北京市雾霾天气成因及治理措施研究

周 涛，汝小龙

（华北电力大学 核热工安全与标准化研究所，北京 102206）

北京市雾霾天气成因及治理措施研究

周 涛，汝小龙

（华北电力大学 核热工安全与标准化研究所，北京 102206）

在过去的2011年，北京市的PM10虽然降低到近3年最低的0．114mg／m3左右，但也多次出现“重污染”日子。并且，受到周围省份影响，北京市去年春季多次出现PM10峰值。一天之中，PM2．5浓度较大的两个区段是早晨7点到8点和下午18点到20点，该时段均为上下班高峰期，表明移动排放源已经成为北京市城市污染重要源头。除春节因短暂放鞭炮使PM2．5浓度有显著增大外，休假中的北京市细颗粒浓度降到最低，说明人们的活动对细颗粒的主导作用。因此，要积极开展前沿科学PM2．5及PM1研究，制定严格达标规划；在京津冀地区开展大气污染联防联控，信息公开透明；实施“一票否决制”；提高环境准入门槛；切实加强机动车污染防治；健全极端不利气象条件下大气污染监测报告和预警体系。

北京市雾霾；PM2．5；PM10；季节

环境问题事关人类的健康和生存，一直是人们关心和科学研究的热点课题。北京市的雾霾天气已经成为首都人民甚至包括美国大使馆在内的世界各类人士所关注的重要问题，特别是涉及雾霾形成的PM10乃至PM2．5，越来越引起人们的关注。在2012年1月召开的北京市第十三届人民代表大会第五次会议中，“进一步治理大气污染，提升空气质量”的议案是由197人次市人大代表提出的9件议案合并而成，有关防治PM2．5、加强污染物监测的议案，也是今年166项议案合并的第一、第二号议案。最后，备受关注的防治PM2．5成为本次大会的3项议案之一，已交由市政府办理，市人大常委会将对其办理情况进行审议［1］。2012年1月21日，北京市环保监测中心网站尝试性地开始实时发布PM2．5研究性监测的小时浓度数据。防治PM2．5已经成为2012年北京市政府所要办的重要实事。但是即便如此，在过去的几年中，北京市的雾霾天气也还不少，而且严重的雾霾天气也是时有出现［2］。从2012年1月19日的中国环境监测总站的统计数据看，北京市是中国唯一“中度重污染”城市。2012年2月29日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，同意发布新修订的《环境空气质量标准》，部署加强大气污染综合防治重点工作。新标准增设了细颗粒物（PM2．5）浓度限值，并调整了颗粒物（PM10）浓度限值，显示了国家对雾霾治理的重视。因此，清楚了解北京市四季雾霾特征，辩证看待已经采取的措 施，认 真 分 析 还 存 在 的 不 足［3］［4］，才 能真正明确努力的方向，才能达到真正的效果。北京市也才能更好更快地成为具有蓝天白云、四季飘香的首善之区。

一、北京市雾霾天气典型特征

（一）北京市四季PM10变化特征

根据北京市环保局公布的有关PM10浓度值，绘制出2011年PM10日平均图，见图1。图1纵坐标是PM10浓度值，单位是mg／m3；横坐标为各季节3个月的天数值，各个季节的天数分别为，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）。

图1 2011年度北京市颗粒物浓度按季节分布趋势图

从图1看到，北京市可吸入颗粒物年均浓度值范围在0．096mg／m3～0．143mg／m3之间。春季具有几个较高的峰值，这是由于春天较大的风沙带来的结果；秋季虽然没有春季的几个冲高峰值，但也有多个不是很高的峰值，秋高气爽是北京市最好的季节，峰值产生也是季风带来的结果。可见，北京市春秋季节主要受外部排放源影响，主要有内蒙古、河北的风沙以及河北工业烟囱的排放。从图1同时可以看到，北京市冬季也有几个峰值达到较高水平，主要原因为北京市冬季供暖增加的影响；与此相应，北京市夏天有相对较低的峰值，并且风速不大的情况下，冬夏内部排放源起到主导作用，主要有数量巨大的汽车尾气排放和众多的基建施工工地扬尘。北京市环保局指出：“2011年大气中可吸入颗粒物浓度突破连续三年徘徊在0．121mg／m3的状况，降至0．114mg／m3左右，比去年同期下降5%”。但2011年12月3日，大雾笼罩整个城市，据环保局重点城市空气质量实时发布数据，北京市可吸入颗粒物浓度达到0．437mg／m3，短时达到重度污染［3］。从中国环境监测总站的统计数据看，该日全国113个环保重点城市从“优”到“轻度污染”都有，但没有“中度污染”，而北京市是唯一“中度重污染”。市环保监测中心该日微博表示，通州和房山PM10累计浓度最高，分别达到0．52mg／m3和0．559mg／m3。根据记录，2011年2月21日时曾出现“重污染”，2月22日“中度重污染”，5月1日时再次出现“重污染”。

（二）北京市PM2．5变化特征

2011年12月6日美国大使馆监测PM2．5瞬时值达到0．82mg／m3，造成“爆表”。再次引发对PM2．5的高度关注。如图2和图3所示分别为美国大使馆监测的2011年12月28和12月29两天的PM2．5浓度数据线图。

图2 12月28日北京市PM2．5浓度走势图

图3 12月29日北京市PM2．5浓度走势图

从图2可以看出，PM2．5浓度较大的两个区段是早晨7点到8点和下午18点到20点，该时段均为上下班高峰期。可以看出交通工具尤其是汽车、公交车产生的包括亚微米颗粒在内的PM2．5对环境造成了严重的污染。早晨7点至8点这个时间段所检测到的空气质量评价为恶劣，晚18点至20点空气质量评价为有毒害。虽然评价可能有失偏颇，但也为包括亚微米在内的细颗粒的治理敲响了警钟。

从图3可以看出，由于12月29日北京市发生了一次大范围的降雪，空气中包含亚微米颗粒在内的PM2．5颗粒物整体大幅度下降。从12月29日PM2．5指数趋势图可以看出，早晨8点PM2．5浓度最小达到0．036mg／m3。从监测到的数据可知浓度均未超过0．15mg／m3，空气质量得到了大幅度改善。中午左右降雪停止，PM2．5浓度逐渐增大，同样在下午下班高峰时段达到这一天中的最高点。由此可知，降雪对于PM2．5颗粒的污染是起到一定的缓解作用的。

北京市环保局表示，可吸入颗粒物PM10包括PM2．5。也就是说，治理 PM10的同时也治理了PM2．5，PM10的年均浓度下降了，PM2．5也在下降。PM2．5主要来源之一是二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）经大气化学反应生成的二次粒子。因此，SO2、NO2等的减少，也将降低大气中二次粒子的生成，减少PM2．5。值得注意的是，环保局这里所说的下降是指总量的下降。

（三）北京市春节雾霾特征

2012年春节前夕，1月7日北京市环保监测中心首次公布了PM2．5的研究性数值。表1显示的是北京市春节前后PM10和PM2．5变化情况。值得说明的是表中PM10为当日参考平均值。

表1 2012年春节前后PM10和PM2．5变化情况

图4显示了2012年元宵节北京市环保监测中心公布的 PM2．5的研究性示意图［4］。

图4 2012年元宵节北京市PM2．5的变化示意

从表1和图4可以看出，虽然除夕、初五和元宵节燃放鞭炮造成北京市PM2．5的瞬时增高，但由于北京市这几天处于放假状态，从工业的锅炉到行驶的汽车都有大幅度减少，实际上成为迄止目前2012年最好的天气阶段。而且由于放鞭炮造成的颗粒物上升的影响也很快被“消化”。

（四）北京市雾霾成因分析

据2011年11月21日《经济参考报》“环保”板块报道，环保部有关官员指出，大气污染防控主要是三大污染源——煤、油和基建。一是火电、钢铁、水泥行业为主的煤炭消费；二是使用非清洁油品的机动车辆；三是今年以来“大上快上”的基础设施建设造成的扬尘。有关研究表明，北京市PM2．5约60%来源于燃煤、机动车燃油、工业使用燃料等燃烧过程，23%来源于扬尘，17%来源于溶剂使用及其他。

从北京市四季气象特点看：春季，北京市受张家口、唐山地区的重工业排放源的影响显著；夏季，北京市夏季风力弱，气温高等不利于颗粒物沉降，北京市的雾霾天气主要由自身的天气情况造成；秋季，北京市受周围省市排放源影响明显；冬季，受寒潮影响频繁，风速较大，北京市内部排放源如供暖、基建工地等，内部排放明显增多，大气对流造成颗粒悬浮，但又不足以携带扩散到北京市以外。特别是10～11月秋冬转化季节，北京市受冷暖空气交汇影响，极易发生大雾天气。在这种情况下，将形成静风、静稳等不利气象条件，致使大气污染物不易扩散、容易积累，空气质量转差。2008年至2010年同期均出现过类似污染过程，这是华北地区多年来的特有特征。2011年10月也出现几次不利于大气污染物扩散的气象条件，风速小、夜间大气层稳定、空气湿度上升，污染物易积累不易扩散。

从雾霾污染成分来看，环保部环境规划院大气部主任严刚曾表示，对于北京市而言，PM2．5是这两个月空气质量恶化的重要因子，但还有氮氧化物、二氧化硫等大气污染物在起作用。据环保部统计［5］，国内有一半的 PM2．5不是来自污染源的直接排放（一次源），而是经过十分复杂的物理和化学过程而形成（二次源）。随着经济社会的快速发展，以煤炭为主的能源消耗大幅攀升，机动车保有量急剧增加，经济发达地区氮氧化物和挥发性有机物排放量显著增长，PM2．5污染加剧。

虽然北京市环保局的结果显示北京市PM10的水平有很大改善，同时也声称带动PM2．5改善。但根据中国科学院大气物理研究所研究员王跃思的研究表明，造成北京市雾霾的原因，除了跟PM10和PM2．5有关系，还跟包括亚微米颗粒在内的PM1的关系也很大。如果仪器测试PM2．5是70（0．07mg／m3），PM1大 约 是 66（0．066mg／m3）。也就是说，PM2．5中实际上主要还是包括亚微米颗粒在内的PM1的作用。王跃思特别指出，霾与0．4至1．0微米之间的粒子数浓度有关，即霾与单位体积空气中0．4微米至1．0微米粒子个数相关性最高，因为这个粒径段的细粒子对可见光的散射最强。从1998年到2010年，PM10的数据虽然持续下降，但是北京市的灰霾天数区总体在增加，主要就是因为占颗粒总体比例的PM2．5和PM1是增加的，每年大概增加3到4倍。在PM10和总悬浮颗粒物污染还未全面解决的情况下，主要受到PM2．5和PM1等小颗粒的影响，京津冀等地区灰霾现象频繁发生，能见度降低。正是由于各种人工排放源污染物的排放增加，使北京市大雾多发季节发生了更多的灰霾天气，白色的大雾天气转变为危害性更强的灰霾天气。

二、北京市为治理雾霾天气已经采取的措施及存在的不足

（一）已经采取的主要措施及效果

1．坚持清洁能源发展战略，煤烟型污染控制取得新进展。2011年北京市将锅炉“煤改气”（800蒸吨）工程列入了政府实事项目。

2．有力控制机动车污染排放，老旧车淘汰卓有成效。北京市制定并实施了老旧汽车淘汰更新方案，1月～11月，全市共转出、报废20．2万辆。机动车排放管理中心执法人员对上路行驶机动车尾气排放开展路检路查，11月抽检车辆56．14万辆次，处罚违规车1002辆，劝返外地违规车5894辆，严控超标排放机动车上路。

3、优化产业结构，工业污染治理进一步深化。继续推进20吨以下燃煤锅炉改用清洁能源工作和继续加强对工业排放污染的监管等控制煤烟污染，检查了50多家燃煤锅炉烟气排放情况。继首钢搬迁后，今年北新建材完成整体搬迁，燕山石化公司完成2＃催化裂化装置烟气脱硫除尘工程。加强煤质和锅炉排放监管、继续巩固平房“煤改电”示范区的工作，加强对经营性小煤炉、露天烧烤、露天焚烧等违法行为的执法检查。

4、多部门齐抓共管，加大扬尘污染控制力度。为减少建筑渣土运输车车辆带泥土上路行驶，在全市30多家建筑工地示范安装了转轮式高效洗轮机，检查了200多处工地扬尘污染情况。

5、针对10、11月重污染天气多发的特点，市环保局和有关部门、企业已经制定了重污染天气应急预案，并将在出现连续重污染天气时启动。重污染天气应急预案主要包括：道路清扫、洒水；排放大的企业自行减排、启动企业应急措施等，一般在连续2天出现重度污染天气时启动预案。

据报道［6］，截至2011年12月17日，北京市空气质量二级和好于二级天数累计达到274天，完成了北京市政府年初确定的75%（274天）的任务，各项污染物浓度全面下降，空气质量得到进一步改善。到2011年12月为止，一级天数72天，比去年增加22天，增长440%以上；比举办奥运的2008年全年还多11天，创历史最好水平。但是，目前还只是较低水平的，距离公众的期盼和要求还有一定差距，居民对治理PM2．5污染热情达到新高度。2011年10月、11月为北京市雾霾天气多发时期，不利于污染物扩散，易造成空气质量下降。2011年10月，北京市空气质量较往年有所下降；2011年11月，北京市空气质量较往年有所上升。

（二）存在的不足

参照美国环保署标准，PM2．5日平均浓度低于0．015mg／m3表明空气质量良好，对健康没有危害；高于0．065mg／m3表明空气质量不健康，对健康有危害。与大气中较粗的颗粒物相比，PM2．5甚至PM1粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。因此，建立PM2．5标准是做好治理工作的基本前提。

大气中的颗粒物有百分之四五十都来源于工业污染。本地源的排放，大约只占1／3，周边源的传输也是重要来源约占1／3，化学反应过程中还要产生1／3。因此，三分之一靠北京市内部污染源的治理，三分之一靠周边各省市的协调，共同减排。三分之一靠天气过程。天气过程特别不利的时候，PM2．5超标生成霾目前来讲只能减弱，也是不可避免的。这是一个客观环境条件，应该积极建立协同机制解决。

外因是条件，内因是主导。据《看天下》2011年31期中《北京市环保局、美国大使馆“空”战》一文报道：11月6日北京市环保局发布的奥运后空气质量通报显示，奥运后北京市空气质量有所改善，部分污染物浓度呈逐年递减趋势，颗粒物污染依然严重，但未出现恶化。但是，“奥运一过，北京市空气恶 化”的质疑也不是没有道理的。因为，奥运之前为了实现蓝天指标，北京市采取了工地停工，机动车单双号限行，重污染企业搬迁或减产等一系列措施，不过现在长期保留下来的只有机动车单双号限行。因此，工作态度上重视和积极行动是治理PM2．5的出发点和成功的保障。

治理PM2．5不是单纯工作，要采取综合治理的复合措施。环保部环境规划院大气部主任严刚建议，不仅要在动力煤洗选，以及水泥、电力和钢铁行业除尘，也要在施工场所扬尘及喷涂等领域，对一次性颗粒物排放进行控制，还要在“十二五”期间落实好氮氧化物、氨氮等两项新增污染物的总量控制指标，并适时启动对石化、汽车产业等挥发性有机物的控制，以避免上述区域形成复合大气污染。因此，“十二五”需要对二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和颗粒物等多种污染物造成的复合大气污染进行协同防治。2011年末发布的《北京市“十二五”节能减排全民行动计划》，按照计划，北京市将在“十二五”时期率先实施机动车国V排放标准，这将更有力的控制机动车污染排放。

值得一提的是，在2012年2月29日发布的新修订的《环境空气质量标准》中，增设了细颗粒物（PM2．5）浓度限值，细颗粒物（PM2．5）一级和二级24小时平均浓度限值分别是0．035mg／m3和0．075mg／m3；并调整了颗粒物（PM10）浓度限值，颗粒物（PM10）一级和二级24小时平均浓度限值调整为0．05mg／m3和0．15mg／m3。但遗憾的是此标准只是与国际最低标准接轨，并且要到2016年全国才开始执行，从时间上和标准上都与国际标准有差距。

三、为治理雾霾天气北京市应进一步努力的方向

北京市雾霾治理工作有成绩，但后续任务艰巨。北京市要更好更快提前到2016达标，做好全国表率。就要本着邓小平同志说的“三个有利于”来做好工作。即：应该主要看是否有利于发展社会主义社会的生产力，是否有利于增强社会主义国家的综合国力，是否有利于提高人民的生活水平。要结合北京市的实际，积极贯彻落实2012年2月29日发布的《环境空气质量标准》（GB 3095-2012），治理北京市的雾霾天气可从以下几方面入手：

（一）继续开展科学研究，制定达标规划

在抓紧开展监测与公开透明信息发布的基础上，组织力量尽快开展相关科研，摸清规律，明确排放清单和控制对策。针对北京市空气质量改善途径和阶段目标以及相应的控制工程技术，在投入资金进行科学、系统、深入地研究PM2．5的同时，及早开展PM1的治理研究。在北京市实施更加严格的大气污染物排放特别限值，强化PM2．5治理，落实到具体法人，实施一票否决制。

（二）在京津冀地区开展大气污染联防联控

在此区域，建立一盘棋思想，建立国家考核指标，实施大气污染联防联控。提高环境准入门槛。严把北京市新建项目准入关，加强北京市产业发展规划环境影响评价。实施大气污染防治规划，加大产业调整力度，加快淘汰落后产能。积极推广清洁能源，开展煤炭消费总量控制试点。制定并实施更加严格的火电、钢铁、石化等重点行业大气污染物排放限值，大力削减二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和挥发性有机物排放总量。实施多污染物协同控制，防止二次污染形成。

（三）切实加强机动车污染防治

在北京市采取激励与约束并举的经济调节手段，加快推进车用燃油品质与机动车排放标准实施进度同步，提升车用燃油清洁化水平。在北京市提前实施第五阶段排放标准。加强机动车环保监管能力建设，强化在用车环保检验机构监管，全面提高机动车排放控制水平。

（四）探索建立北京市辖区大气雾霾预报系统，逐步形成风险信息研判和预警能力，进一步增强大气污染防治科技支撑

健全极端不利气象条件下大气污染监测报告和预警体系。研究制定大气污染防治预警应急预案、构建京津冀地区应急体系，出现重污染天气时及时启动应急机制，实行重点排放源限产限排、建筑工地停止土方作业、机动车限行等应急措施，积极向公众提出防护措施建议。

［1］徐飞鹏，王砚．以降低PM2．5为重点打提升空气质量攻坚战 ［EB／OL］．http：／／www．chinanews．com／gn／2012／01-06／3584739．shtml．

［2］李海萍，王可．浅谈北京空气污染对其旅游交通的影响［J］．WTO经济导刊，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．北京环保局称今年可吸入颗粒物浓度系十年最低［EB／OL］．http：／／news．xinhuanet．com／fortune／2011-12／18／c＿122440582．htm．

［6］北京市环境保护监测中心．PM2．5研究性监测［EB／OL］．http：／／zx．bjmemc．com．cn．

［7］赵素英，赵秀勇，刘宁微．北京秋季一次重污染天气过程的成因分析［J］．气象与环境学报，2010（5）：13－16．

［8］胡友彪，朱正国．北京市空气质量时间变化特点分析［J］．北方环境，2010（2）：64－67．

F205；X32

A

1008-2603（2012）02-0012-05

2012-02-28

周涛，男，华北电力大学核热工安全与标准化研究所教授；汝小龙，男，华北电力大学核热工安全与标准化研究所硕士研究生。

李潇雨）