雾霾产生的三个主要原因,雾霾的危害和治理措施

本文刊载于《三联生活周刊》2020年第9期，原文标题《疫情期间，雾霾因何而起？》，严禁私自转载，侵权必究

春节至今，京津冀及周边区域几度出现重度雾霾的情况。由于疫情防控等原因，外出的人少了，机动车量明显降低，工厂也大多停产，让人不禁疑惑：雾霾到底因何而来？ 这也相当于一次控制变量的大气污染试验：污染物的排放中，哪些变了、哪些没有变？雾霾防治方向是否需要重新思考？

记者/严岩

燃煤依然是污染重头。图为山西某地的燃煤发电厂

尾气排放是背锅侠吗？

钱兴是湖南人，每年春节都一路从北京开车回老家。今年突发新冠疫情，他大年初三就从湖南返京，路过河北的时候下车加油，一停车就闻到了空气中的酸味儿。“我就纳闷了，这一路上车辆可比过去少多了，汽车尾气排放不是说对雾霾影响很大吗？”钱兴的困惑并不鲜见：是不是这么多年机动车尾气排放成了大气污染源的背锅侠？

特殊时期，到底谁是京津冀地区雾霾的罪魁祸首？交通运输部规划研究院环境所所长徐洪磊指出，春节期间的京津冀及周边地区，公路货车和客车流量较平时分别下降了77%和39%，这是此次雾霾问题中的一个减少的“变量”。

但是，造成大气污染的另外两大因素——采暖和工业，依然在发挥作用。清华大学环境学院院长贺克斌指出，由于大量务工人员回乡，居民采暖需求增长，虽然部分农村已经完成了煤改气煤改电，但还有1000多万户用煤取暖，一吨散煤燃烧排放的污染物相当于电厂燃煤排放污染物的15倍以上。今年春节到日前与去年同时段相比，农村地区衡量燃煤量的CO浓度增加了10%以上。另外是工业，贺克斌指出，工厂停工歇业主要集中在加工业和轻工业，而高污染、高能耗的资源型行业，比如火力发电、钢铁等工厂则依然常年运转，没有停工复工一说。“从污染物在线监测数据看，初一到十五期间，火力和钢铁行业污染物排放量较节前下降约10%左右，焦化、石化、玻璃、有色等行业无明显变化趋势。”

中科院大气物理所的研究员王跃思是国家“大气灰霾溯源”项目组报告的执笔人，他对本刊提到了今年“春节”碰上“疫情”两个时间段的特殊性——罕见地替大气污染的研究者做了一个控制变量的试验——“在机动车的数量显著减少的情况下，北京及周边地区居然还能达到重度污染的情况。这个控制变量的试验结论是，即便把机动车量减没了，污染问题也不能完全解决，因而要加大其他污染排放的管控”。

“但这并不意味着可以推导出，大气污染与机动车的尾气排放没有关系。就北京地区来说，机动车的尾气排放一直是北京最重要的污染源。”王跃思强调。

根据生态环境部监测站点数据分析，京津冀及周边城市自春节到正月十五，二氧化氮（NO2）浓度同比下降30%左右。但2月10日和11日，随着复工复产，城市内交通流量又开始明显增加。北京市PM2.5组分监测显示硝酸盐占比大幅上升，而硝酸盐正是抬升PM2.5浓度的主要因子。

一般情况下，人们对雾霾的感知来源于视觉。视野范围内的能见度变低，尤其是高楼的轮廓在烟雾的笼罩下显得模糊不清时，“霾来了”就会成为一个自动的联想。那么，到底什么形成了“霾”？首先，视野范围内能见度的变化，主要是由于大气中颗粒物“作怪”所致。而空气中的多种微小颗粒物以及硫酸、硝酸、含氮化合物等化学物质组成的气溶胶系统便是“霾”这一大气现象的组成部分。

我们比较熟悉的PM2.5是雾霾的主要成分，是指直径小于或等于2.5微米的细颗粒物，实际上，细颗粒物的化学成分还包括硝酸盐、硫酸盐、铵盐等。“一般情况下，北京市大气中硝酸盐的指标变高，通常就是和机动车尾气排放有关。”王跃思说。

在大气污染治理中，机动车的尾气排放被称为“移动污染源”。北京理工大学机械与车辆学院葛蕴珊参与了“国六”标准及不少重要移动源排放标准的制修订工作，他告诉本刊，“一说到尾气排放，大家容易想到柴油车后面冒的那种讨人厌的黑烟，但实际上现在大多数新生产的柴油车都会装有颗粒捕集器，这也是柴油车尾气排放达到标准的必备技术之一，我们常说给柴油车‘戴一口罩’。未来，正常工作的柴油车后面排气冒黑烟的情况，就不太可能继续存在了”。

但这并不意味着，机动车尾气排放的管理得到了大幅改善。葛蕴珊补充，“现在出现的新问题是汽油车，也就是普通人开的乘用车。为了进一步降低油耗指标，现在比较流行的是缸内直喷增压（GDI）技术。与传统汽油车相比，会导致排放更多数量的细小颗粒物，也就是会明显增加排放颗粒物的数量（PN排放），这类颗粒物粒径在200纳米以下，虽然我们一般看不到汽油车的黑烟排放，但这些数量巨大的细小颗粒物对大气中的PM2.5有重要作用，所以‘国六’排放标准中加强了对颗粒物指标的管控要求”。

关于机动车的技术不断迭代，对机动车排放污染物的管理要求也不断提高。“移动的污染源相比固定源的管控要难一些，比如大型工厂的烟囱，每一个烟囱国家都有国控点在监控，排出的污染物的量掌握得比较准确。但移动源就很难管控，每辆车的活动水平、活动范围相差很大，单车的排放水平可能也相差很大。比如说五年前买的车是‘国三’标准的车，随着使用年限的增加，车老化了，排的污染物也会越来越多，但不可能采取强制措施要求大家立马淘汰旧车换新车吧。话说回来，汽车尾气排放与大气污染肯定有关系，究竟占到多大的比重，在不同城市、不同季节甚至在一天24小时之内都是变化的。”葛蕴珊说。

王跃思指出，“机动车是北京地区最重要的污染源。只是今年春节至疫情发展期间，机动车尾气排放不是造成重度污染的主因。但是，如果一般的污染物排放足以造成重度污染，也就是PM2.5浓度高达150微克/立方米以上，那么再叠加机动车尾气排放污染的话，就可能直接上300微克了”。王跃思的判断与大气污染的综合防治有关——大气污染物不可全部集中起来进行统一处理，只靠单项治理措施、单一城市的防治管理，是无法解决区域问题。

因而，在大气污染的防治过程中，环境生态部门提出了“2 26”城市这一概念。“2 26”城市以北京和天津为中心，外加周边700公里半径内的4省所辖26个地级市。这个概念还有另外一个名称，叫作“京津冀大气污染传输通道”——研究员通过分析近10年的气象观测数据，京津冀及周边“2 26”城市若处于相同的大气流场时，这些城市会同步处于不利的气象条件。王跃思说：“所谓通道，是指污染源所在位置跟气流走向结合起来的一个概念。污染来源要一分为二，一个是城市自己排放的；另一个则受区域影响上风向传输过来的。比如刮东南风的时候，天津重化工企业的污染物跟河北东部钢铁厂的污染会一同跑到北京来。虽然北京的主要污染源是机动车的尾气排放，但受到周边工业燃煤的影响，环境颗粒物中硫酸盐的比例就会快速提升，而北京本地不会产生如此大量的硫酸盐”。

燃煤依然是污染重头

马诚诚是河北唐山人，他很肯定地告诉我：“不要以为受疫情影响，工厂都会停工，我家这儿的炼钢厂就没有停过。”

这些年，中国的钢铁年产量从2014年的8亿吨，涨到2018年底突破9亿吨，占到世界钢产量的50%，而河北地区的产钢量据说就占到了全国的一半。

在马诚诚的印象里，每次回家，遇上云雾天的次数就特别多，而钢铁厂的烟囱冒出的浓烟，以至于稍远一点的山头就看不出轮廓，厂家通常都需要在公路上反复洒水，这样才能勉强不让工业烟尘干扰交通。根据中钢协的统计，2020年1月，全国日产粗钢267.16万吨，环比增长0.56%。

炼钢炼铁厂没停工的判断，马诚诚靠经验，王跃思则凭卫星地图。“河北东部、天津南部和北京的东南角，在卫星遥感二氧化氮柱总量分布图上总显示出是一个红色的点，红色就意味着点源排放。其实春节以来，不仅仅是钢铁企业没有停工，其他重工业也都在加班加点。众所周知，钢厂和药厂是河北的支柱产业，重化工集中在天津南部，而北京市仅存的一点工业制造均集中在北京东南地区。这些工厂往往都有不可间断的工序，因而需要24小时倒班、全年运转。这些污染源在晴天的情况下就会被卫星探测的一览无余”。

炼钢厂的原材料就是铁矿、煤、炭等。平安证券2019年12月发布《钢铁行业原料专题系列报告》，仅钢铁行业耗煤量近几年稳中有升，每年商品煤耗煤量占全部行业耗煤量15%以上。燃煤产生的二氧化硫，便是王跃思口中的“硫酸盐”主要来源。

不仅如此，我国目前电力生产主要靠火力发电，而火电厂也得靠燃煤生产电能。“春节期间也是环保管理比较松的时候，虽然工厂都会有污染排放管理的设备，比如脱硫、脱硝、除尘设备，但关键是有没有开。如果开了，是否正常运转？如果坏了，到底修没修？我去工厂调研的时候，这些工厂所有关键生产所需的设备都有维修备件，但唯独环保设施没有，在生产不能停的情况下，一旦环保设备发生低效或是故障，污染排放立刻就超标了。秋冬季节华北地区造成大气污染的主因，科学界目前也有一个共识，其中之一就是相对于较低的大气容量，污染物的排放量依然过大，而这些污染物中至少70%是由化石燃料燃烧产生的。”王跃思说。

除了重工业的燃煤，冬季采暖也依然主要靠燃煤。重工业的工厂至少是集中燃烧，更糟糕的污染物排放则来源于“散煤燃烧”。所谓散煤，是一种小锅炉、家庭取暖、餐饮用煤中广泛使用的民用煤。据初步测算，一吨散煤燃烧排放的污染物相当于电厂燃煤排放污染物的15倍以上。

自2017年推行的煤改气政策，背后驱动力就是针对散煤的治理。据专家对煤炭和天然气在相同能耗下排放污染物量的对比分析，两者排放灰粉的比例为148∶1，排放二氧化硫比为700∶1，排放氮氧化合物比为29∶1。不过，需求陡增，供应端却明显不足，仅2017年国内天然气产销缺口达到1099亿立方米。“这些地方发生限气的重要原因之一就是中国天然气储气库不足，大量依赖进口。很多地方政府确实努力在推行煤改气，管道都建在那儿了，就是供应不了气。”王跃思告诉本刊。自此，中国明显增加天然气基础设施建设，一边寻找新的气源，甚至还开辟了海上北极航线，从俄罗斯北极圈气田运气回国。

短期来看，政府试图通过强大的执行推力去改变北方的能源结构。但长期来看，即使天然气能够解决供应问题，其高昂价格也未必是普通农户承受得起的。“天然气的价格基本上是煤价的3倍左右。”曾在中石油工作的王晓伟告诉本刊，“除了气源不足，农村地区天然气的管网设施也不完善，利用率低，燃气企业需要在前期大量投入用来升级能源消费设备，比如更换智能燃气表。即便目前地方政府有补贴，但由于价格管控，目前市场上天然气的价格还低于进口的天然气价格。所以供暖季对于天然气的需求越多，亏损就越大。”迫于天然气供应的压力，生态环境部也相应放宽了限制，允许改造没有完工的地区继续沿用过去的燃煤取暖。

截至2018年底，京津冀及周边地区、汾渭平原农村地区完成散煤治理1000万户左右。今年采暖季前，各地预计完成约700万户，总数将达到1700万户左右，但依然有1000多万户用煤取暖。贺克斌指出：由于春节期间，大量务工人员回乡，居民采暖需求增长，今年春节到日前与去年同时段相比，农村地区衡量燃煤量的CO浓度增加了10%以上。而这些，都构成了2月中旬华北地区重度污染的源头。

不利气象作怪

2月13日，北京PM2.5浓度为197微克/立方米，到了2月15日就降到了6微克/立方米——短短几天内，PM2.5的数字经历了一番“过山车”的涨跌。如果前述的所有变量都没有变，机动车依然少，工业和采暖都照常排放，到底是什么变了？

生态环境部环境规划院大气环境部研究员雷宇表示：气象条件变了，大气环境容量也变了。

就这两天而言，北京大气容量的差异高达30倍以上。大气环境容量是一个动态的概念，是一个城市、一个区域空气质量达标时，最大能容纳各种大气污染物的排放量，其大小会因气候、气象条件等因素影响而动态变化。同样的排放量，碰上气象条件非常不利，PM2.5浓度就会很高；如果气象条件比较有利，PM2.5浓度就会很低。

另一方面，气象条件对大气污染过程的影响程度，远超过普通人的直观感受。“在一个好的气候条件下，污染物可以随着气流输送到其他地方，而逆温层则会抑制对流的产生。逆温层的出现和静稳气象条件极不利于污染物扩散。”中国环境科学研究院研究员岳欣告诉本刊。而历史上，1952年的伦敦煤烟雾事件，就与逆温“作怪”有关。

对流层中，气温一般随高度增加而降低，但由于气候和地形条件影响，有时会出现气温随高度增加而升高的现象，这便是逆温现象。逆温鲜见于夏季，原因是夏天的时候，近地面温度较高、上层空气较冷，形成“下暖上冷”的温度分布，底层的热气流会抬高、上升，则有利于污染物的垂直扩散。

岳欣曾去山西晋城做调研，用激光雷达观测时，他清晰地看到了逆温层的变化。“你可以把逆温层理解为一个盖子，这个盖子有时候高到1000米以上，有时候低到100米。盖子之下，是那些无法扩散出去的污染物。”岳欣说，“盖子越低，同一区域污染物积聚的浓度便是几倍的差距。”一般情况下，若污染物浓度过高，甚至不需要辅助的设备，人们用肉眼就能看到逆温层的存在。“之前也有人在爬香山的时候看到了逆温层，就是一个糊在天际的盖子，一层偏棕色的过渡色。”岳欣回忆。

与此同时，华北地区的地形也会使重度污染雪上加霜。由于华北平原三面环山，凡遇偏南风，南部区域的污染物会在风力的作用下，向北输送，甚至堆积在山脚下，重污染便跑不掉。岳欣表示，“如果没有污染物的排放量，偏南风的输送结果就会形成雾。所以，此次持续数日的重度雾霾天气，正是污染物排放量依然巨大，叠加不利的气象条件导致的结果”。

但这并不意味着“污染只能靠风吹”，在等待气象条件转变之外，我们有很多事情可做。“现在重度污染天气是可以提前预报的，管理部门就应该提前把那些重度污染源头关掉或做升级管理，做好提前减排的工作，普通人可以做的就是少开车。这样的话，即便极度不利气象条件确实如约而至，但工业点源污染排放减少了，本地机动车尾气排放也少了，整体情况就会好很多。当然，各种条件都满足的情况是比较理想的，大气污染的治理还是一个长期艰苦的事情。”王跃思说。

在对此次疫情期间雾霾成因的追寻中，一些“不变的量”也为研究者提供了一些纵向思路。王跃思说：“近年来我国PM2.5浓度持续快速下降，到2019年全国337个城市PM2.5平均浓度下降到36微克/立方米，53%的城市达到了PM2.5年均浓度标准。总的来说，我们对于大气污染的研究方向不会改变，但是研究的层次在逐渐加深。”