大氣環境資源管理：一個基本框架

蔡銀寅

（南京信息工程大學大氣環境經濟研究院，南京 210044）

0 引言

大氣環境資源主要是指氣象變化所引起的大氣污染物清除能力，即一個地區的大氣環境特征所決定的一個時間周期內所能清除污染物的最大量，以及清除能力的時間特征。當人類活動的污染物排放量加上自然排放量，超出大氣環境的最小清除能力時，清潔大氣環境不能全時供應，經濟學上定義，大氣環境具備了稀缺性，開始變成一種資源[1]。大氣環境資源雖然由自然條件決定，但很大程度是人類活動發展到某個階段產生的經濟產品[2]。在人類歷史的初級階段，污染物排放很少，不會對大氣環境造成顯著的改變，清潔空氣無限供應，很少有人會關注大氣環境的資源屬性問題。當然，隨著科技水平的不斷提高，在未來的某個時段，污染物排放可能恢復到人類社會初級階段的水平，那時候，大氣環境也不會存在資源性的問題。就像石油、天然氣、稀土礦產、水能一樣，大氣環境作為一種資源，也是人類社會發展到某個階段的產物。

多年前就有關于大氣環境資源的各種說法，但由于闡述的角度較分散，并未形成明確的概念。事實上，只有明確了大氣環境資源的經濟學含義，才能將大氣環境的自然屬性與經濟發展結合起來，才能構建大氣環境資源管理體系和方法。大氣污染問題，也可以說是大氣環境資源的消耗問題。大氣污染程度并不取決于污染物的絕對排放量，而取決于大氣環境資源的消耗情況。大氣污染治理，實際上應該是大氣環境資源管理。明確大氣環境資源的概念，有利于轉變目前大氣污染以治理為主的思路，建立以大氣環境自然特征為核心的大氣環境資源管理為主的思路。

就大氣環境自然特征與大氣污染之間的關系而言，相關概念有大氣吸收能力、大氣環境承載力、大氣環境容量、納污能力等[3-5]。然而，無論是大氣環境承載力，還是大氣環境容量和納污能力，都側重于對大氣環境閾值的描述，即將大氣環境特征與大氣污染程度混在一起考慮，本質上都是從大氣污染結果角度出發，進而估算污染物排放增減對大氣污染的邊際影響，體現的是余量的概念，而并非是真實的大氣環境容量或大氣環境承載力[6-7]。也就是說，當前對大氣環境承載力、大氣環境容量以及大氣納污能力的研究，并未考慮大氣環境的初始（自然）狀態，而是直接從大氣環境現實狀況（已污染狀態）出發，評估污染物增減量的影響，并將增減量所反映的結果看作是現實的大氣環境承載力或大氣的納污能力，實際上它所代表的更多意義上是剩余的承載力（余量或納污能力）。這種思維方式在很大程度上混淆了大氣污染狀況與大氣環境自然特征本身的關系，不利于從根本上厘清大氣環境異質性的問題。

大氣環境的異質性，既包括時間上的異質性，也包括空間上的異質性，對于大氣污染而言應該是一個外生變量。大氣環境為污染物排放提供空間，大氣環境的空間異質性意味著相同的污染物排放強度，在不同的空間排放，造成的結果不同。大氣環境的時間異質性則意味著相同的污染物排放強度，在不同的時間排放，造成的結果也不同[8]。理論上講，大氣環境作為一種資源要注意三個條件：1）異質性，不同地區的大氣環境存在差別，不同時間的大氣環境也存在差別；2）稀缺性，大氣環境必須能夠成為某種邊際成本不為零的要素；3）可配置性，只有可以實現配置，其作為資源的意義才存在。

具體而言，大氣環境資源的三個條件主要是從經濟學方面考慮的。通常情況下，只要一種物品具備了稀缺性特征，在經濟學上就可以稱之為資源。稀缺性包括兩層含義：一是有用性；二是有限性。比如，煤炭、石油、天然氣可以發電、也可以作為能源和化工原料，然后為人類服務，這是有用性的體現。同時，煤炭、石油、天然氣的儲量有限、開采條件復雜，不可能無成本獲得，這是有限性的體現。進一步考慮，假定獲取資源（煤炭、石油、天然氣）的成本是明確的，則還要考慮另外一個問題，即如何讓資源的有用性發揮到最大，這是經濟學研究的核心問題——資源高效配置。至于如何進行高效配置，相關的論述非常多，這里不再做過多說明。

對于大氣環境來說，有用性主要體現在對污染物的清除能力方面，有限性則體現在清除能力是有限的，不可能無限大。因為大氣環境對污染物的影響能力有限，當污染物排放達到一定強度時，就會超出大氣環境的清除能力。這時候，如果繼續增加污染物的排放，就不得不承受污染帶來的損失（人類健康、動植物或資產損害），或者以犧牲經濟增長的方式控制污染物排放強度來獲得理想的大氣環境。換句話說，大氣環境對污染物的清除能力不能無限供應，使得大氣環境成為經濟活動的一個投入要素，是有價的，這就是大氣環境的稀缺性特征。如何讓大氣環境資源的有用性發揮到最大，就需要對其進行經濟上的安排，即高效配置。假如生產1噸有機溶劑產生的污染物和生產2噸塑料產生的污染物需要消耗的大氣環境資源（清除能力）是一樣的，在大氣環境資源有限的情況下，如何安排有機溶劑和塑料的生產量，則需要考慮在大氣環境資源約束條件下的成本收益最大化問題。大氣環境資源的配置，實際上也可以看作是污染物清除能力的配置，有限的清除能力，怎么才能達到效用的最大化，自然是優先清除那些經濟收益高的污染物。比如道路揚塵與硅酸鹽工業相比，自然是優先讓硅酸鹽工業排放，然后把硅酸鹽工業的增加值分出一部分來治理道路揚塵，其經濟結果要優于硅酸鹽工業的停產限產。所以，大氣環境資源的可配置性，主要是指如何最大化地利用大氣環境的清除能力。

異質性是大氣環境資源一個獨有特征，這一特征主要源于大氣環境對污染物清除能力的時空變化方面。大氣環境資源既不像石油、煤炭、天然氣，也不像水和土地，這些資源都有其固定的形態，石油煤炭天然氣開采出來，可以運送到最需要的地方進行利用，土地為生產生活提供物理空間，其形態明確。大氣環境資源則不同，其隨時空不斷發生變化。就其時間特征而言，同一個地方，不同時間的大氣環境所產生的清除能力不同，所以其大氣環境資源量也不同。就其空間特征而言，不同地方，一個周期內（如1 a）大氣環境所產生的清除能力的總量不同。因此，大氣環境資源的異質性特征，還可以表述為空間特征、實時性和周期性特征。

概括起來，大氣環境在現階段成為一種資源的基本邏輯可以表述為：由于自然地理條件和氣象氣候特征的差異，不同地區、不同時間的大氣環境具有明顯的差別。隨著人類社會的不斷進步，清潔大氣環境不能無限供應，邊際成本不再為零，有限的大氣清潔能力，可以通過時間和空間的優化配置產生更高的經濟效益，大氣環境成為一種資源。與其他資源相比，大氣環境資源具有異質性的特征，使其優化配置過程顯得更為復雜。本文從這一思路出發，針對大氣環境的初始狀態建立模型，將大氣環境的自然特征和污染物排放看作是兩個獨立的變量，通過對大氣環境異質性的量化，實現對大氣污染結果的解析，并以此構建出一個基于大氣環境異質性的大氣環境資源管理基本框架。

1 基本模型

首先，考慮大氣環境的初始狀態，即沒有污染源排放的狀態。這種狀態包含兩層含義：一是大氣環境中沒有污染物，即大氣環境中的成分相對穩定且污染物含量不顯著；二是大氣環境時刻處于變化中，即流動性（風、湍流）、氣壓、濕度、溫度等大氣環境要素的變動性，也就是通常意義上的氣象條件變化。然后，再考慮污染物的排放過程，人為的或自然過程都會產生一些不屬于大氣環境本身的成分并被釋放到大氣環境中，這個過程便是污染物排放。污染物進入大氣環境后，大致經歷擴散、搬運、沉降、清除等一系列過程，最后離開大氣，回到地面、水體、動植物表面等。

大氣污染物一般以氣溶膠狀態或者氣體狀態存在。氣溶膠類污染物如粉塵、煙、飛灰等，氣體狀態類污染物則有二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、氣態有機物等。無論是氣溶膠類污染物，還是氣體狀態類污染物，都有源頭，這些污染物在被源頭釋放以后，其初始濃度通常都要高于周圍環境幾十倍、上百倍甚至數千倍，形成較高的勢差。在開放的大氣環境下，污染物以分子運動的形式向四周填補空間，單位體積下污染物的含量降低。這個過程可以描述為污染物的擴散過程。污染物的擴散過程，從物理學角度考慮，屬于污染物主動運動的過程。而污染物的搬運過程，則是被動的。大氣被太陽能量推動，時刻處于非靜止狀態。污染物在大氣環境中，會隨著大氣運動產生位移，即被搬運。

短期看，污染物在大氣環境中處于懸浮狀態，不會離開大氣環境。擴散作用使大氣環境中的污染物濃度降低，搬運作用使污染物離開本地，都起到降低大氣污染程度的作用。其實，污染物的懸浮狀態是暫時的，除了部分性質特別穩定的污染物以外，一大部分污染物在大氣環境中會慢慢達到沉降條件，最終在重力影響下向地面回落。污染物的沉降既有外力作用，也有內力作用。外力作用諸如湍流、降水等；內力作用則通過物理化學過程，使污染物重力增加，從而打破懸浮狀態。

對于很多污染物來說，沉降是其進入大氣環境后的必然趨勢。也就是說，長期看，污染物最終必然會離開大氣環境，回到地面。污染物離開大氣環境，最終回答地面、水體、植物表面的過程，可以稱為清除過程。污染物在重力作用下，可以直接回到地面。一些污染物可能被雨水沖刷，混同水流進入土壤、水體等。也有一些污染物可能會被植物吸附，暫時留在植物表面，最后在雨水沖刷下進入土壤，再被植物吸收等等。不管如何，污染物最終離開大氣環境的過程，可以稱為清除過程。

當然，擴散、搬運、沉降和清除過程也是同時進行的，只是活動強度和持續時間不同。例如，污染物進入大氣環境后，擴散過程表現的特別突出，搬運、沉降和清除也在進行，但因為其速度相對較慢，就顯得有些滯后。所以，大多數時候，人們比較關注污染物的擴散作用，甚至直接將有利的氣象條件描述為擴散條件的優劣。事實上，污染物的擴散過程與搬運、沉降和清除過程密切相關，污染物的擴散過程是一個無組織的熱運動過程，遵循高濃度向低濃度進行的規律，且濃度差越大，則擴散效應越強。污染物的搬運、沉降和清除，是產生低濃度大氣環境的過程，這個過程越快，相應地，污染物的擴散效應也就越強，大氣中的污染物濃度也就越低。因此，將這一過程稱為大氣自然凈化過程，而這一過程的快慢，則定義為大氣自然凈化能力的強弱。在不同的氣象條件下，污染物進入大氣環境后，所經歷的擴散、搬運、沉降、清除一系列過程的時間也不相同。這一過程的時間越短，意味著大氣的自然凈化能力越強，這一過程時間越長，則意味著大氣的自然凈化能力越弱。

也就是說，大氣自然凈化能力的強弱，可以用污染物從進入大氣到從大氣中被清除所經歷的時間表示。時間越長，意味著大氣自然凈化能力越弱。大氣自然凈化能力的強弱既是描述大氣環境異質性主要變量，又是衡量大氣環境資源多寡的核心指標，也是連接大氣環境異質性與大氣污染的橋梁。

接下來考慮大氣污染的產生過程。在這個過程中，需要明確三個含義：第一，大氣污染是指大氣環境中的污染物達到一定濃度且持續了一定的時間，濃度閾值和持續時間由人為規定，而非自然標準[9-10]；第二，未進入大氣的污染物或已經從大氣中清除出去的污染物都不會對大氣污染程度產生影響；第三，無論是污染物進入大氣的過程，還是污染物從大氣中被清除的過程，都是連續發生的，只需要關注污染物在大氣環境中的留存量和留存時間，而不需要關注其發生的具體過程。在此基礎上，圖1給出了大氣污染的形成及其與大氣自然凈化能力之間的關系，縱軸代表大氣自然凈化能力和污染物排放強度，橫軸代表時間。其中，綠色的曲線代表大氣自然凈化能力的變化趨勢，紅色的實線代表污染物排放強度的變化。注意，圖1是大氣污染形成過程的示意圖，圖中的曲線變化并無實值含義，變量也無單位，時間軸、大氣自然凈化能力和污染物排放強弱反映的都是其趨勢。例如，當大氣自然凈化能力曲線上升時，就代表此刻大氣自然凈化能力在變強，反之則變弱。

圖1 大氣污染的形成與大氣自然凈化能力之間的關系Fig. 1 The relationship between air pollution and air self-purification

現實中，污染物的排放過程非常復雜，并且存在一定的波動性，但大致可分為兩大類：一是人為源的排放，如工廠、機動車、建筑工地、餐飲油煙、養殖場等；二是自然源的排放，如植被、地面、山體等。這些種類繁多的污染源本身也具有一定的變動性，有時候排放，有時候不排放，有時候排放強度高，有時候排放強度低。比如，行進中的汽車是排放源，而停放的汽車就不是，快速行駛的汽車排放強度低，而堵車時的排放強度就高。總的來說，一個地方的污染物排放強度是一個時刻都在變化的參數。然而，無論是人為源的排放，還是自然源的排放，卻又都具有一定的規律性，其中人為源的規律性一般由本地經濟發展狀況、產業結構、城市建設、居民生產生活習慣等經濟要素決定，而自然源的規律性則由本地自然生態特征決定。因此，宏觀上，污染物的排放強度又可以看作是一個規律波動的參數。天氣變化是一個快速的過程，至少與污染物排放強度的變化相比，天氣變化絕對是一個快變過程，這也就意味著大氣自然凈化能力是一個快變過程。所以，這里假設污染物排放強度是一個低幅波動且慢變的變量（圖1中紅色曲線），相對于大氣自然凈化能力的變化幅度而言，污染物排放強度的波動可以忽略。

從圖1可以看出，只要污染物排放強度超過了大氣自然凈化能力的最小值，大氣環境中的污染物濃度就會出現一個高值且持續一定的時間。假定大氣自然凈化能力的波形不變，隨著污染物排放強度的提升，大氣環境中的污染物濃度的高值就會升高且持續時間也會變長，超過人為規定的閾值時，意味著發生了大氣污染。由于大氣自然凈化能力的波動性，大氣污染并不是時時發生，但隨著污染物排放強度的提高，發生大氣污染的頻次和強度都會增加。從這個角度看，結構性減排的意義非常明顯，污染物排放強度下降，大氣污染發生頻次，污染程度都會下降。

可以將圖1看作是一個基本模型，進而考慮大氣環境資源的管理問題。圖1是一個任意給出的大氣自然凈化能力波形圖。實際上，不同地區的大氣自然凈化能力波形圖都是不同的。正如前面所說，氣象條件的變化在很大程度上決定了大氣自然凈化能力的變化，或者說，每一組氣象條件都有一個大氣自然凈化能力值與之對應。這樣，大氣自然凈化能力的波形也就由一組連續變化的天氣過程所決定。反過來說，一次又一次的天氣過程，構成了連續變化的大氣自然凈化能力曲線。不同地方的天氣過程不同，大氣自然凈化能力曲線自然也不同。圖2給出了A、B兩個地區的大氣自然凈化能力曲線圖，其波動情況本質上由A、B兩地的氣象氣候特征決定。類似地，圖2中的大氣自然凈化能力曲線和污染物排放警戒線也只是示意圖，大致反映其趨勢。為了以示區分，圖2中A、B兩地區的大氣自然凈化能力曲線有明顯差別。A地區的大氣自然凈化能力曲線相對于B地區來說，一直在較高水平波動，雖然有一段時間，B地區的大氣自然凈化能力超過了A地區，但總體來看，B地區的大氣自然凈化能力長期弱于A地區。

假定人為規定A、B兩個地區的大氣污染控制目標相同，比如優良天氣都不能低于90%，但A、B兩個地區的污染物排放警戒線（控制線）則不同。這意味著，想要在A、B兩地獲得相同的空氣質量，B地的排放強度要遠遠低于A地。其實，這種情況很容易理解。以江蘇為例，2016年蘇州的大氣污染物排放總量約為徐州的3倍，但空氣質量整體優于徐州不少；空氣質量最好的鹽城，全年的大氣污染物排放總量卻高于空氣質量較差的宿遷、揚州和泰州；空氣質量略遜于鹽城的南通和連云港兩市，全年的大氣污染物排放總量也處于全省中等水平。類似地，上海的污染物排放量是成都的近6倍，空氣質量卻比成都好很多。珠三角、長三角和京津冀相比，排放強度并不低，但空氣質量卻好很多。

圖2 污染物排放警戒線Fig. 2 Warning line of pollutant emission

由圖2至少可以得出兩個結論：1）大氣污染程度并不取決于污染物的絕對排放量，而是取決于污染物排放強度與大氣自然凈化能力之間的關系，或者說是大氣環境資源的消耗情況；2）想要獲得相同的空氣質量，不同地區的污染物排放強度控制目標不應相同。這兩點是進行大氣環境資源管理的理論基礎。本質上講，大氣污染控制，既不是控制空氣質量，也不是控制污染物排放總量，而是根據大氣環境的管理目標，協調污染物排放強度與大氣自然凈化能力之間的關系。短期看，大氣污染控制的任務是根據大氣自然凈化能力對污染物排放進行時間調控；長期看，大氣污染控制的任務是根據大氣環境資源的多寡對污染物排放進行空間調控。

2 大氣環境資源的分級管理

大氣污染產生的根本原因是污染物排放強度超越了大氣自然凈化能力，這一點很容易從圖1看出來。同樣，污染物排放強度對大氣自然凈化能力的超越程度也就決定了大氣污染的程度。對于現實的大氣污染防治工作來說，其核心任務是將空氣質量控制在一定水平上，不至于惡化，或者是給空氣質量制定一個目標，然后通過減排活動，逐步實現空氣質量的持續改善，直到達到既定目標。減少排放對大氣污染防治工作的作用非常明顯，同樣可以從圖1看出。在圖1中，由于大氣自然凈化能力曲線是已知的，所以很容易計算出減少排放對空氣質量改善的作用。試想一下，如果沒有大氣自然凈化能力的相關信息，純粹從減少排放角度去估算空氣質量的改善程度，則會出現很大的誤差。

如前文所述，關于大氣環境吸收能力、大氣環境承載力、大氣環境容量和大氣納污能力的研究，多注重對污染物排放增減量與大氣污染程度變化之間的關系研究，進而推算大氣環境還有多少余量或承載力。其實，這種推算方法存在一定的問題。首先，大氣自然凈化能力的波形變化不是均勻的，由此決定污染物排放強度對于大氣自然凈化能力超越所帶來的大氣污染程度的變化也不是均勻的。其次，不同地區的大氣自然凈化能力曲線不同，污染物排放強度不同，由此產生的大氣污染程度也不同，根據邊際變化量得出的污染物排放與空氣質量改善之間的關系圖譜，只適用于當前短時間的大氣污染防治工作，不能作為大氣污染防治工作的戰略依據。

當然，在實際工作中，可以采用減排與空氣質量循環對比，依次迭代的方法，使其趨近大氣自然凈化能力波形的真實情況。這種方式的問題不在于最終結果是否是有偏的，而在于這種方式的執行成本會很高。一方面，污染源類型太多，特征太復雜，很難實現對它們的精確統計，從而導致對減排工作的評估存在較大誤差；另一方面，由于氣象條件的變動性和氣候特征的波動性，在不精確掌握大氣環境變化規律的情況下，直接使用空氣質量數據結果來判斷，誤差也非常大。兩方面導致看似合理的方法，在執行過程中卻十分費力，甚至很多時候還會出現相反的結果。比如，污染物排放有了明顯的減少，但空氣質量非但沒有變好，反而變差了。這種情況在實際工作中比較常見，究其原因，就是上述兩個方面：污染排放統計誤差和氣象變化干擾。因此，僅僅根據污染物排放情況和空氣質量情況來制定大氣污染控制目標的做法實用性和準確性較差，成本較高，這是當前大氣污染防治工作中面臨的主要問題。

圖3 大氣環境資源的分級管理思路Fig. 3 Level-to-level administration on atmospheric environmental resources

類似地，圖3給出了大氣環境資源的分級管理思路（示意圖），即根據大氣自然凈化能力曲線波形，結合經濟發展的實際情況，制定大氣污染防治目標。在圖3中，假定大氣自然凈化能力曲線已知，可以看出，在大氣污染的超重階段，污染物排放強度對大氣自然凈化能力的超越很大。甚至有超過70%以上的時間，污染物排放強度都超過了大氣自然凈化能力，這個階段的大氣污染很重，重污染天氣很多，幾乎每天都是污染狀態，只不過污染程度不同而已。2015年之前的華北地區，可以大致看作是這個階段。隨著對大氣污染防治工作的重視，結構性減排的實施，會迅速將污染物排放強度從超重污染階段平移至較重污染階段。污染物排放強度從超重階段向較重階段的轉變過程，空氣質量會出現明顯的改變，對于這一過程來說，污染物排放減少的邊際效應明顯。2016—2018年，大致可以看作是這個階段，隨著污染物排放大幅度削減，我國重點區域的空氣質量有了明顯的改善。

目前，我國的大部分地區，大氣污染狀況正處于較重污染和發展級目標之間。在這一階段，由于污染物的結構性減排已經完成，區域內的強污染源已經減少了很多，空氣質量較之前有了明顯的改善，污染物排放類型從強源模式轉向弱源模式，大氣污染防治工作進入深水區，治理的技術難度越來越大。一方面，弱源的減排工作實施難度較大，由于弱源種類繁多，特征極其復雜，很難像結構性減排那樣快速推進，只能由淺入深，逐步實施；另一方面，隨著強源的減少，自然源排放和大氣環境變化對空氣質量的影響越來越顯著，現有的工作思路已經難以全面解釋污染物排放控制與空氣質量改善之間的關系。

從現在的工作難點看，圖3所示的思路具有一定的戰略意義，為未來的大氣污染防治工作提供了一個重要的參考依據。首先，回到大氣污染問題的本質，大氣污染防治工作的核心依據仍然是處理好污染物排放與大氣自然凈化能力之間的關系。空氣質量只是大氣污染的結果，其主要是由污染物排放超越大氣自然凈化能力的程度決定的。所以，無論是哪一個階段的大氣污染，都不應該脫離大氣自然凈化能力曲線這一因素。其次，大氣污染控制應該有明確的目標性，這個目標性既可以是空氣質量改善目標，也可以是污染物減排目標。但無論是哪一個目標，其核心都是一個成本問題，污染物減少排放意味著經濟損失，空氣質量改善目標的實現，意味著對應經濟成本的支付。從某種意義上說，污染權就是發展權，在大氣污染防治工作中，需要平衡這種關系。圖3所示的大氣環境資源分級管理思路，給出了一種經濟性的選擇。

對于任何一個地區來說，只要給出了大氣自然凈化能力曲線，就可以制定相應的大氣污染防治目標。如果希望空氣質量達到生態保護區一級，那么就可以直接根據大氣自然凈化能力曲線，確定污染物排放強度。反過來說，只要在本地區，將污染物排放強度控制在生態級以下，就可以獲得生態級的空氣質量。這種方式顯得更直接，更有效。當然，對于不同地區來說，由于大氣自然凈化能力曲線不一樣，生態級污染物排放強度的控制目標也不一樣，這就是不同地區大氣環境差異化管理的基本原理。相應地，根據本地區的經濟社會發展目標，可以有選擇地將大氣污染防治目標定在生態級、宜居級或發展級。

大氣環境資源的分級管理思路具有以下幾個優點：第一，大氣環境資源分級管理的基本依據是本地大氣自然凈化能力曲線，也即大氣環境資源的多寡程度，它先不考慮本地大氣污染的實際狀況，而是直接從本地大氣環境的自然特征出發，將大氣環境看作是一個外生變量；第二，根據大氣自然凈化能力曲線，可以將大氣污染防治目標直接轉換成污染物排放控制目標，與依據空氣質量現狀制定污染物排放控制目標的方式相比，這種方式直接剝離了氣象氣候因素的干擾；第三，大氣污染控制目標應該是一種經濟選擇，根據本地社會經濟發展狀況和本地大氣環境資源特征，選擇適合本地的大氣污染控制目標，可以實現差異化管理；第四，可以將污染物排放總量控制思路，轉變成大氣環境資源管理思路，控制污染物排放總量不是目的，控制大氣環境資源的消耗量才是目的；第五，大氣環境資源的分級管理，為污染物排放的時空優化配置提供了依據。在對比不同地區大氣環境資源多寡的基礎上，可以根據大氣環境資源的消耗情況，進行污染物排放的時間和空間調整，以更充分地利用自然條件，在不減少排放的情況下，改善大氣環境狀況。

3 大氣自然凈化能力監測與平衡排放法

大氣環境資源管理的重點是大氣自然凈化能力曲線波形的監測，即一個地區的大氣環境異質性特征所決定的大氣自然凈化能力的連續變化情況。根據基本模型的定義，大氣自然凈化能力可以用污染物從進入大氣環境到被從大氣環境中清除所經歷的時間表示。如果用t表示這個時間，則可以得出如下方程：

其中，f為t的函數形式，xi表示影響t的一類因子，yi表示影響t的另一類因子，依次類推。對應于大氣環境的自然狀況，xi可以看作是時刻變化的氣象參數，yi可以看作是地形地貌和經緯度等固定參數。因此，可以對f做一個近似形變，F、T、P、RH分別代表大氣環境的風速、氣溫、大氣壓強、相對濕度等。同時，可以對位置信息、地形地貌、氣象氣候特征等進行定參數處理，最終得出一個關于t的模型，代入這些參數，便可以得到一個相應的t值，t值越小，說明大氣自然凈化能力越強，反之則越弱。

實際操作中，計算t值的過程相對復雜，且不容易得出準確的結論。為了方便應用，可以對上述方程進行歸一化處理，即不計算t的具體值，而只對不同狀態下的t值進行排序，最終得到一個大氣自然凈化能力的標準排序，這就是大氣自然凈化能力指數（Air selfpurification index，ASPI）模型。

準確地說，ASPI是對超近地面（一般30 m以下）大氣自然凈化能力強弱的標準化排序，無量綱，用0～100的實數表示。ASPI只體現大氣自然凈化能力的序數關系，ASPI的值越大，大氣的自然凈化能力就越強，反之就越弱。ASPI模型的基本原理如下：首先，使用計量模型和大數據分析方法，對氣象歷史數據、空氣質量歷史數據和自然地理條件進行經驗分析，反復計算查找影響空氣質量的主要氣象因子，并對其進行貢獻排序；其次，將氣象因子的貢獻轉化為大氣自然凈化過程的時間影響程度；第三，將轉化后的氣象因子作為自變量引入方程，同時將自然地理條件固化為可變常參數，方程的左邊為污染物在此大氣環境狀態下從進入到被清除過程所經歷的時間，右側為氣象因子和可變常參數；第四，對大氣自然凈化過程時間進行標準化處理，變成0～100的實數。

ASPI模型是一個經驗模型，它大致描述了不同地區、不同時間、不同氣象條件下，大氣自然凈化污染物的能力強弱。利用這一模型，輸入氣象歷史數據、地理信息數據和常參數數據，就可以計算該地區某一時間點的大氣自然凈化能力強弱，也可以評估某一時間段，該地區的大氣自然凈化能力的整體情況。因此，利用ASPI模型，可以實現對不同地區大氣自然凈化能力的實時監測。

嚴格來說，大氣自然凈化能力反映的是大氣環境清除污染物的能力，但并不能夠完全反映大氣環境與污染物的作用過程，除了大氣環境對污染物的清除作用外，污染物進入大氣環境后，還有一個化學過程，這個過程通常被成為二次污染物生成過程。從結果看，二次污染物的生成過程，相當于給污染物排放加了一個強化系數，即在原排放基礎上，強度被放大了一些。具體放大了多少，則由大氣環境的狀態決定，從這個角度看，不同大氣環境條件下的二次污染物生成狀況，也是影響大氣污染的一個重要因子。為了更全面地反映大氣環境資源的狀況，除了大氣自然凈化能力這個主要因素外，也應該考慮二次污染物生成效率與大氣環境自然特征之間的關系。當然，按照本文的思路，大氣環境的二次污染物生成效率特征，也可以看作是一個獨立的外生變量，然后將這個外生變量作為影響污染物排放的增強系數進行計算。這種處理方式的優勢是，大氣環境的二次污染物生成效率特征，只相當于增加了污染物的排放強度，并不影響圖1所示模型的分析結果。有關二次污染物生成效率的模型，也可以做類似的處理，這里不再贅述。

實現了對大氣自然凈化能力強弱的排序，圖3所示的大氣環境資源的分級管理就具備了可操作性。對于任何一個地方來說，都可以通過實際監測或者調用歷史氣象數據，然后根據ASPI模型計算出該地的ASPI曲線。根據不同地方的ASPI曲線，很容易畫出本地的大氣污染防治目標所對應的污染物排放強度控制線。然而，這條控制線只是理論上的，在實際工作中，無論是發展級控制目標，還是生態級控制目標，都需要將對應的ASPI曲線轉換成排放強度曲線，只有這樣才能成為大氣污染控制的可執行目標，而這個轉換過程，可以稱之為平衡排放法。

在理解平衡排放法之前，首先要說明一下等污染曲線的概念。等污染曲線的思想來源于經濟學原理中的等效用曲線（圖4），它表示一組排放強度（無量綱、數值大小代表強弱）與大氣自然凈化能力（無量綱、數值大小代表強弱）的組合，這條曲線上的任一點，都代表一個排放強度和一個與之相對應的大氣自然凈化能力，這些點所產生的大氣污染程度是一樣的，因此被稱為等污染曲線。在圖4所表示的二維空間中，實際上充滿了無數條等污染曲線，這些曲線密布排列卻不重合，它們的含義是，想得到同一程度的污染，有多少種排放與大氣自然凈化能力之間的組合關系。

等污染曲線可以作為短期空氣質量調控的主要依據，也可以作為錯峰生產和臨時措施的參考。對于任何一個地方（城市）來說，如果通過ASPI監測已經掌握了本地的大氣自然凈化能力曲線，然后再結合本地的空氣質量監測數據，就可以繪制本地的等污染曲線，當大氣自然凈化能力下降時，為了避免空氣質量惡化，應該相應地減少排放。近來年，北方地區秋冬季節的大氣污染防控措施，實際上采用的就是等污染曲線的思路，雖然并沒有采用精準的大氣自然凈化能力監測數據，但根據經驗，秋冬季節的防控仍同比進行了大幅度減排，以避免造成秋冬季的重污染。

圖4 等污染曲線示意圖Fig. 4 Equal pollution curve

長期看，等污染曲線暗含了一個重要的技術參數，即污染物的排放平衡點問題，這也是平衡排放法的基礎。污染物排放平衡點是指污染物排放強度正好等于大氣自然凈化能力時，所對應的大氣自然凈化能力指數值。污染物排放平衡點具有如下三個含義：1）此時的污染物排放正好被大氣環境完全凈化掉；2）此時的空氣質量處于平衡狀態，既不惡化，也不好轉；3）空氣質量處于穩定狀況，則意味著污染物排放強度處于平衡態。這就好比是一個水池，污染物排放是進水管，大氣自然凈化是出水管，水池的水深是空氣質量。如果水池的水深不變，意味著進水量等于出水量。如果進水管太多，進水量不好統計，但出水量容易統計，這時就可以利用進水量等于出水量的關系，用出水量表示進水量。也就是說，可以利用大氣自然凈化能力與污染物排放的平衡關系，估算污染物的實際排放強度。

現實中，由于污染源種類繁多，活動水平復雜，估算實際排放強度是最大的難題。宏觀上，污染物排放平衡點，可以作為估算實際排放的主要理論依據。根據污染物排放平衡點的三個含義，結合空氣質量監測數據，選取空氣質量波動不大的時段，利用大氣自然凈化能力監測數據，可以估算實際排放強度，綜合評價一個地區的實際排放。

通過圖5所示的排放平衡點統計圖可以來理解實際排放的估算方法。對于某個地方來說，當污染物排放處于平衡時，則空氣質量保持不變。對一個地方進行一個周期的觀測，可以將空氣質量保持不變的時段選出，同時將對應時段的ASPI數據也列出，就可以繪制出如圖5所示的統計圖。

圖5 排放平衡點統計Fig. 5 The statistics of equilibrium point of pollutant emission

基于如下假設，可以根據圖5對一個地方的排放平衡點進行估計。其假設條件如下：1）人為排放源排放規律由人類活動規律決定，如上下班、出行等；2）大氣自然凈化能力的變化規律由氣象變化規律決定，如刮風下雨等；3）空氣質量反映了污染物排放與大氣自然凈化能力之間的對應關系；4）污染源排放強度=大氣自然凈化能力的情況是一個隨機事件E；5）一個時間周期內（如一月、一季度、一年）的所有隨機事件E組成一個樣本，該樣本均值約等于總體均值；6）樣本中大氣自然凈化能力的均值，即為排放平衡點。

也就是說，雖然不能準確地計算一個地區的實際排放強度，但是可以計算出一個地區的實際排放強度需要多大的大氣自然凈化能力才能保持空氣質量不惡化，這是進行污染物真實排放強度估算的主要理論依據。

為了比較不同地區的污染物實際排放強度的差異，可以通過繪制排放平衡點曲線實現（圖6）。首先，對不同地區統一進行空氣質量和大氣自然凈化能力監測。然后根據監測數據，對每個地區的排放平衡點進行樣本統計（圖5）。其次，對樣本求均值，得到ASPI均值，代表該地區的實際排放強度。第三，對所有地區的ASPI均值進行排序，繪制如圖6所示的排放平衡點曲線。對于不同的地區來說，其ASPI均值越大，即越靠近曲線的右側，說明該地區的實際排放強度越大。

圖6 排放平衡點曲線Fig. 6 Equilibrium point curve

通過對一個地方的排放平衡點計算，可以反映該地的實際排放強度，從而就能對圖3所示的大氣環境資源分級管理思路進行實際操作。一方面，通過對一個地區的大氣自然凈化能力進行實時監測，繪制出該地的ASPI曲線圖，并進行數據統計；另一方面，計算該地的排放平衡點，估算實際排放強度。下面通過一個案例來說明這一問題，對某地的ASPI進行統計，其分位數如下（表1）。

表1 某地大氣自然凈化能力指數ASPI統計Table 1 A case of the statistics of ASPI

如果人為規定，當污染物排放強度低于大氣自然凈化能力指數的10%分位數時，大氣環境資源管理的目標為生態級；低于大氣自然凈化能力指數的25%分位數時，大氣環境資源管理的目標為宜居級；低于大氣自然凈化能力指數的50%分位數時，大氣環境資源管理的目標為發展級。通過排放平衡點估算，發現該地的排放平衡點為39.48，則意味著該地的實際排放仍超過發展級水平，隨著污染物排放控制水平的提高，該地的排放平衡點下降到38.82以下，則意味著該地的大氣污染防治水平已經達到發展級，可以進一步將控制目標提升至宜居級。

可以看出，平衡排放法是基于大氣自然凈化能力指數監測的一種污染物排放強度估算方法，其優勢有四個：第一，無需要進行污染源排放統計，也不需要進行污染源和污染物的詳細分類和監測，節省了大量的成本；第二，平衡排放法是一種間接方法，利用大氣自然凈化能力與污染排放的平衡關系，不僅提高了準度，還解決了隱藏源、自然源的排放情況難以測定的問題，是一種比較便捷的宏觀估算方法；第三，平衡排放法很容易與大氣環境資源的分級管理思想相結合，是一種可以實際操作的方法；第四，平衡排放法可以對不同地方的實際排放情況進行比較，標準相對統一，客觀性較強。

4 結論與展望

從大氣環境的自然特征出發，大氣污染防治工作實際上應該是對大氣環境資源的管理。大氣污染工作從治理轉向管理，是一種思路的轉變。大氣環境資源概念及其管理框架的確立，有助于提升大氣污染防治水平。將大氣環境看作是一種資源，參與到經濟要素的優化配置中來，是平衡經濟發展與大氣環境保護的重要手段，具有重要的戰略意義。

第一，在大氣環境資源管理視角下，異質性的大氣環境，意味著不同地區大氣環境資源的多寡。中國幅員遼闊，自然地理條件和氣象氣候特征明顯，大氣環境資源差異顯著，空間優化配置的潛力很大。由于歷史原因，中國的大部分城市在內陸地區孕育，沿海城市到了近代才有一定程度的發展。而內陸的大部分城市，多布局在大氣環境資源相對匱乏的位置。新中國成立后的工業發展，很多是在原有城市的基礎上進行的，這就造成傳統污染產業多布局在大氣環境資源匱乏的地區。由于推動產業空間移動的主要因素是區位稟賦，包括勞動力資源、基礎設施建設、資源價格以及環境政策等，近幾十年，東部發達地區的經濟增長快，以總量參考為核心的大氣環境政策越來越嚴厲，中西部地區出現明顯的比較優勢。從而導致污染產業有繼續向大氣環境資源匱乏地區集中的趨勢。如果不進行調控，污染產業就會出現空間上的強化效應，增加空氣污染。根據大氣環境資源狀況科學調控產業的空間布局，顯得十分必要。

第二，隨著大氣污染防治工作的不斷深入，特別是2013年底以來，中國的大氣污染治理工作思路從總量控制轉向空氣質量控制，為大氣環境資源管理提供了契機。總量控制的工作思路暗含了一個前提，即大氣環境不存在空間上的異質性，不同地區的大氣環境性質相似，至少其對大氣污染的影響不存在顯著差別。在以空氣質量控制為核心的工作思路下，大氣環境異質性的作用凸顯出來。結果導向，精準治理，實際上就是做好大氣環境資源的時空優化配置，以最小的代價，獲得最大的效益。大氣環境資源管理的核心思路是對大氣自然凈化能力變化過程的精細統計，從而得出大氣自然凈化能力的周期性規律，并在此基礎進行大氣環境資源的分級管理。排放平衡法為污染物排放提供了一種便捷的宏觀估計方法，具有一定的實踐意義。

第三，大氣污染防治與經濟發展不是一組不可調和的矛盾，而應該是一種權衡取舍。清潔空氣是有價的，其價格取決于對清潔空氣的需求彈性，而不是清潔空氣本身的效用。從某種意義上說，大氣污染治理是一種經濟活動，治理目標是經濟平衡的結果。建立大氣環境資源管理的基本框架，在未來的大氣污染防治工作中，可以根據本地經濟發展狀況制定合適的大氣污染控制目標，最大限度地利用大氣環境的自然特征，實現對大氣環境資源的時空優化配置，減少大氣污染防治成本。