科学理性认识我国的雾霾问题

2014.03.16 08:00

来源： 《求是》     期号： 2014/06     作者： 贺　泓　江桂斌

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随着经济社会发展和城市化进程的加速，我国中东部大气复合污染的态势日益严峻，突出表现在京津冀、长三角和珠三角等城市群区域重度雾霾现象频发。对此，党中央、国务院高度重视，出台一系列政策措施，采取一系列有效行动，着力改善环境空气质量，切实保障人民群众身体健康。我们要认真贯彻落实国务院常务会议审议通过的《大气污染防治行动计划》，力争用5年或更长时间，逐步消除重污染天气，全国空气质量明显改善。要客观理性看待现阶段的雾霾问题，既要看到防治工作十分紧迫，又要深刻认识大气污染防治的长期性、艰巨性、复杂性。

一、科学认识雾霾及其危害

雾，是接近地面的空气因气温下降水蒸气凝结而成的悬浮的微小水滴；霾，是大量极细微的干尘颗粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍浑浊现象，也称灰霾。在气象学上，雾和霾的判识标准为：相对湿度小于80%时为霾；相对湿度大于90%时为雾；相对湿度在80%—90%之间时为雾和霾的混合物，其中雾和霾的程度要按照大气细颗粒物PM2.5和PM1.0（指空气动力学直径分别小于2.5和1.0微米的细颗粒）的浓度来判识。值得指出的是，雾本来是一种自然现象，但是在污染导致大气细颗粒物增多的情况下，即使气象上判识为“雾”，也不再是完全的自然现象，而是有细颗粒物附着的微小水滴。PM2.5的来源可分为一次源（直接排放）和二次源（二次生成）。一次源又可分为自然排放源和人为排放源。其中，自然排放源包括风扬尘土、火山灰、森林火灾、海浪飞沫、生物来源等。人为排放源包括工业粉尘、机动车尾气颗粒物、道路扬尘、建筑施工扬尘、厨房烟气等。PM2.5的二次生成是指排放到大气中的气态污染物通过多种化学物理过程产生的二次细颗粒物。人类活动排放的大量气态污染物如SO2、NOx、NH3、挥发性有机污染物（VOCs）等，都能在大气中被氧化产生硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二次有机气溶胶（SOA）。这些新生成的细颗粒物是大气中PM2.5的重要来源。全球范围内，二次颗粒物贡献率在20%—80%之间，在我国中东部地区常常高达60%，在成霾时往往二次颗粒物所占比例更高。

无论一次还是二次颗粒物，在大气中都会经历一个吸湿增长、增重增容的过程，这和当时的污染状况及气象条件有关。灰霾形成是内外因共同作用的结果。外因是出现以水平静风和垂直逆温为特征的不利气象条件，而内因则是大气中的细颗粒物及其前体污染物的浓度大大超过了由当地天气、地形等因素所决定的环境容量。自然气象条件的外因难以控制，大气污染是雾霾形成的真正内因。

在健康效应方面，直径小于10微米的颗粒物（PM10）会被人体吸入，进入人体组织，从而造成健康风险。世界卫生组织下属国际癌症研究机构（IARC）2013年10月发布报告，把大气污染物中可吸入颗粒物归为一类致癌物质。

二、发达国家大气污染治理经验

大气灰霾并不是我国特有的现象，历史上西方发达国家在城市化快速发展阶段曾出现过严重的大气污染事件。伦敦烟雾事件的直接原因是燃煤产生的SO2和粉尘污染，间接原因是开始于1952年12月4日的逆温层所造成的大气污染物蓄积。针对频发的伦敦烟雾事件，英国政府于1956年颁布了《清洁空气法案》，严格限制在城区使用煤炭。随着北海油气田的开发，英国逐渐改变了能源结构，大大降低了对煤炭的依赖。到上世纪70年代中期，伦敦雾霾天气已经很少出现，摆脱了“雾都”的称号。

洛杉矶在上世纪30—40年代就拥有超过200万辆汽车，还有石油化工等工业排放源。洛杉矶的地势和空气扩散条件与北京相似，都不利于大气污染物的扩散。洛杉矶光化学烟雾，是汽车、工厂等排出的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，一次污染物和二次污染物的混合物形成有刺激性的烟雾污染现象。1955年，美国国会通过了《空气污染控制法》，1963年再次通过更全面的空气质量管理办法，并且根据不同地区的地形和气象特点来制定不同的空气参数指标，加利福尼亚州制定了当时世界上最严格的机动车排放法规。随着一系列措施的逐步实施，洛杉矶光化学烟雾终于在上世纪80年代以后得到很大缓解。

日本也经历了先污染后治理的过程。上世纪50年代，日本空气污染事件频发，著名的有四日市哮喘事件。1968年日本颁布大气污染防治法，1970年首次制定大气环境质量标准，促进了企业节能减排和产业升级。上世纪70年代后期，随着城市化进程加快和汽车保有量的快速增加，日本大气污染控制的重点从工业污染转向城市汽车尾气污染，通过制定相应标准、研发控制技术，在很大程度上减轻了汽车尾气污染。日本至今在工业烟气除尘、脱硫、脱硝和汽车尾气净化技术方面居于世界先进地位。

三、我国大气污染治理历程

我国政府历来十分重视大气污染的治理。早在上世纪70年代，就展开了对酸雨问题的研究和治理。在第七、第八个“五年计划”中，国家都将酸雨列为重点课题，研究揭示其形成机制，建立起酸沉降控制技术评价与筛选的原则、方法和指标体系，及基于硫沉降临界负荷的控制规划和对策，在大气污染物输送过程的研究方面也积累了一定实践经验和理论成果。在此基础上，我国政府于1987年制定并在1995年修订了《大气污染防治法》，提出了污染排放控制的相关办法，尤其是针对SO2排放的燃煤过程制定了总量控制的管理办法。与之相应的烟气脱硫技术和工艺也得到了长足发展和广泛应用，SO2排放总量从2007年起呈下降趋势，有效控制了酸雨污染形势。

我国城市大气污染虽受以煤炭为主的能源结构的制约，早期呈现出明显的煤烟型污染特征，但是随着汽车拥有量的激增，大城市NOx污染逐渐加重，光化学烟雾现象开始出现。早在上世纪70年代末，兰州地区就发现了由于当地地形和特殊的产业结构导致的光化学烟雾，随即开展了大气物理和大气化学的综合研究。随后，北京、上海、广州等大城市也有光化学烟雾发生的报道。因此，我国政府于2000年再次对《大气污染防治法》进行了修订，将机动车排放污染的防治纳入法规管理的范围，随后又对机动车的排放标准做出多次调整。在燃煤烟气净化方面，近期又进一步加严工业烟气排放标准，在基本普及烟气除尘脱硫的基础上，新建电厂全面推广烟气脱硝技术。这些措施取得了显著成效，我国单位国内生产总值能耗和污染物排放明显下降，大气中可吸入颗粒物（PM10）也呈明显下降趋势。

但是，我国经济社会高速发展在很大程度上抵消了我们在污染控制方面取得的成果。一些污染物，如NOx、VOCs，虽然单位国内生产总值的排放强度显著下降，但是其排放总量在“十一五”期间反而出现了上升。在此情况下，虽然SO2和颗粒物排放总量已开始下降，但我国大气污染日益呈现重度复合污染（由煤烟型污染与机动车尾气污染及其他污染相叠加）的态势。我国大气复合污染的重要特征包括大气氧化性增强和二次生成的细颗粒物浓度增加。后者即是导致灰霾产生的直接原因。

四、我国灰霾问题研究和防治现状

西方发达国家大气污染一般都经历了以SO2等为主的工业源型和以NOx等为主的城市汽车尾气型大气污染阶段，具有明显的阶段性特征，没有经历过我国所面临的新老问题集中爆发的状况。我国燃煤—机动车—工业排放多类型污染、高负荷共存的重度复合大气污染类型，属于混合污染类型，是发达国家没有经历过的新情况，因此目前我国大气污染防治尚无直接的国际经验可借鉴。大气污染防治要从中国国情出发。政府既要有治理雾霾的决心和行动，又要给社会合理的预期。

我国针对区域大气复合污染的关键科学问题开展了积极探索，通过大规模的外场综合观测实验、实验室可控条件下的机理研究和空气质量模型的数值模拟，初步掌握了京津冀、长三角和珠三角城市群区域大气复合污染的状况和特征的演变规律，对国家大气污染控制提供了科技支撑。但是，我国目前对于生成致霾二次颗粒物的主要前体污染物的关键化学机制还不十分清楚。因排放模式和污染水平的差异，我国不同区域灰霾形成关键污染物和化学机制是否存在差异亟待研究。由此也造成基于外场观测的源解析结果存在较大的不确定性。针对这些问题，科技部和环保部在2012年7月联合发布了《蓝天科技工程“十二五”专项规划》并付诸实施；中国科学院2012年9月启动了科技先导性专项《大气灰霾追因与控制》；环保部2013年9月启动了《清洁空气研究计划》。以上研究计划和专项各有侧重、彼此衔接。

准确全面认识我国不同区域大气灰霾污染的形成和演变规律，是制定灰霾污染防治措施的基础。在我国的重度复合大气污染中，大气氧化性增强，促进了SO2和NOx等酸性气体向硫酸盐、硝酸盐的快速转化，也促使挥发性有机物（VOCs）向二次有机气溶胶（SOA）的转化，造成灰霾状况频发。我国的大气复合污染导致的环境容量下降很大程度上抵消了我们长期以来取得的大气污染控制成绩，对控制大气灰霾提出了前所未有的挑战。同时，因为中东部城市规模大、人口密度高、能源消耗强度高，我国对大气污染物排放的控制，应该制定比发达国家更为严格的环保标准，并加强执法力度，督查企业等责任主体严格遵守。根据现阶段的污染特点，应首先做好机动车尾气污染控制；切实做好燃煤烟气脱硫脱硝工作；对于工业废气污染控制，应该加快立法和新技术研发；农业区应加强NH3排放的控制，严控秸秆燃烧。

我国解决大气污染的根本出路在于加强环境立法，将清洁空气行动纳入国民经济和社会发展规划；合理规划能源结构，大力实施节能减排，稳妥推进新能源利用，逐步减少煤炭、石油等传统能源的使用，增加清洁能源和新能源的比重；合理规划产业布局，促进产业升级，淘汰落后产能，发展环保产业，转变经济增长方式，真正实现可持续发展。

（作者：贺　泓，中国科学院生态环境研究中心研究员；江桂斌，中国科学院生态环境研究中心主任、中国科学院院士）