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　　“中科院通過實(shí)施“大氣灰霾追因與控制” B類先導(dǎo)專項(xiàng)，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M、外場(chǎng)觀測(cè)以及模式模擬等研究對(duì)大氣灰霾形成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。我國的大氣污染由多種排放復(fù)合而成，表現(xiàn)為排放源多樣，污染物成分復(fù)雜、濃度高，不同污染物之間存在相互影響、相互促進(jìn)的關(guān)系。根據(jù)灰霾形成特點(diǎn)，現(xiàn)階段治理的基本思路應(yīng)該在繼續(xù)做好源頭減排的同時(shí)，集中力量解決冬半年重污染問題，在管控措施上進(jìn)一步增強(qiáng)針對(duì)性。

　　對(duì)大氣灰霾成因的科學(xué)認(rèn)識(shí)是制定治理措施的重要依據(jù)。中科院結(jié)合“大氣灰霾追因與控制”先導(dǎo)專項(xiàng)的研究進(jìn)展，認(rèn)為灰霾形成是內(nèi)外因共同作用的結(jié)果，其中復(fù)合污染疊加效應(yīng)是我國灰霾形成的關(guān)鍵過程。

　　1 近年灰霾污染總體有所下降，但冬半年下降不明顯

　　大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2013年以來全國空氣質(zhì)量總體向好，重度及以上污染天數(shù)占比逐步降低，優(yōu)良天數(shù)比例明顯上升。2016年，全國31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)PM_2.5年均濃度為47微克/立方米，平均優(yōu)良天數(shù)比例為78.8%。與2015年相比，PM_2.5年均濃度下降6%，優(yōu)良天數(shù)比例提高2.1%。以北京為例，從2013年到2016年空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)分別為176天、172天、186天和198天；發(fā)生重污染天數(shù)分別為58天、47天、46天和39天。

　　北京市2016年P(guān)M_2.5年均濃度為73微克/立方米，較2013年累計(jì)降幅已達(dá)19%，但依然超過國家標(biāo)準(zhǔn)（35微克/立方米）1倍以上。顆粒物濃度未達(dá)到環(huán)境顯著改善的拐點(diǎn)，是公眾尚未明顯感受到大氣質(zhì)量改善的主要原因。此外，我國中東部部分地區(qū)秋冬季節(jié)大氣污染防控的形勢(shì)依然嚴(yán)峻，觀測(cè)結(jié)果顯示，2016?年北京冬季?PM_2.5濃度與前?3?年相比沒有顯著降低，京津冀及周邊地區(qū)改善也不明顯，說明冬季減排的力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　2 不同區(qū)域主要污染源并不相同

　　我國PM_2.5及其各種組分的來源復(fù)雜多樣，包括工業(yè)、交通、建筑、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖、生物質(zhì)燃燒、揚(yáng)塵等。根據(jù)中科院源解析研究結(jié)果， 燃煤、機(jī)動(dòng)車、工業(yè)是京津冀、長三角、珠三角、成渝、關(guān)中區(qū)域典型城市的大氣顆粒物的主要來源。其中在北方地區(qū)，燃煤>機(jī)動(dòng)車>工業(yè)。南方地區(qū)燃煤與機(jī)動(dòng)車相當(dāng)，大于工業(yè)。

　　對(duì)于北京市而言，盡管在不同污染事件或某一污染事件的不同階段各排放源相對(duì)貢獻(xiàn)有所差別，但機(jī)動(dòng)車、燃煤作用最大。2014—2015年北京市機(jī)動(dòng)車、燃煤、工業(yè)、揚(yáng)塵的貢獻(xiàn)率分別為29%、 16%、14%和8%，另外為區(qū)域輸送（24%）和不確定源。相比2012—2013年，近年北京市機(jī)動(dòng)車的排放比例明顯上升（增加約 7%）。

　　在形成重度污染天氣過程中，北京機(jī)動(dòng)車的本地排放貢獻(xiàn)更加明顯。而周邊地區(qū)，如天津和石家莊，重污染天氣形成過程的最大污染源依然是燃煤。

　　3 灰霾污染有內(nèi)因和外因

　　PM_2.5顆粒物來源有二：一是直接排放（一次源），二是二次生成（二次源）。各種污染源或多或少都直接排放顆粒物，并產(chǎn)生一定程度的消光（對(duì)光線的遮蔽）。二次生成是指排放到大氣中的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)變成固體顆粒物的過程。也就是說，雖然當(dāng)時(shí)不一定產(chǎn)生消光現(xiàn)象（即當(dāng)時(shí)沒有出現(xiàn)灰霾），但若干天以后，在適當(dāng)?shù)臍夂驐l件下，通過多種化學(xué)物理過程被轉(zhuǎn)化為硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機(jī)氣溶膠等固體細(xì)顆粒物，從而產(chǎn)生消光現(xiàn)象（即肉眼可見的灰霾）。這就是為什么有時(shí)一天前還藍(lán)天白云，第二天即中度乃至重度污染的原因，因?yàn)檫@不僅僅是由一次排放引起的。一些污染源比如汽油車，雖然其尾氣中一次顆粒物濃度不高，但其排放的氮氧化物等氣體物質(zhì)在大氣中同其他氣體物質(zhì)如二氧化硫等反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生大量固體顆粒物，形成灰霾，并成為城市PM_2.5的重要來源之一。全球范圍內(nèi)，二次顆粒物對(duì)PM_2.5的貢獻(xiàn)率為20%—80%。中科院研究表明，在我國中東部地區(qū)二次顆粒物所占比例常常高達(dá)60%，在靜穩(wěn)天氣時(shí)還會(huì)更高，這也是我們經(jīng)常感知到的“爆發(fā)性”成霾的原因。 過量排放是灰霾天氣經(jīng)常出現(xiàn)的內(nèi)因。

　　出現(xiàn)以低風(fēng)速和逆溫為特征的不利氣象條件是灰霾形成的外因。從時(shí)間分布上看，一年中我國3—10月空氣質(zhì)量較好，其中一個(gè)重要原因就是夏季大氣邊界層高、水平風(fēng)速大，有利于污染物擴(kuò)散，環(huán)境容量大，而冬季則相反。2016年秋冬季，華北區(qū)域整體顯示南風(fēng)異常，尤其冬季西北風(fēng)較同期平均偏弱，冷空氣活動(dòng)偏少，大氣較為穩(wěn)定，不利于污染物擴(kuò)散。氣象資料統(tǒng)計(jì)表明，近?40?年來京津冀年平均風(fēng)速逐年減小，減小幅度達(dá)?37%，尤其對(duì)京津冀污染物擴(kuò)散有利的北風(fēng)頻次和風(fēng)速都顯著下降。當(dāng)然，這樣的靜穩(wěn)天氣在?20?世紀(jì)五六十年代也曾出現(xiàn)過。

　　此外，內(nèi)外因之間還會(huì)出現(xiàn)正反饋過程。排放到大氣中的PM_2.5顆粒會(huì)削弱到達(dá)地表的太陽光強(qiáng)度，導(dǎo)致地表溫度下降，而上層大氣中存在的顆粒物通過吸光作用，會(huì)提高該層大氣的溫度，從而形成下冷上熱的穩(wěn)定大氣結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低空氣對(duì)流，促使大氣邊界層（靠近地球表面、受地面影響最大的大氣層區(qū)域）高度下降，導(dǎo)致環(huán)境容量進(jìn)一步降低，從而加劇污染程度。

　　4 我國的大氣污染由多種排放復(fù)合而成

　　近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致多種污染物同時(shí)排放，從而形成了復(fù)合型污染這一特點(diǎn)，表現(xiàn)為排放源多樣，污染物成分復(fù)雜、濃度高。中科院研究表明，不同污染物之間存在相互影響、相互促進(jìn)的關(guān)系，加速了氣態(tài)污染物向顆粒物的轉(zhuǎn)化，放大了污染效應(yīng)。比如，在大氣高濃度氮氧化物和礦質(zhì)顆粒物（粉塵）共存的情況下，會(huì)促使二氧化硫向硫酸鹽的快速轉(zhuǎn)化（氧化作用和催化作用），這是發(fā)生復(fù)合污染的典型例子。

　　和倫敦?zé)熿F事件相比，我國京津冀地區(qū)強(qiáng)霾事件中二氧化硫的濃度要低1—2個(gè)數(shù)量級(jí)，但產(chǎn)生的細(xì)顆粒物濃度兩地卻相當(dāng)。一個(gè)重要的原因就是大量的氮氧化物（主要來自機(jī)動(dòng)車和燃煤排放）和氨氣排放會(huì)非線性地降低大氣對(duì)二氧化硫的環(huán)境容量，促進(jìn)灰霾的爆發(fā)。也就是說，倫敦當(dāng)年的大氣污染主要來自燃煤排放，而我國則由燃煤、機(jī)動(dòng)車等排放源復(fù)合作用所致。

　　5 灰霾綜合整治具有長期性

　　通過對(duì)英國倫敦?zé)熿F事件、美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件、日本四日市哮喘事件的分析，采取嚴(yán)格立法和執(zhí)法、污染控制技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等的“組合拳”，經(jīng)過20—40年的努力，使得空氣質(zhì)量得以改善。我們國家面臨的灰霾問題更加復(fù)雜，空氣質(zhì)量的改善既要打攻堅(jiān)戰(zhàn)，也要立足于打持久戰(zhàn)。

　　我國現(xiàn)階段污染物排放總量的基數(shù)大。近年來，機(jī)動(dòng)車、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活源排放強(qiáng)度顯著增加，導(dǎo)致大氣中各種污染物濃度偏高。我國產(chǎn)業(yè)布局相對(duì)集中，使得華北、東北、成渝、關(guān)中、珠三角、長三角的區(qū)域特征明顯，尤其是華北地區(qū)單位面積的能耗和污染物排放量都是全球最高的區(qū)域，逐步減排要假以時(shí)日。從趨勢(shì)上來講，全國空氣質(zhì)量總體在向好發(fā)展，但要從根本上解決灰霾污染，涉及到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本等諸多問題，需要經(jīng)歷一個(gè)不斷優(yōu)化調(diào)整的過程。

　　6 現(xiàn)階段治霾還需加強(qiáng)針對(duì)性

　　根據(jù)灰霾形成特點(diǎn)，現(xiàn)階段治理的基本思路應(yīng)該是：在繼續(xù)做好源頭減排的同時(shí)，集中力量解決冬半年重污染問題。在具體措施上，應(yīng)著重做好5個(gè)方面工作。

　?。?）地方政府在保增長和促減排方面要堅(jiān)持兩手抓、兩手硬，一年到頭，一以貫之，避免“前緊后松”，把冬半年的產(chǎn)能縮減到位。

　　（2）針對(duì)華北冬季取暖問題，因地制宜、多措并舉，加大清潔能源替代力度。中科院針對(duì)華北農(nóng)村民用散燒煤污染， 研發(fā)了新型散煤共燃、解耦燃燒等高效中小型燃煤實(shí)用技術(shù)，在節(jié)能的同時(shí)可有效降低污染物排放。

家用解耦爐具系列產(chǎn)品

家用解耦爐具自動(dòng)化生產(chǎn)線

　　（3）控制重型卡車的排放。重型卡車占機(jī)動(dòng)車保有量的5%，但排放的一次顆粒物占到機(jī)動(dòng)車的90%，氮氧化物占50%以上。通過調(diào)結(jié)構(gòu)、降產(chǎn)能、完善物流網(wǎng)絡(luò)等方式緩解運(yùn)輸需求、提高運(yùn)輸效率，同時(shí)，積極推進(jìn)油品質(zhì)量的升級(jí)和凈化裝置的改造。中科院主導(dǎo)研制的催化劑在柴油車排放有害氣體控制技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，占新車市場(chǎng)的?60%。最近，中科院基于原創(chuàng)的摩擦納米發(fā)電技術(shù)研制出了一種專門去除機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒物的新型凈化器，在不影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的前提下，可將尾氣中的PM_2.5含量從?800—2?000?微克/立方米降低到?10?微克/立方米以下（清除效率>98%）。如果全市?500?多萬輛汽車全部加裝這種凈化器，空氣中顆粒物總體濃度有望下降?30%。 

重型柴油車排放污染控制生產(chǎn)設(shè)備——全自動(dòng)梭式窯爐

重型柴油車用SCR催化劑與轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)線

摩擦電機(jī)動(dòng)車尾氣除塵技術(shù)工作原理及器件原型

用于汽油車的摩擦電器汽車尾氣過濾器（消音器型）

　　（4）開展秸稈的綜合整治。秸稈污染面大量廣，全國每年約8.5萬噸，需綜合運(yùn)用行政、法律市場(chǎng)的手段，探索秸稈利用規(guī)?；?、專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的運(yùn)營模式。中科院開發(fā)了加速秸稈降解、生物能源轉(zhuǎn)化等一系列技術(shù)。
　?。?）切實(shí)加強(qiáng)企業(yè)偷排偷放問題行為的監(jiān)管。中科院已研發(fā)了高時(shí)空分辨率的監(jiān)控系統(tǒng)，可大幅提高監(jiān)管效率。

大氣細(xì)顆粒物在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)

大氣臭氧激光雷達(dá)和大氣細(xì)粒子激光雷達(dá)灰霾觀測(cè)設(shè)備

　　原文請(qǐng)見：中國科學(xué)院大氣灰霾追因與控制研究進(jìn)展.《中國科學(xué)院院刊》，2017年第3期，215—218頁。

　　作者簡介：白春禮 化學(xué)家和納米科技專家。中國科學(xué)院院長、黨組書記、學(xué)部主席團(tuán)執(zhí)行主席，發(fā)展中國家科學(xué)院院長，中共十八屆中央委員會(huì)委員。