京城霧霾探源

錢煒

今年入冬以來，頻頻出現的霧霾天氣，驟然提高了人們對北京空氣質量問題的焦慮。

“按照北京現在的排放水平，如果遇到持續三天的大霧，空氣質量就會不達標，持續五天，就會發生重度污染。” 中國工程院院士、清華大學環境系教授郝吉明說。從上世紀90年代開始就研究北京空氣污染的郝吉明，也是目前環保部正在修訂的《空氣質量標準》新方案的定稿人。

大霧背后，是大氣的“逆溫現象”在作祟。實際上，不僅僅是霧天，只要是無風的靜穩天氣，北京的空氣質量就會惡化。在正常情況下，大氣層上冷下熱，由于熱脹冷縮，冷的大氣層要比熱的大氣層重。“頭重腳輕”的空氣容易發生垂直對流，靠近地面的污染物就隨著對流的空氣擴散到高處而被稀釋。但有時，大氣層變得下冷上熱，這就稱為“逆溫”。逆溫的空氣“頭輕腳重”，非常穩定，垂直對流無法發生，污染物則難以擴散。

在逆溫時，靠近地面的大氣中水蒸汽易凝結成霧，因此，逆溫天常有霧發生，而大霧又導致空氣污染加重，形成霧與霾的混合體。因此，霧本身沒有原罪，霧并不代表著臟的空氣。真正可惡的是霾，也就是那些懸浮在大氣中的大大小小的顆粒物。根據大小的不同，這些小粒子被分為PM10和PM2.5——分別代表動力學直徑小于10微米和小于2.5微米的顆粒物——從定義可以看出，后者是前者的一部分。

在人口密集、排放量大的城市，霧與霾往往是親密的一對，難以區分。在中國，霧霾天已成為東部城市空氣污染的突出問題，特別是在珠三角、長三角和京津冀地區。

機動車排放的細顆粒最易吸入體內

在現有的空氣質量報告中，PM10一直是北京大氣中的首要污染物，而實際上，真正的罪魁禍首是其中占70%的PM2.5，這個比例高過了世界平均50%的水平。隨著霧霾天氣頻繁地襲來，PM2.5也迅速從專業領域進入公眾視野，12月13日它入選了新華社最新出爐的年度熱詞。

出于對自己生活環境的關心，北京市民馬力拿著移動PM2.5監測設備測過自家車尾氣中PM2.5的含量。當時周圍大氣環境濃度是36微克/立方米，被測的是一輛歐Ⅲ排放標準的馬自達2.0轎車。在汽車處于怠速狀態10分鐘時，排氣管附近PM2.5的平均濃度是214微克/立方米，而在空擋踩油門、發動機轉速達到2500轉時，馬力吃驚地發現，這一數值竟在瞬間達到了1095微克/立方米！

“如果是在比較通暢的道路上正常行駛，汽車排放的PM2.5不會這么高。但在怠速、突然加速或減速的時候，汽車的排放量會高很多。這就是說，交通擁堵會帶來更多的PM2.5。”清華大學環境學院教授賀克斌解釋說，世界上很多大城市的空氣污染往往以一種類型為主，要么是煤煙型，要么是由汽車尾氣所造成，而北京卻很難說哪一種污染占絕對優勢，屬于機動車與燃煤復合污染。

通常，PM2.5有三大來源：工業生產、燃煤和機動車。北京從1990年代后期就開始采取一系列治理措施。其中，工業污染的治理力度空前大，位于CBD附近的北京焦化廠與京西地區的首鋼相繼搬遷，使北京城區已經幾乎不存在大的工業污染源。

但在燃煤的控制上，效果卻并不如意。近10年以來，北京的燃煤總量一直保持在3000萬噸上下，不增不減。對此，郝吉明解釋說，“雖然五環路以內所有的鍋爐都不燒煤了，但北京城區卻一直在擴張，整個供暖面積在不斷擴大，這是燃煤總量上不去也下不來的原因。‘十二五期間，北京市打算使年燃煤總量從3000萬噸削減到2000萬噸，但是考慮到經濟仍以每年兩位數的速度增長，實現這個目標的難度非常大。”

機動車排放控制，則面臨更大壓力：2008年，北京市有350萬輛機動車，到今年，已突破500萬輛。“盡管有限行措施，目前每天北京上路的機動車仍有200多萬輛，再加上擁堵日益嚴重，機動車尾氣成了PM2.5的重要來源。”賀克斌說。

機動車排放的幾乎全是細顆粒，主要為氮氧化物與揮發性有機物，這些顆粒物在空氣中和其他污染物發生化學反應，生成二次顆粒物，造成二次污染。據賀克斌估算，機動車尾氣對北京城區PM2.5濃度的“貢獻率”在25%～30%之間。

“這個比例看起來不是很高，但機動車的排放在離地面半米距離內，也就是在人的呼吸帶范圍內，因此與人體健康有更密切的關系。而且，這個比例還處于上升趨勢。”賀克斌說。

“北京從1999年開始的空氣污染治理行動，在剛開始時效果顯著，未來治理的難度則越來越大，成效恐怕不會那么明顯。”賀克斌坦承，原因很簡單，控制大的工業污染源相對容易，而一旦涉及到個人的行為，就難以監管。

盡管如此，機動車造成的污染也并非不能解決。美國紐約有800萬輛機動車，比北京還多，但是中心城區曼哈頓的車輛密度沒有北京這么高，空氣質量也比北京好。很多在曼哈頓上班的人們，先是開車到公交地鐵站，把車停在旁邊的停車場，再換乘公共交通去上班。很少有人會把車開到自己辦公室的樓下，這樣的出行習慣跟北京就有很大不同。但北京面臨的問題是，公共交通系統還不夠發達，公交與地鐵的銜接也不是很方便，但這些問題的解決已經超出環保部門本身的能力。

賀克斌的團隊注意到一個奇怪現象：如果給北京一天之內的PM2.5濃度畫一條曲線，那么在夜里3點左右，這個按理說污染最低的時候，這條曲線卻出現了一個峰值。通過研究，他們才發現，這是過境車輛，尤其是輕型、重型柴油車對北京空氣污染的“貢獻”。

北京在全國率先實行了汽油車“國IV”的排放標準，而全國大多數地方的汽油車還是“國III”標準。更要命的是柴油車，賀克斌說，由于符合排放標準的柴油遲遲不能供應，導致柴油車的“國Ⅳ”標準一直不能實施。相比之下，歐洲已經開始實施歐Ⅵ標準。此外，汽油的含硫量也一直沒有降下去，對二氧化硫的減排也帶來困難。賀克斌說，油品問題是控制機動車排放的老大難，但這涉及到石油行業的其他問題，已遠非環保部門所能控制。

保定的PM2.5一天就飄到北京

2005年，北京大學環境學院教授朱彤擔任了一個科研項目的技術組組長。這個題為“北京與周邊地區大氣污染物輸送、轉化及北京市空氣質量目標研究”的項目不僅名稱特別長，而且操作上也是大手筆。當時，整個北京乃至華北地區都變成了他們的一個巨大的實驗場，課題組甚至動用了直升飛機，在從天津飛到北京的空中采集樣本，一路追蹤污染物在大氣中的擴散途徑。朱彤回憶說，“這樣規模的研究如今已經難以復制。”

飛機掠過的華北平原，在發展上有著明顯的不平衡。北京，這個國際化大都市處于落后的中小型工業城市的層層包圍之中，它周邊的許多地區終日籠罩著煙塵。以河北保定為例，這個位于北京以南約150公里的地級市，其轄區內有眾多的鋼鐵、水泥、化纖、發電等工業設施。當南風吹起時，保定地區大氣中的PM2.5隨著氣流一天之后就可到達北京上空。

與PM10相比，PM2.5由于體積小得多，因而可以在空氣中飄浮數周，更善于“漫游”到遠方。朱彤去年5月發表在《柳葉刀》雜志上的一篇文章寫道，“衛星觀測顯示，亞洲排放的塵埃可以在兩三周內越過太平洋落在美國的土地上。”

經過3年的研究，朱彤的研究團隊得出結論，在特定的氣象條件下，周邊地區對北京空氣污染的貢獻率高達30%～60%。正是基于這一結論，2008年奧運會期間，在中央政府的協調下采取了華北五省（市）區域空氣污染聯動控制措施。

“如果今天的空氣污染數值較高，那不用看天氣預報就可以知道，八成又起南風了。”朱彤說，專家們曾做過計算，一年之中，北京平均有20%的天氣條件都不利于污染物的擴散。

地形也是造成這一種局面的重要因素。由于北京的“簸箕”狀地形——三面環山，只有南面一馬平川，并聚集較多的工業區。因此，當南風吹起時，“不管是東南風還是西南風”，南部地區的污染物都將隨著氣流到達北京，并累積在北部的山前，不易擴散出去。也由于這個原因，北京市南部地區的空氣質量也長期比北部差。

由于北京本地一直在采取較嚴格的減排措施，周邊地區對北京空氣污染的影響就愈加凸顯。這從北京夏冬兩季的空氣質量差別就能看出：一年中，北京冬季的空氣質量要比夏季差一些，但北京本地的污染源情況并沒有隨季節有太大變化。實際上，北京五環以內的鍋爐都改成了天然氣，但是五環以外乃至整個華北平原，冬季供暖仍以燃煤為主，而且大多數沒有安裝除塵過濾裝置。這些鍋爐產生的細顆粒物，終日像不散的游魂一樣，飄蕩在整個華北平原的上空，直接影響到北京的空氣質量。

早在上世紀90年代，中國工程院院士任陣海經過研究就發現，山西省的大氣污染會越過太行山脈影響到北京。盡管如此，要想采取跨省的空氣污染控制措施，會牽涉到多方利益，所以并非易事。為此，中外科學家聯合開展了朱彤所參與的那個大型實驗項目，以便用更嚴謹的科學結論來說服高層下決心，并最終在奧運會前啟動了由山西、山東、河北、內蒙古和天津這五個省（市、區）共同參與的空氣污染治理區域聯動。

“實際上，北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會期間，都采取了控制大氣污染的區域聯合措施，并取得了良好的效果。從這些經驗出發，國家將在區域聯動方面建立長效機制。”賀克斌透露說，以PM2.5為目標，一個“三區九群”的區域聯動方案將于明年6月出臺。其中，“三區”指京津冀、長三角與珠三角地區；“九群”指遼寧中部城市群、山東半島、武漢及其周邊、長株潭、成渝、海峽西岸、陜西關中、山西中北部和烏魯木齊城市群。但“三區九群”合作的緊密程度，可能很難達到奧運會和世博會期間那樣的力度。