（一）已經采取的主要措施及效果

1．堅持清潔能源發展戰略，煤煙型污染控制取得新進展。2011年北京市將鍋爐“煤改氣”（800蒸噸）工程列入了政府實事項目。

2．有力控制機動車污染排放，老舊車淘汰卓有成效。北京市制定并實施了老舊汽車淘汰更新方案，1月～11月，全市共轉出、報廢20．2萬輛。機動車排放管理中心執法人員對上路行駛機動車尾氣排放開展路檢路查，11月抽檢車輛56．14萬輛次，處罰違規車1002輛，勸返外地違規車5894輛，嚴控超標排放機動車上路。

3、優化產業結構，工業污染治理進一步深化。繼續推進20噸以下燃煤鍋爐改用清潔能源工作和繼續加強對工業排放污染的監管等控制煤煙污染，檢查了50多家燃煤鍋爐煙氣排放情況。繼首鋼搬遷后，今年北新建材完成整體搬遷，燕山石化公司完成2＃催化裂化裝置煙氣脫硫除塵工程。加強煤質和鍋爐排放監管、繼續鞏固平房“煤改電”示范區的工作，加強對經營性小煤爐、露天燒烤、露天焚燒等違法行為的執法檢查。

4、多部門齊抓共管，加大揚塵污染控制力度。為減少建筑渣土運輸車車輛帶泥土上路行駛，在全市30多家建筑工地示范安裝了轉輪式高效洗輪機，檢查了200多處工地揚塵污染情況。

5、針對10、11月重污染天氣多發的特點，市環保局和有關部門、企業已經制定了重污染天氣應急預案，并將在出現連續重污染天氣時啟動。重污染天氣應急預案主要包括：道路清掃、灑水；排放大的企業自行減排、啟動企業應急措施等，一般在連續2天出現重度污染天氣時啟動預案。

據報道［6］，截至2011年12月17日，北京市空氣質量二級和好于二級天數累計達到274天，完成了北京市政府年初確定的75%（274天）的任務，各項污染物濃度全面下降，空氣質量得到進一步改善。到2011年12月為止，一級天數72天，比去年增加22天，增長440%以上；比舉辦奧運的2008年全年還多11天，創歷史最好水平。但是，目前還只是較低水平的，距離公眾的期盼和要求還有一定差距，居民對治理PM2．5污染熱情達到新高度。2011年10月、11月為北京市霧霾天氣多發時期，不利于污染物擴散，易造成空氣質量下降。2011年10月，北京市空氣質量較往年有所下降；2011年11月，北京市空氣質量較往年有所上升。

（二）存在的不足

參照美國環保署標準，PM2．5日平均濃度低于0．015mg／m3表明空氣質量良好，對健康沒有危害；高于0．065mg／m3表明空氣質量不健康，對健康有危害。與大氣中較粗的顆粒物相比，PM2．5甚至PM1粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。因此，建立PM2．5標準是做好治理工作的基本前提。

大氣中的顆粒物有百分之四五十都來源于工業污染。本地源的排放，大約只占1／3，周邊源的傳輸也是重要來源約占1／3，化學反應過程中還要產生1／3。因此，三分之一靠北京市內部污染源的治理，三分之一靠周邊各省市的協調，共同減排。三分之一靠天氣過程。天氣過程特別不利的時候，PM2．5超標生成霾目前來講只能減弱，也是不可避免的。這是一個客觀環境條件，應該積極建立協同機制解決。

外因是條件，內因是主導。據《看天下》2011年31期中《北京市環保局、美國大使館“空”戰》一文報道：11月6日北京市環保局發布的奧運后空氣質量通報顯示，奧運后北京市空氣質量有所改善，部分污染物濃度呈逐年遞減趨勢，顆粒物污染依然嚴重，但未出現惡化。但是，“奧運一過，北京市空氣惡 化”的質疑也不是沒有道理的。因為，奧運之前為了實現藍天指標，北京市采取了工地停工，機動車單雙號限行，重污染企業搬遷或減產等一系列措施，不過現在長期保留下來的只有機動車單雙號限行。因此，工作態度上重視和積極行動是治理PM2．5的出發點和成功的保障。

治理PM2．5不是單純工作，要采取綜合治理的復合措施。環保部環境規劃院大氣部主任嚴剛建議，不僅要在動力煤洗選，以及水泥、電力和鋼鐵行業除塵，也要在施工場所揚塵及噴涂等領域，對一次性顆粒物排放進行控制，還要在“十二五”期間落實好氮氧化物、氨氮等兩項新增污染物的總量控制指標，并適時啟動對石化、汽車產業等揮發性有機物的控制，以避免上述區域形成復合大氣污染。因此，“十二五”需要對二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物和顆粒物等多種污染物造成的復合大氣污染進行協同防治。2011年末發布的《北京市“十二五”節能減排全民行動計劃》，按照計劃，北京市將在“十二五”時期率先實施機動車國V排放標準，這將更有力的控制機動車污染排放。

值得一提的是，在2012年2月29日發布的新修訂的《環境空氣質量標準》中，增設了細顆粒物（PM2．5）濃度限值，細顆粒物（PM2．5）一級和二級24小時平均濃度限值分別是0．035mg／m3和0．075mg／m3；并調整了顆粒物（PM10）濃度限值，顆粒物（PM10）一級和二級24小時平均濃度限值調整為0．05mg／m3和0．15mg／m3。但遺憾的是此標準只是與國際最低標準接軌，并且要到2016年全國才開始執行，從時間上和標準上都與國際標準有差距。

三、為治理霧霾天氣北京市應進一步努力的方向

北京市霧霾治理工作有成績，但后續任務艱巨。北京市要更好更快提前到2016達標，做好全國表率。就要本著鄧小平同志說的“三個有利于”來做好工作。即：應該主要看是否有利于發展社會主義社會的生產力，是否有利于增強社會主義國家的綜合國力，是否有利于提高人民的生活水平。要結合北京市的實際，積極貫徹落實2012年2月29日發布的《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012），治理北京市的霧霾天氣可從以下幾方面入手：

（一）繼續開展科學研究，制定達標規劃

在抓緊開展監測與公開透明信息發布的基礎上，組織力量盡快開展相關科研，摸清規律，明確排放清單和控制對策。針對北京市空氣質量改善途徑和階段目標以及相應的控制工程技術，在投入資金進行科學、系統、深入地研究PM2．5的同時，及早開展PM1的治理研究。在北京市實施更加嚴格的大氣污染物排放特別限值，強化PM2．5治理，落實到具體法人，實施一票否決制。

（二）在京津冀地區開展大氣污染聯防聯控

在此區域，建立一盤棋思想，建立國家考核指標，實施大氣污染聯防聯控。提高環境準入門檻。嚴把北京市新建項目準入關，加強北京市產業發展規劃環境影響評價。實施大氣污染防治規劃，加大產業調整力度，加快淘汰落后產能。積極推廣清潔能源，開展煤炭消費總量控制試點。制定并實施更加嚴格的火電、鋼鐵、石化等重點行業大氣污染物排放限值，大力削減二氧化硫、氮氧化物、顆粒物和揮發性有機物排放總量。實施多污染物協同控制，防止二次污染形成。

（三）切實加強機動車污染防治

在北京市采取激勵與約束并舉的經濟調節手段，加快推進車用燃油品質與機動車排放標準實施進度同步，提升車用燃油清潔化水平。在北京市提前實施第五階段排放標準。加強機動車環保監管能力建設，強化在用車環保檢驗機構監管，全面提高機動車排放控制水平。

（四）探索建立北京市轄區大氣霧霾預報系統，逐步形成風險信息研判和預警能力，進一步增強大氣污染防治科技支撐

健全極端不利氣象條件下大氣污染監測報告和預警體系。研究制定大氣污染防治預警應急預案、構建京津冀地區應急體系，出現重污染天氣時及時啟動應急機制，實行重點排放源限產限排、建筑工地停止土方作業、機動車限行等應急措施，積極向公眾提出防護措施建議。

［1］徐飛鵬，王硯．以降低PM2．5為重點打提升空氣質量攻堅戰 ［EB／OL］．http：／／www．chinanews．com／gn／2012／01-06／3584739．shtml．

［2］李海萍，王可．淺談北京空氣污染對其旅游交通的影響［J］．WTO經濟導刊，2011（6）：49－52．

［3］Yin JX，Harrison RM．Pragmatic mass closure study for PM1．0，PM2．5and PM10at roadside，urban background and rural sites［J］．Atmosphericenvironment，2008（5）：980－988．

［4］Chan CK，Yao X．Air pollution in mega cities in China［J］．Atmosphericenvironment，2008（1）：1－42．

［5］肖丹．北京環保局稱今年可吸入顆粒物濃度系十年最低［EB／OL］．http：／／news．xinhuanet．com／fortune／2011-12／18／c＿122440582．htm．

［6］北京市環境保護監測中心．PM2．5研究性監測［EB／OL］．http：／／zx．bjmemc．com．cn．

［7］趙素英，趙秀勇，劉寧微．北京秋季一次重污染天氣過程的成因分析［J］．氣象與環境學報，2010（5）：13－16．

［8］胡友彪，朱正國．北京市空氣質量時間變化特點分析［J］．北方環境，2010（2）：64－67．

F205；X32

A

1008-2603（2012）02-0012-05

2012-02-28

周濤，男，華北電力大學核熱工安全與標準化研究所教授；汝小龍，男，華北電力大學核熱工安全與標準化研究所碩士研究生。

李瀟雨）