京津冀霾污染—一个科学问题

京津冀地区治理空气污染必须要联防联控。即使一吨煤不烧，甚至关掉整个城市的污染排放，北京地区的污染依旧严重。

口述／中国科学院大气物理所研究员王跃思   整理／曾鼎

今后二三十年内，PM2.5始终会是人们频繁谈起的重要话题。现在可能有人觉得，PM2.5污染两三年内就能解决，实际上大气污染的很多问题在科学上都悬而未决。

中科院大气物理所的霾污染化学监测站点在国内科研机构里可能是最多的，各地分布有30多个，掌握的资料相对系统和全面，对于中国尤其是华北地区的大气污染，可以说认知比较深入。我的预期是，今后3到5年内京津冀的空气污染不会有大的好转，10年内或许能看到治理效果。

如果要划分中国空气污染最严重的区域，中国的整个中东部地区都是很严重的——这个范围大致是北面自辽宁南部、京津冀地区一直到珠三角；西面界线是从西安—关中地区—四川盆地一直向东到沿海。如果从地图上选取重点污染带，京津冀、珠三角、四川盆地构成污染“大三角”，京津冀、长三角、珠三角各自构成污染“小三角”。在这些区域中，京津冀的大气污染格外特殊。

气候变化：京津冀未来污染恶化大背景

一般人可能很难理解空气污染与气候变化的关系，毕竟全球气候变化给人的印象首先是南北极的冰川融化。但实际上，全球变暖使两极或高纬度地区的温度升高显著，而赤道温度变化不大，结果就是两地的温差变小，大气密度差和压力差减少，南北的经向风减弱。中国大陆主要地处北半球中纬度地区，近年来南北季风持续减弱，预测今后30年还将继续减弱。北京40岁以上的居民能感觉到，北京冬天以前经常“嚎叫”的西北风听不到了，春天的沙尘暴天气变少了，夏天的雷暴大雨也减少了。风变小雨变少，空气污染物从水平方向也就越来越难以被驱散。

污染物要在垂直方向扩散也是这样。污染物的堆积会使得城市在大气的垂直方向，出现严重的逆温现象（上空温度高，地面温度低）。因为大气中的颗粒物，比如PM2.5对阳光散射作用很强，它一增多太阳光被更多地截留在大气中，照射到地面的光线就会减少，因此地面越来越冷，大气越来越热，逆温就越来越严重。逆温导致污染物在垂直方向也难以扩散。

人为污染排放造成全球和区域气候及环境的不利变化，使得城市污染物更加难以扩散，造成了空气污染的恶性循环。

这个现象在中国中东部地区，包括长三角、珠三角普遍存在，但在京津冀尤其严重。这跟京津冀的局部气象地理条件密切相关。整个京津冀地区处于西面太行山与北面燕山三面环山的包围中。这种地形使得局部地区的大气环流对污染物扩散非常不利。要知道中国的山脉很少是东西走向，东西走向的秦岭挡住了关中地区污染向南的扩散，东西走向的燕山和南北走向的太行山脉在北京西北地区交汇，造成了京津冀地区污染物的聚拢和累积。

总之，根据目前的研究结果，今后30年季风会越来越弱，气象条件越来越不利于京津冀污染物的扩散。可以肯定，如果污染物排放维持现状，未来京津冀的污染肯定会加重。除非大幅度削减污染物的原始排放，比如首先降低50%然后逐步调减，否则京津冀地区的污染10年内难以控制。

联防联控：缺乏合作北京孤掌难鸣

从我们对污染源的分析来看，京津冀地区治理空气污染必须要联防联控。不夸张地说，北京即使除掉所有的机动车、工业污染源，甚至是关掉整个城市的污染排放，北京的污染依旧严重。污染物二氧化硫的排放是最好的例子。

光看二氧化硫，北京自身的排放是很少的，来源主要是冬天燃煤。现在北京的五环之内已经没有锅炉烧煤。冬天北京PM2.5中的硫酸盐成分占到30%，可以解释说是由燃煤供暖造成的，但到夏天，北京城区的PM2.5中还是能检测到20%的硫酸盐。

今年5月5日和6日检测的北京PM2.5成分数据，硫酸盐占到38%和41%的比重，绝对量超过50微克/立方米。这么多的硫酸盐从何而来？都来自周边传输。北京一年烧掉2300万吨标准煤，天津7000万吨，河北2.7亿吨，北京的燃煤比重在三省市中占不到10%。这还只是理论计算出来的“标准煤”，实际京津冀的燃煤量要更大。

我们说一直在减排二氧化硫，但实际效果并不尽如人意。卫星观测结果显示：2005年后，京津冀区域二氧化硫的排放量有所下降，但2009年后又出现上升趋势。各方地面观测数据都很漂亮，但卫星数据是不会骗人的。卫星显示，北京上空二氧化硫浓度在增加，地面监测结果显示二氧化硫浓度在降低，这组数据并不矛盾：因为北京地面不排放二氧化硫，但高排高放和周边输送，使北京上空的二氧化硫浓度仍然很高。每天中午，我们的地面监测显示北京会出现一天当中二氧化硫污染的高峰值。为什么？因为中午是空气在垂直方向对流最强的时候，二氧化硫这时候从高空传输了下来。

如果我们观察京津冀地区一天中风向的变化，还会发现早上可能是西北风，中午就转到西南风，下午就变成东南风。风就像一把扫帚，把京津冀的污染物全部聚拢扫到北京平原这个“垃圾桶”中。偏南区域越来越多的电厂和冶炼厂，配合气候气象条件变化的大背景，使得这种“扫帚效应”越来越厉害。

京津冀要治理大气污染，没有哪个城市能够独善其身。如果北京不跟天津、河北联动，污染问题是完全无法解决的。但对这个问题，各方认识都很不充分。河北、天津可能会抱怨，“你们北京生病，还得我们‘吃药’？”但这是科学上的事实。空气是超级流体，污染问题不能埋怨，只能靠各省市合作。欧共体通过协同控制来治理酸雨和大气污染，美国南加州也是通过联防联控才遏制住了大气光化学污染。

污染协同：前所未有的国际先例

污染物的协同作用，是我们2013年研究新发现的问题。一句话，氮氧化物的过量排放促使二氧化硫向PM2.5成分硫酸盐快速转化。说白了就是燃煤排放的问题还没解决，汽车尾气污染又叠加进来。在京津冀地区，汽车尾气氮氧化物污染促进了燃煤二氧化硫污染向PM2.5污染的转化。这种现象在长三角、珠三角地区也存在，但严重程度尚不及京津冀。

很多人喜欢把北京的污染跟曾经的伦敦、洛杉矶比，但当时伦敦的污染物只有二氧化硫和粉尘，洛杉矶的污染物排放以氮氧化物和挥发性有机物为主，表征污染物是臭氧。伦敦的二氧化硫和粉尘污染可能比现在的京津冀还要严重，但它的污染物来源主要是大量工业燃煤，二氧化硫向硫酸盐转化的方式单一且缓慢。洛杉矶则没有燃煤污染排放的二氧化硫，而以汽车尾气和化工污染排放为主，氮氧化物和挥发性有机物在强烈的阳光作用下，生成了大量臭氧污染和氧化型有机颗粒物，就是俗称的“光化学烟雾”。

伦敦没有氮氧化物，洛杉矶没有二氧化硫，而京津冀是二氧化硫没有治住，氮氧化物又大量涌现。污染变成1+1远远大于2的状况，加之城市建设产生的大量粉尘、扬尘和生态破坏随风带来的沙尘，所以才突然出现高浓度污染物暴发。国际上，发达国家从来没有出现过这种多污染物同时出现的复杂情况，所以人家也没有研究。

京津冀之所以这种“污染协同”的作用突出，与二氧化硫、氮氧化物污染物发生反应的介质，也就是沙尘相关。这两种气体在空气中“见面”机会少，如果不借助扬尘或沙尘作为“媒体”，发生反应的几率就要大幅度降低。因此像印度这样的发展中国家，它们的城市也可能出现类似的复合污染，但由于靠近海洋，气候湿润，沙尘少，就不大会出现北京这样的状况。这也是长三角、珠三角地区污染协同作用不及京津冀的原因。

相应地反映在污染减排控制上，这是一个1+1小于2的问题。如果我们实施发达国家那样的二氧化硫、氮氧化物的减排标准比例，我们并不能控制京津冀地区的污染。因为我们必须考虑到两种或两种以上污染物还会发生相互作用而加强污染强度。京津冀单项二氧化硫和二氧化氮也许不超标，但PM2.5是超标的，就是因为肉眼看不到的气态污染物发生了物理转化或是化学反应变成了颗粒物，变成了PM2.5。因此，我们目前的二氧化硫、氮氧化物排放标准必须比发达国家更严格，才有可能控制住PM2.5。如果只限于单项污染物的控制标准达标，复合污染PM2.5的标准制定再严格，也无法达到。

显然，按照目前的环境质量标准和运行管理体制，京津冀空气质量几乎是没有希望达标的。我们需要将京津冀作为一个整体考虑，城市的布局和功能区要大规模科学调整，甚至可能需要划定一个大气污染的治理“特区”。

□  编辑  郑褚   □ 美编  青年