為何中國城市突發嚴重霧霾天氣

摘 要：以中國武漢2012年6月突發的大范圍嚴重霧霾天氣為典型案例，研究了空氣中PM2.5質量濃度的變化規律，分析了霧霾天氣出現的原因，提出了治理霧霾的建議。

關鍵詞：霧霾；PM2.5；秸稈；空氣質量；中國

1 中國城市的霧霾現象

從2011年11月起，中國開始執行國家PM2.5監測計劃。隨后，國家環保部于2012年2月開始試行新的《環境空氣質量標準》，這是我國為改善空氣質量做出的一項重要舉措。雖然深知抗擊與消滅空氣污染的過程會很漫長，2012年6月第二周一場突如其來的嚴重霧霾天氣還是令舉國震驚。這場霧霾席卷中國中部地區及華東地區大部分省市，圖1顯示了霧霾波及的8個省市，包括湖北、河南、江蘇、安徽、江西、山東、浙江省以及上海市等。霧霾面積之大，范圍之廣皆屬空前。也就是從這一年開始，中國民眾眼中的城市霧霾的形象變得清晰，霧霾天氣出現常態化趨勢。由于PM2.5粒子的散射消光貢獻占大氣的消光度的80%，PM2.5濃度的高低是決定大氣能見度的關鍵因素。此外，大規模的霧霾污染天氣被證明對于人體健康具有潛在影響[1]。傳染病學研究表明，PM2.5環境質量濃度與人體不良健康效應之間存在顯著的一致性。PM2.5主要對呼吸系統和心血管系統造成傷害，包括咳嗽、呼吸困難、降低肺功能、加重哮喘、導致慢性支氣管炎、心律失常、非致命性的心臟病、心肺病患者的過早死亡。

這場霧霾期間，2012年6月11日，在中國中部最大的城市武漢，人們目睹了十年以來空氣質量最差的一天——霧霾覆蓋范圍大、空氣中顆粒物濃度高且持續時間長。當天，黃色的煙霧彌漫整座城市，能見度下降至500米，嚴重影響城市交通。空氣中彌漫著刺激性氣味，迫使人們不得不盡量停留于室內，外出活動則需要帶上口罩來防護口鼻。根據當地環境監測站公布的空氣質量監測數據（見圖2），當天早上10點至11點，短短一個小時之內，PM2.5質量濃度小時均值從43μg m-3陡升至589μg m-3，并且在隨后的幾個小時內持續處于超高濃度水平（超過500μg m-3），直至下午2點達到峰值613μg m-3。在峰值之后，PM2.5的濃度有小的波動，6月12日其質量濃度日均值高達370μg m-3，超過中國《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）日均濃度一級標準值（35 μg m-3）約10倍。直到6月13日，才恢復到達標水平。我國中部地區及華東地區的其他城市，包括南京、杭州、南昌等，在此段時間同樣遭遇了相似的重霧霾天氣（見圖1）。

2 霧霾天氣出現的原因

近年來，頻繁出現的大范圍、嚴重灰霾天氣也使PM2.5空氣質量正受到國內公眾越來越多的關注。突如其來的霧霾天氣，使廣大市民直接感受到嚴重空氣污染的危害。人們希望知道究竟為什么會產生霧霾？霧霾天氣產生的原因是否與某些化工廠的廢氣排放相關，或者僅僅是由于惡劣的天氣？我國環保部門將2012年6月發生嚴重霧霾主要歸因于兩點：第一，河南、安徽、江蘇和山東等省份，麥收季節會燃燒大量秸稈，這是大氣懸浮顆粒物的主要來源。根據國家環保部發布的衛星遙感監測數據顯示，這些省份6月初確實存在過大量密集的燒秸稈著火點。例如，位于湖北省東北方向的安徽省及河南省，分別被觀測到174和92個著火點，這還不包括被云覆蓋而無法被反演算法捕捉到的著火點（圖1）。這些省份燃燒秸稈產生的顆粒物，可能會在1500-3000m的高空，隨著速度為8-12m s-1的東北風輸送至湖北省。武漢市環境監測中心站對大氣顆粒物進行了抽樣測試，發現霧霾天氣期間大氣顆粒物中的有機碳含量陡升。這驗證了武漢市霧霾顆粒物確實主要來源于生物質的燃燒，即秸稈燃燒。第二，逆溫現象與高濕度導致大氣穩定度升高，這些不利的氣象條件阻礙煙霧在大氣中的擴散，逆溫層隔絕了空氣層之間的對流，使污染物累積的幾率增加[2]；同時，高濕度也會促進空氣中氣溶膠粒子的吸濕性增長，從而增加氣溶膠粒徑和消光度[3]，使得能見度和大氣環境質量更為惡化。

3 霧霾治理建議

不利氣象條件所導致的霧霾污染，在很大程度上是難以控制的。如果主要污染源——秸稈燃燒被禁止，那么霧霾天氣發生的可能性應該會大大降低。然而事實上，近幾年每個麥收季節，地方政府都實施了秸稈禁燃工作，但霧霾治理的成效卻很有限。為此，我們對政府控制秸稈燃燒的工作提出以下兩個建議。首先，與其單方面控制秸稈燃燒，不如實施激勵政策，吸引企業及農戶對秸稈進行資源再利用。例如，減稅政策可以促進秸稈產業鏈的建立，將秸稈用于生物質燃料、發電、造紙、土壤肥力及家畜飼養[4]。其次，就環境監測與預警機制而言，改善地表大氣環境質量監測網絡很有必要[5]。2012年以前，中國環境空氣監測網所設監測點位僅涵蓋113個環保重點城市，并且常規監測指標中不包括PM2.5。2012年，中國環保部提出，在原有的環境空氣監測網的基礎上，將建成覆蓋范圍為全國338個地級以上城市（含地、州、盟所在城市）的新的國家環境空氣監測網（地級以上城市）；并要求所有國控點位全面依據新空氣質量標準開展監測并對公眾發布實時信息。目前，國家環境空氣監測網的建設基本完成，其數據發布、監測預警等功能仍在不斷完善中。這些措施，將為中國霧霾空氣污染治理起到有力的促進作用。

參考文獻

[1]Chen Y， Ebenstein A， Greenstone M， Lie H.B. Evidence on the impact of sustained exposure to air pollution on life expectancy from China's Huai River policy [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2013，110（32）：12936-12941.

[2]Tao， M. H. Chen， L. F. Su， L. Tao， J. H. Satellite observation of regional haze pollution over the North China Plain [J]. J. Geophys. Res，2012，117，D12203.

[3]Cheng， Y. F. Wiedensohler， A. Eichler， H. Heintzenberg， J. Tesche， M. Ansmann， A. Wendisch， M. Su， H. Althausen， D. Herrmann， H. Gnauk， T. Br¨uggemann， E. Hu， M. and Zhang， Y. H. Relative humidity dependence of aerosol optical properties and direct radiative forcing in the surface boundary layer at Xinken in Pearl River Delta of China： An observation based numerical study [J]. Atmos. Environ，2008，42，6373-6397.

[4]Li， Q. Chen， D. Zhu， B. Hu， S. Industrial straw utilization in China： Simulation and analysis of the dynamics of technology application and competition. [J]. Technology in Society，2012，34（3）：207-215.

[5]Yuan， Y. Liu， S. S. Castro， R. Pan， X. B. PM2.5 monitoring and mitigation in the cities of China. [J]. Environ. Sci. Technol，2012，46，3627-3628.

*通訊作者：郭陽潔。