京城雾霾探源

钱炜

今年入冬以来，频频出现的雾霾天气，骤然提高了人们对北京空气质量问题的焦虑。

“按照北京现在的排放水平，如果遇到持续三天的大雾，空气质量就会不达标，持续五天，就会发生重度污染。” 中国工程院院士、清华大学环境系教授郝吉明说。从上世纪90年代开始就研究北京空气污染的郝吉明，也是目前环保部正在修订的《空气质量标准》新方案的定稿人。

大雾背后，是大气的“逆温现象”在作祟。实际上，不仅仅是雾天，只要是无风的静稳天气，北京的空气质量就会恶化。在正常情况下，大气层上冷下热，由于热胀冷缩，冷的大气层要比热的大气层重。“头重脚轻”的空气容易发生垂直对流，靠近地面的污染物就随着对流的空气扩散到高处而被稀释。但有时，大气层变得下冷上热，这就称为“逆温”。逆温的空气“头轻脚重”，非常稳定，垂直对流无法发生，污染物则难以扩散。

在逆温时，靠近地面的大气中水蒸汽易凝结成雾，因此，逆温天常有雾发生，而大雾又导致空气污染加重，形成雾与霾的混合体。因此，雾本身没有原罪，雾并不代表着脏的空气。真正可恶的是霾，也就是那些悬浮在大气中的大大小小的颗粒物。根据大小的不同，这些小粒子被分为PM10和PM2.5——分别代表动力学直径小于10微米和小于2.5微米的颗粒物——从定义可以看出，后者是前者的一部分。

在人口密集、排放量大的城市，雾与霾往往是亲密的一对，难以区分。在中国，雾霾天已成为东部城市空气污染的突出问题，特别是在珠三角、长三角和京津冀地区。

机动车排放的细颗粒最易吸入体内

在现有的空气质量报告中，PM10一直是北京大气中的首要污染物，而实际上，真正的罪魁祸首是其中占70%的PM2.5，这个比例高过了世界平均50%的水平。随着雾霾天气频繁地袭来，PM2.5也迅速从专业领域进入公众视野，12月13日它入选了新华社最新出炉的年度热词。

出于对自己生活环境的关心，北京市民马力拿着移动PM2.5监测设备测过自家车尾气中PM2.5的含量。当时周围大气环境浓度是36微克/立方米，被测的是一辆欧Ⅲ排放标准的马自达2.0轿车。在汽车处于怠速状态10分钟时，排气管附近PM2.5的平均浓度是214微克/立方米，而在空挡踩油门、发动机转速达到2500转时，马力吃惊地发现，这一数值竟在瞬间达到了1095微克/立方米！

“如果是在比较通畅的道路上正常行驶，汽车排放的PM2.5不会这么高。但在怠速、突然加速或减速的时候，汽车的排放量会高很多。这就是说，交通拥堵会带来更多的PM2.5。”清华大学环境学院教授贺克斌解释说，世界上很多大城市的空气污染往往以一种类型为主，要么是煤烟型，要么是由汽车尾气所造成，而北京却很难说哪一种污染占绝对优势，属于机动车与燃煤复合污染。

通常，PM2.5有三大来源：工业生产、燃煤和机动车。北京从1990年代后期就开始采取一系列治理措施。其中，工业污染的治理力度空前大，位于CBD附近的北京焦化厂与京西地区的首钢相继搬迁，使北京城区已经几乎不存在大的工业污染源。

但在燃煤的控制上，效果却并不如意。近10年以来，北京的燃煤总量一直保持在3000万吨上下，不增不减。对此，郝吉明解释说，“虽然五环路以内所有的锅炉都不烧煤了，但北京城区却一直在扩张，整个供暖面积在不断扩大，这是燃煤总量上不去也下不来的原因。‘十二五期间，北京市打算使年燃煤总量从3000万吨削减到2000万吨，但是考虑到经济仍以每年两位数的速度增长，实现这个目标的难度非常大。”

机动车排放控制，则面临更大压力：2008年，北京市有350万辆机动车，到今年，已突破500万辆。“尽管有限行措施，目前每天北京上路的机动车仍有200多万辆，再加上拥堵日益严重，机动车尾气成了PM2.5的重要来源。”贺克斌说。

机动车排放的几乎全是细颗粒，主要为氮氧化物与挥发性有机物，这些颗粒物在空气中和其他污染物发生化学反应，生成二次颗粒物，造成二次污染。据贺克斌估算，机动车尾气对北京城区PM2.5浓度的“贡献率”在25%～30%之间。

“这个比例看起来不是很高，但机动车的排放在离地面半米距离内，也就是在人的呼吸带范围内，因此与人体健康有更密切的关系。而且，这个比例还处于上升趋势。”贺克斌说。

“北京从1999年开始的空气污染治理行动，在刚开始时效果显著，未来治理的难度则越来越大，成效恐怕不会那么明显。”贺克斌坦承，原因很简单，控制大的工业污染源相对容易，而一旦涉及到个人的行为，就难以监管。

尽管如此，机动车造成的污染也并非不能解决。美国纽约有800万辆机动车，比北京还多，但是中心城区曼哈顿的车辆密度没有北京这么高，空气质量也比北京好。很多在曼哈顿上班的人们，先是开车到公交地铁站，把车停在旁边的停车场，再换乘公共交通去上班。很少有人会把车开到自己办公室的楼下，这样的出行习惯跟北京就有很大不同。但北京面临的问题是，公共交通系统还不够发达，公交与地铁的衔接也不是很方便，但这些问题的解决已经超出环保部门本身的能力。

贺克斌的团队注意到一个奇怪现象：如果给北京一天之内的PM2.5浓度画一条曲线，那么在夜里3点左右，这个按理说污染最低的时候，这条曲线却出现了一个峰值。通过研究，他们才发现，这是过境车辆，尤其是轻型、重型柴油车对北京空气污染的“贡献”。

北京在全国率先实行了汽油车“国IV”的排放标准，而全国大多数地方的汽油车还是“国III”标准。更要命的是柴油车，贺克斌说，由于符合排放标准的柴油迟迟不能供应，导致柴油车的“国Ⅳ”标准一直不能实施。相比之下，欧洲已经开始实施欧Ⅵ标准。此外，汽油的含硫量也一直没有降下去，对二氧化硫的减排也带来困难。贺克斌说，油品问题是控制机动车排放的老大难，但这涉及到石油行业的其他问题，已远非环保部门所能控制。

保定的PM2.5一天就飘到北京

2005年，北京大学环境学院教授朱彤担任了一个科研项目的技术组组长。这个题为“北京与周边地区大气污染物输送、转化及北京市空气质量目标研究”的项目不仅名称特别长，而且操作上也是大手笔。当时，整个北京乃至华北地区都变成了他们的一个巨大的实验场，课题组甚至动用了直升飞机，在从天津飞到北京的空中采集样本，一路追踪污染物在大气中的扩散途径。朱彤回忆说，“这样规模的研究如今已经难以复制。”

飞机掠过的华北平原，在发展上有着明显的不平衡。北京，这个国际化大都市处于落后的中小型工业城市的层层包围之中，它周边的许多地区终日笼罩着烟尘。以河北保定为例，这个位于北京以南约150公里的地级市，其辖区内有众多的钢铁、水泥、化纤、发电等工业设施。当南风吹起时，保定地区大气中的PM2.5随着气流一天之后就可到达北京上空。

与PM10相比，PM2.5由于体积小得多，因而可以在空气中飘浮数周，更善于“漫游”到远方。朱彤去年5月发表在《柳叶刀》杂志上的一篇文章写道，“卫星观测显示，亚洲排放的尘埃可以在两三周内越过太平洋落在美国的土地上。”

经过3年的研究，朱彤的研究团队得出结论，在特定的气象条件下，周边地区对北京空气污染的贡献率高达30%～60%。正是基于这一结论，2008年奥运会期间，在中央政府的协调下采取了华北五省（市）区域空气污染联动控制措施。

“如果今天的空气污染数值较高，那不用看天气预报就可以知道，八成又起南风了。”朱彤说，专家们曾做过计算，一年之中，北京平均有20%的天气条件都不利于污染物的扩散。

地形也是造成这一种局面的重要因素。由于北京的“簸箕”状地形——三面环山，只有南面一马平川，并聚集较多的工业区。因此，当南风吹起时，“不管是东南风还是西南风”，南部地区的污染物都将随着气流到达北京，并累积在北部的山前，不易扩散出去。也由于这个原因，北京市南部地区的空气质量也长期比北部差。

由于北京本地一直在采取较严格的减排措施，周边地区对北京空气污染的影响就愈加凸显。这从北京夏冬两季的空气质量差别就能看出：一年中，北京冬季的空气质量要比夏季差一些，但北京本地的污染源情况并没有随季节有太大变化。实际上，北京五环以内的锅炉都改成了天然气，但是五环以外乃至整个华北平原，冬季供暖仍以燃煤为主，而且大多数没有安装除尘过滤装置。这些锅炉产生的细颗粒物，终日像不散的游魂一样，飘荡在整个华北平原的上空，直接影响到北京的空气质量。

早在上世纪90年代，中国工程院院士任阵海经过研究就发现，山西省的大气污染会越过太行山脉影响到北京。尽管如此，要想采取跨省的空气污染控制措施，会牵涉到多方利益，所以并非易事。为此，中外科学家联合开展了朱彤所参与的那个大型实验项目，以便用更严谨的科学结论来说服高层下决心，并最终在奥运会前启动了由山西、山东、河北、内蒙古和天津这五个省（市、区）共同参与的空气污染治理区域联动。

“实际上，北京奥运会、上海世博会和广州亚运会期间，都采取了控制大气污染的区域联合措施，并取得了良好的效果。从这些经验出发，国家将在区域联动方面建立长效机制。”贺克斌透露说，以PM2.5为目标，一个“三区九群”的区域联动方案将于明年6月出台。其中，“三区”指京津冀、长三角与珠三角地区；“九群”指辽宁中部城市群、山东半岛、武汉及其周边、长株潭、成渝、海峡西岸、陕西关中、山西中北部和乌鲁木齐城市群。但“三区九群”合作的紧密程度，可能很难达到奥运会和世博会期间那样的力度。