湖南省城市雾霾灾害形成机理及治理模式

刘兰芳，谭秉霖

(1.衡阳师范学院 城市与旅游学院，湖南 衡阳 421002；2.长沙理工大学 经济与管理学院，湖南 长沙 410076)

随着城镇化进程的加快，城市脆弱性增强，致灾因子多样，灾害风险性增大[1]。城市雾霾灾害作为典型的城市灾害已严重影响城市居民的健康与城市经济可持续发展，因此，城市雾霾灾害形成机理及治理途径引起学术界的充分关注[2-4]。许多发达国家很早就遭遇过雾霾灾害。1943年，美国洛杉矶出现的“光化学烟雾事件”，可以说是世界上最早的雾霾灾害。1952年12月爆发的“伦敦烟雾事件”，使得4700多人因呼吸道疾病而死亡，此次雾霾灾害成为20世纪十大环境公害之一[5]。雾霾灾害给发达国家经济发展造成极大的冲击，迫使一些发达国家较早关注雾霾灾害形成机制，并痛下决心治理雾霾。20世纪70-80年代，国外发达国家的学者开始对空气污染进行研究，他们研究得出石油工业发展和机动车辆的使用等能源型污染是雾霾形成的直接原因，为此提出控制大气污染是治理雾霾的有效途径[6-7]。国内多数学者研究认为中国城市雾霾灾害与废气污染物排放有关，且氮氧化物和烟(粉尘)是引起雾霾污染发生的重要原因，提出减少煤炭消费、增加清洁能源使用是雾霾治理的主要措施[8-10]。

无论是国外还是国内，对雾霾形成机理进行了许多研究，也采取了一些措施治理大气污染，但城市雾霾现象依旧存在，部分城市甚至有加重趋势[11]。城市雾霾灾害的形成受到多种因素的影响，应系统深入研究其形成机理，寻找综合高效的治理途径。综观国内城市雾霾研究成果，研究侧重于国家尺度，研究区域集中在经济发达的京津冀[12]、长三角[13]、珠三角等地区[14]，但雾霾灾害形成受到地域的影响，各地雾霾形成的影响因素不同，其治理措施不能千篇一律。湖南省地处中国中南部，其地形特征不同于京津冀、长三角、珠三角等经济发达地区。近年来，湖南省城市雾霾灾害频频出现，如何防控城市雾霾灾害已成为湖南省经济可持续发展及城市和谐发展面临的重大问题之一。本文通过系统深入研究城市雾霾灾害的形成机理并提出有效防控城市雾霾灾害的对策，为湖南省制定针对性的城市防灾减灾体系、节能环保乃至城市发展提供决策参考。

1 湖南省城市雾霾灾害形成机理

从天气学角度，“雾霾”是一种发生在近地面大气中的天气现象[15]，其中“雾”是指大量微小水滴浮游空中，水平能见度小于1 km的天气现象，“霾”一般指是大量极细微的颗粒物浮游在空中，使水平能见度小于10 km、呈黄色或灰色混浊的天气现象，两者的共同之处是水平能见度低，形成条件是空气中有足够的凝结核，也就是需要充足的水汽与颗粒物质。

1.1 企业排放的烟(粉)尘是雾霾形成的物质基础

雾霾实际上是出现在近地面空气层的凝结现象，其形成首要条件必须有充足的凝结核。众多研究表明废气与粉尘是雾霾形成的物质基础，尤其是细小颗粒物质PM2.5雾霾天气的“元凶[16-17]。因此“PM2.5年均值(ug/m3)”也被一些学者称为“雾霾指数”。不同国家采用的PM2.5标准值不同，世界卫生组织(WHO)确定的PM2.5标准值年均浓度为10 ug/m3。中华人民共和国环境保护部发布的《环境空气质量标准》规定PM2.5浓度二类二级阈值是35 ug/m3。若按这个标准，湖南省14个地级城市2015-2016年PM2.5年均值均超标(表1)，其中长沙、株洲、湘潭、衡阳、邵阳、岳阳、常德等7个地级城市的PM2.5年平均浓度高出全国平均值(46.7 ug/m3)，均远远超过WHO确定的标准与国家二级标准。2016年湖南省PM2.5年平均浓度为46.2 ug/m3，PM2.5年平均浓度在全国排名第9位，可见湖南省PM2.5浓度大。湖南省PM2.5浓度大与其以原煤为主的能源结构息息相关(表2)。由表2看出，自2001年以来，湖南省能源消费一直以原煤为主，且占比在58%以上。原煤燃烧会产生大量的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等就是PM2.5的主要来源，从而为湖南省雾霾天气的形成创造了物质条件。特别是2010-2013年原煤消耗巨大，致使2012年湖南省长沙市10月2-12日出现一次持续性雾霾天气，2013年共发生雾霾天气142 d。另外，机动车辆的迅速增长以及城市建筑施工频繁也是雾霾灾害形成的重要物质基础。

表1 湖南省2015-2018年PM 2.5浓度值(ug/m3)Tab.1 The density of PM 2.5 in Huan Province from 2015 to 2018

表2湖南省2001-2016年能源消费总量及构成Tab.2 The total energy consumption and its composition in Huan Province from 2001 to 2016

表3 湖南省2015-2018年雾霾数量统计Tab.3 Statistics of urban fog-haze disaster in Huan Province from 2015 to 2018

1.2 气象条件与地形特征是雾霾灾害形成的诱因

以煤为主的能源消费结构为雾霾形成提供物质基础，而雾霾能否在一定的时空条件对城市发展造成破坏性的影响，还取决于气象条件是否利于PM2.5等大气污染物在近地面积聚[18-19]。湖南省属于亚热带季风性气候，冬季寒冷，近地面温度低，空气对流运动弱，同时受到北来的冷高压影响，风速小，容易造成各种大气污染物在近地面积聚，诱发雾霾灾害频繁出现。从历年湖南省气象观测与环境监测可知，冬季雾霾数量在30 d以上，尤其是1月雾霾频率最大，而夏季(6-8月)由于地面温度高，对流旺盛，难以造成大气污染物在近地面聚集，发生雾霾灾害的概率极小(表3)。

山地丘陵对气流运行有一定的影响，一般而言，冷空气遇到山地丘陵时，停滞受阻导致逆温层的出现，从而利于雾霾天气的形成。湖南省地形以山地丘陵为主，东、西、南三面环山，中部盆地丘陵广布，北部是宽广的洞庭湖平原。每年冬季，北来的冷空气从洞庭湖平原长冲直入，进入中部盆地丘陵区，被南部的高大山地阻挡，停滞不前，使得中部气层稳定，大气污染物难以扩散，成为雾霾的重灾区。历史雾霾统计资料表明，位于湖南中部的长沙、株洲、衡阳、邵阳等成为雾霾多发的城市。

1.3 城市绿色发展理念薄弱加剧了雾霾灾害

绿色发展已成为当今世界的重要趋势,其理念是以人与自然和谐发展为价值取向，以低碳循环为主要原则，以环境保护为核心。城市发展过程中只有遵循绿色发展理念，才能减轻环境污染，反之，就会加重城市环境污染，诱发雾霾灾害的发生。绿色发展理念较弱正是湖南省城市雾霾灾害发生的另一诱因。绿色发展理念薄弱主要体现在以下几个方面：

一是城市居民缺乏绿色出行的意愿。问卷调查与访谈得知：拥有私家车的居民出行时都是自己驾车，几乎没有人士愿意乘坐公共交通出行，同时选择与他人拼车外出的人员也较小。没有私家车的人员出行方式绝大多数是尽可能乘坐出租汽车，仅5%的人员选择与他人拼车外出。笔者实地考察长沙、衡阳、郴州等城市高铁站，发现尽管出租车众多，但由于绝大多人员不愿意拼车，还是不能及时满足流动人员的出行需求。由此可见，城市居民外出交通方式选择愿意，造成城市交通压力，加剧了汽车尾气的排放量，致使城市PM2.5浓度超标，雾霾灾害频发。

二是企业与居民主动节能减排意向有待加强。随着人们生活水平的提高，追求美好生活的欲望越来越强，冬季取暖夏季防暑，各家各户都拥有数台空调，缺乏从节能角度控制空调温度。尽管相关部门建议大家夏季空调温度不得低于26℃，但夏季将空调温度设置为18℃的人员比比皆是。寒冷的冬季，居民能源损耗更大，许多办公室既开空调又使用高功率的取暖器。一些中小企业因资金短缺与追求企业经济效益的原因，不能按照环保要求进行清洁生产。更有甚者，躲避环保部门的督查，晚上偷偷大量排放“三废”。正是由于城区整体节能减排意向差，造成大气污染严重，雾霾灾害屡屡发生。

三是城市建设过程中存在旧城改建，规划不当、重复建设等现象。一些建筑单位为了减少成本，追求利益最大化，在运输建筑材料与建筑垃圾的过程中，存在装载过满，车辆未密封运输等不规范现象；也有一些施工单位在施工场地没有按照行业规范安置防尘设施；还有少数施工场地未能及时清理建筑土方与垃圾，或者未采用密闭式防尘网遮盖等等。这些不规范的施工操作导致建筑材料与灰尘等沉积在地面，当车辆经过或工人路过时，这部分固体物质被扰动而反复扬起，多次沉降，重复污染，致使空中PM2.5、PM10等颗粒物质增加，成为雾霾灾害的主要致灾因子。

2 湖南省城市雾霾灾害治理措施

城市雾霾灾害治理已经引起政府部门的高度重视，也成为城市发展战略决策的重中之重，但目前城市雾霾治理的实绩却不乐观。这说明雾霾灾害治理是一项长期复杂的实践过程，需要在探究雾霾灾害形成机理基础上，寻找科学的治理模式。如前所述，湖南省城市雾霾灾害是燃煤排放污染物在特定的气象条件与地形地貌结构共同影响下的产物。气象条件是人类无法控制的，而地形地貌结构也是难以大范围改变，那么改变能源结构，降低煤的消耗就成为城市雾霾灾害治理的重要选择。改变能源结构，降低能耗既要从城市内部入手，又要与其它区域合作，同时还需要企业降低能耗，也要城市居民具备节能减排的行为能力。因此，湖南省城市雾霾灾害治理模式可从企业科学技术治理模式、区域协同创新治理模式、城市政府雾霾治理主体责任模式以及城市居民参与治理模式四个方面构建(图1)。

图1 湖南省城市雾霾治理模式Fig.1 Management model of urban haze in Hunan Province

2.1 企业科学技术治理雾霾模式

企业科学技术治理雾霾模式的行动主体是企业组织。企业组织是污染物排放的主力军，只有企业降低了污染物排放，才能提高雾霾治理的有效性。这要求企业不要只顾短期经济效益，而要注重长远利益尤其是环保效益。企业应采取技术革新，加大资金投入进行生产工艺更新，促进产业向中高端发展。企业要加大投资进行科学技术研究，引进创新型人才，提升科学技术水平，提高企业能源利用效率，从而降低能源消耗强度，对污染超标、效率低下、市场竞争力弱小的生产工艺要坚决清出市场，彻查原有和扩建的燃煤供热锅炉房的数量和规模，无条件拆除已有的高耗能、高污染的传统燃煤供热锅炉房，关闭不符合供热专项规划要求的燃料设施。积极推广清洁能源的使用，充分利用光能，通过集中供暖、热力、热气管网和电力输送系统的建设，建立高强度的电网设施节约煤炭消费、减少污染物的排放。此外，企业最高决策者的要有强烈的节能减排意识，积极主动地利用清洁能源。目前企业以煤为主的能源消费结构是湖南省雾霾致灾因子PM2.5与PM10的主要来源，减少煤的消费量就能降低PM2.5与PM10的浓度，那么调整能源结构是控制PM2.5与PM10浓度超标的最有效的途径。清洁能源作为能源结构乃至整个经济结构调整的依托之一，将成为经济增长的新支点[20]，也是控制环境污染的重要途径。

2.2 区域协同创新治理雾霾模式

区域协同创新治理模式的行动主体包括城市属地政府与邻地政府。雾霾灾害是大气污染物积聚，而大气污染具有独特的流动性，因此城市雾霾仅靠城市自身防控，其效果欠佳，必须充分发挥邻近区域治理雾霾的作用，走区域协同创新治理模式。这就需要各个城市政府部门打破地方保护主义，加强协调交流，创建信息共享、交流顺畅的协同创新治理平台，开展城市雾霾治理研究，根据不同城市经济发展特点的差别，制定针对性的雾霾治理具体措施，充分发挥各个城市治理主体的运作效能，以实现城市雾霾灾害治理整体性与具体性的高效统一。

2.3 城市居民参与雾霾治理模式

城市居民参与治理模式的主体者包括社会组织、科研机构以及普通群众等。城市雾霾的治理涉及内容繁杂，从生产作业到生活方式的转变，从发展模式到文化观念的转换，其不仅是经济、环保与社会层面的问题，更是一个根本性、全局性的问题，因而需要社会各方的支持。首先，城市居民要提高绿色发展意识。绿色发展已成为当今世界的重要趋势,其理念是以人与自然和谐发展为价值取向，以低碳循环为主要原则，以环境保护为核心。城市发展过程中只有遵循绿色发展理念，才能减轻环境污染，反之，就会加重城市环境污染，诱发雾霾灾害的发生。正是由于城市居民绿色发展理念薄弱加剧湖南省城市雾霾灾害的频发性。为了减少城市车辆尾气排放，降低雾霾灾害风险花性，城市居民应该经常选择公共交通工具，积极响应绿色出行方式。在私家车不断增多的状况下，要求城市居民不开车、少开车不是一件容易的事情。为此，城市政府部门要加强积极利用地方电视台、报刊、自媒体等多种途径宣讲绿色出行的基本常识，发起绿色出行倡议书活动。只有坚持不懈地宣传绿色出行的重要性，才能促使人们自觉选择绿色出行方式，降低车尾气的排放量。此外，城市居民要自觉遵守政府部门制定的环境保护相关政策与制度，积极主动地参与到雾霾防治的系统工程当中。

2.4 城市政府雾霾治理主体责任模式

如前所述，城市内部绿色发展理念薄弱是雾霾灾害形成的原因，因此城市政府就要承担雾霾治理的主体责任。城市属地的政府通过制定城市发展规划，从宏观层面制定节能减排的产业转型战略，以高新技术产业代替传统产业。可以采取经济、法律以及行政等多种手段在雾霾治理的过程中发挥主导作用。其次，加强对所管辖企业的技术指导，强化对污染物的检测与监控，建立相关的信息发布平台和治理数据库，及时向相关企业反馈污染物排放数据，调动企业组织节能减排的主观能动性。此外，城市政府部门可以制定、颁布相关政策、问责制度以及奖惩制度，约束企业组织以及城市居民在雾霾治理过程中的社会责任与行为规范。通过落实雾霾治理问责制度，对治理主体的业务绩效进行考核，对不达标排放污染物的企业及相关负责人进行处罚，对积极响应政府号召、创新生产方式、减少污染物排放的企业及管理人员进行奖励，从而实现雾霾治理的有效性。湖南省要高度重视能源结构调整，从城市经济可持续发展的战略高度，从能源供给侧角度，统筹做好新能源与常规能源的平衡，因地制宜发展太阳能、风能、水能、生物能等清洁能源。湖南省地属亚热带地区，光热与风能资源丰富，具备太阳能、风能、光伏发电的优势条件，目前这些清洁能源因投入较大而开发利用程度不高。为此，各级城市政府部门要加大力度引进资金，对太阳能、风能、生物能等可再生能源进行系统整合优化，建立城市分布式能源供应系统，促进能源的综合梯级利用。对能源供给侧进行重新规划，加大对可再生能源基础设施的建设，加快电网架构建设，提升气源管线运营能力，保证清洁能源供应的及时性与可靠性。要以推进供给侧改革为主要目标，在化解产能过剩同时提高供给质量和效率，要通过市场化的手段彻底淘汰高能耗、高污染产业，实现产业结构调整和优化升级，以推动制造业智能化、绿色化、服务化发展为着力点，提高能源供给质量，实现雾霾安全治理目标。

3 结论

湖南省各个城市均出现了雾霾灾害，尤其是冬季雾霾灾害发生频率最高。雾霾灾害反复出现，其直接原因是大气中PM2.5等颗粒物质以及有毒气体浓度严重超标。这些物质浓度超标与企业科技水平与生产工艺、城市绿色发展理念息息相关。具体来说就是企业欠规范、低水平的生产工艺以及以煤为主的能源结构导致其烟(粉)尘排放量大。因此，积极发展清洁能源是湖南省治理雾霾灾害的关键所在。此外，绿色发展理念薄弱对雾霾灾害形成起着强化作用。2018年以来，湖南省强化了“两型社会”建设理念，雾霾灾害有所缓解，正说明了节能减排在治理雾霾灾害中的积极作用。雾霾灾害治理是一项长期复杂的艰巨任务，需要城市之间区域合作治理、城市内部整体治理、城市企业科技创新治理以及城市居民积极参与治理等多种模式。只有全社会认识到雾霾风险性，共同践行节能减排，才能根治雾霾灾害。