京津冀及周边地区空气重污染原因渐明

在蓝天保卫战中精准决策、奋力拼搏

近年来,京津冀及周边地区经历了持续时间长、规模大、重的区域污染过程,引起社会广泛关注。

过去几年,特别是2017年以来,近2000名专家联合攻关,为空气污染“找根源”,在科学诊断的基础上“开药”。 关键问题研究取得了哪些新的突破和发现? 蓝天防御的策略是否会相应调整? 本报记者专访了国家大气污染防治联合中心、生态环境部、中国气象局的相关专家和负责人。

空气重度污染的原因是什么?

近2000名专家联手攻关,精准定位京津冀大气污染“根源”。

2017年4月,国务院常务会议确定,由原环境保护部(现生态环境部)牵头,科技部、中科院、农业部、工业部等部门共同协作。信息化、气象、卫生、大专院校等部门和单位,瞄准京津冀及周边地区。 深入开展秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放控制技术研究,设立专项资金5.75亿元。 原环保部随后按照“1+X”模式成立了国家大气污染防治联合中心,并组建了由200多个单位、近2000人组成的科技攻关团队。

“该研究项目实现了机制体系、‘一城一策’站跟踪研究、数据资源共享三大创新。” 生态环境部科技与财政司司长邹守民表示,800多名科研人员深入京津冀及“2+26”城市的空气污染情况对周边地区输电通道进行了长期的台站研究和技术指导。 每个城市布置3-5个采样点,共计109个采样点。 2017-2018年秋冬季进行了连续采样。 采样,共采集样品约2.6万个,完成了这些城市2017-2018年秋冬季颗粒物来源分析研究。

联合研究中心建成了天地空立体综合观测网络。 通过现场观测、室内分析、数值模拟等综合研究方法,基本明确了京津冀及周边地区大气重污染的原因,实现了重污染的治理。 过程的精细定量描述。

那么,京津冀地区空气重污染的“根源”是什么?

“京津冀及周边地区空气重污染是污染物局部积累、区域传输和二次转化综合作用的结果。” 中国工程院院士、北京大学教授张远航表示,“污染排放强度远远超过环境承载能力,是造成大气重污染的主要原因,不良气象造成的污染快速积累”条件是诱因,大气氧化驱动的二次转化是污染积累过程中颗粒物爆发式增长的驱动力。”

这个结论并不奇怪。 但这一次,专家们的“看、听、问、分析”比以前更详细,找到“原因”也更准确。

中国工程院院士、清华大学教授郝继明表示,大气污染物高强度排放是京津冀及周边地区秋冬季大气污染的主要原因。 研究项目将网格化管理与区县乡调查相结合,在大量调查和实测的基础上,编制了“2+26”城市精细化大气污染源排放清单。 该清单包括10类排放源、9类污染物,共涉及各行业8.6万个工业点源和10.6万家餐饮企业,极大提高了该地区大气污染源排放清单的准确性。

——看污染源:燃煤、工业、机动车、扬尘是四大污染源,占比90%左右。

——看排放强度:该地区产业结构较为重型,能源结构以煤炭为主,交通结构以公路为主。 钢铁、焦炭、玻璃、原材料等产量占全国单位土地面积煤炭消耗总量的40%以上。 这是全国平均水平的四倍。 80%的散装物料采用柴油卡车运输,排放强度高。

——看时间分布:受供暖影响,该地区秋冬季PM2.5及有机碳、黑碳等成分月平均排放水平是非常年的1.5-4倍。采暖季,而保定、濮阳、太原、阳泉、长治、晋城等大宗煤炭消耗城市,秋冬季以上污染物排放水平较高。

——看行业分布:钢铁、焦化行业主要分布在唐山及晋冀鲁豫交界地区,玻璃行业集中在邢台、淄博等地,石化、化工行业主要集中在淄博、天津、沧州、石家庄等地。

联合研究的一大突破是实现了重污染过程的精细化定量描述。

中国环境科学院联合研究中心副主任、大气环境首席科学家柴发河告诉记者,2015年以来,京津冀及周边地区重污染过程的频率、持续时间和峰值各地区均呈现下降趋势。 2017年10月至今年3月初,京津冀及周边地区共发生区域性重污染过程23次。 联合研究中心对23个污染过程进行了详细、定量分析,对整个污染过程的污染物成分和源数据进行了一一分析比对。

以今年1月10日至14日污染期间北京空气质量变化为例,10日至12日晚PM2.5浓度快速上升。 专家利用空气质量模型进行模拟,结果显示,西南通道污染物输送的“贡献”最大。 此外,12日晚北京污染最严重期间,硝酸盐、硫酸盐、铵盐浓度明显上升,占总量的50%以上。 这说明北京及周边地区气态污染物的二次转化也是推高北京PM2.5浓度的关键因素。 气态污染物的二次转化是指大气中二氧化硫、氮氧化物等气态污染物发生氧化等化学反应,形成硝酸盐、硫酸盐等PM2.5的主要成分。

气象条件与空气重污染有何关系?

研究专家利用多个模型系统分析了2000年至2017年气象条件对空气质量的影响。结果显示,由于气象条件的年际差异,“2+26”PM2.5年均浓度京津冀及周边地区城市波动最高达10%,个别城市最高达15%; 由于气象条件的月际差异,城市PM2.5浓度月均波动超过30%。

中国工程院院士、中国气象科学院研究员徐向德,中国气象科学院大气成分研究所所长王亚强,国家气候中心研究员刘彦举组成气象科研团队针对这一问题进行了深入研究。

徐向德介绍,京津冀及周边地区地处太行山东侧、燕山南侧的半封闭地形。 它们受到青藏高原大地形的“背风坡”效应造成的下沉气流和“弱风效应”的影响。 京津冀及周边地区冬季是显着下沉气流区,不利于大气对流、扩散和污染物去除。 该地区是我国冬季空气污染最重、季节差异最显着的地区。 PM2.5浓度普遍较高,冬季污染最严重,秋季和春季次之,夏季最轻。

“从目前的统计分析结果来看,在京津冀及周边地区,满足以下条件时,就可能出现局部累积重污染:风速小于2米/秒,对生态极为不利。污染物的水平扩散;大气处于静止稳定状态,垂直扩散能力差;近地面温度倒转,混合层高度小于500米;大气相对湿度达到 60% 以上,导致气态前体加速转化为颗粒物。” 徐向德说,“在大气污染过程中,污染积累到一定程度,也会导致气象条件进一步恶化,重污染与不良气象条件之间形成显着的‘双向反馈’效应。”

污染物成分出现哪些新趋势?

PM2.5成分发生明显变化,专家探索将城市空气污染分为6类

空气污染的“根源”是排放,天气是诱因,颗粒物复杂的二次转化是催化剂。 重污染天气的首要污染物多为PM2.5。 这种直径小于等于2.5微米(小于人头发丝直径的1/20)的颗粒物主要成分是什么,它们来自哪里? 这是您在对症下药时需要了解的事情。

重点攻关研究显示,2017年“2+26”城市二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、可吸入颗粒物(PM10)、挥发性有机物、氨气、一氧化碳等污染物排放量下降6%同比增长%至31%。 其中,二氧化硫排放量下降幅度最大,氨气排放量下降幅度最小。

2017-2018年采暖季,“2+26”城市PM2.5平均浓度为85微克/立方米,其中有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐等主要成分占28 % 分别。 、19%、12%和11%。 这揭示了京津冀及周边地区大气PM2.5化学特征发生了显着变化。 2018年11月至今年2月主要监测点在线测量结果再次证实了这一变化规律。

——有机质比重不断下降。

在PM2.5成分“黑名单”中,有机物位列第一。 目前,正在测量的有机化合物有100多种,主要来自散装煤炭燃烧、机动车尾气等一次排放,以及挥发性有机化合物的二次转化。 随着散煤燃烧等排放得到有效控制,有机化合物比例不断下降。

——硫酸盐浓度和比重显着降低。

二氧化硫作为大气主要污染物之一,是造成酸雨的重要因素,曾是PM2.5二次生成的主要来源。 许多地区一直把控制二氧化硫排放总量作为大气污染治理的重中之重。 专家认为,京津冀及周边地区散煤、燃煤锅炉和“散乱污”企业“双替代”成效显着,硫酸盐浓度和比例明显降低。

——硝酸盐污染十分突出。

观测期间数据分析显示,京津冀及周边地区硝酸盐区域污染十分突出。 硝酸盐的绝对浓度和比例大大超过硫酸盐,成为PM2.5中最重要的次要无机成分。 其浓度快速上升,成为PM2.5爆发式增长的关键因素之一。 由此可见,加强氮氧化物的控制非常重要和紧迫。

中国环境科学研究院研究员薛志刚告诉记者,“2+26”城市氮氧化物最主要的来源是道路移动源,即机动车,占比32%; 非道路移动源有工程机械、农业机械、船舶。 飞机及飞机排放量占比17%; 电力、供热行业排放量占17%; 其他行业排放量占20%。 抢占重点领域,推进氮氧化物减排成为当务之急。

——铵盐排放需要关注。

铵盐在PM2.5成分“黑名单”中排名第四。 联合研究专家、中国农业大学教授刘学军表示,铵盐主要是由氨气经二次转化而得。 其主要来源是农业氨排放,占比高达85%,其中畜禽养殖占57%,氮肥使用占20%。 %。 从时间分布来看,氨氮排放量秋冬季低,夏季高。 此外,秸秆焚烧、垃圾填埋场、污水处理厂等生物质燃烧也会造成氨排放。

每个城市的产业、能源、交通结构不同,城市化水平和消费水平不同,污染呈现出不同的特点。 中国工程院院士、清华大学环境学院院长何克斌表示,根据城市污染源结构特征,“2+26”城市可探索性划分为六种类型:

天津、石家庄、唐山、邯郸、沧州、济南、淄博、安阳等城市划入工业污染综合类; 北京、郑州等城市划分为机动车和溶剂污染类(装饰涂料、干洗剂、发胶、染发剂等); 邢台、太原、长治、阳泉、晋城、聊城、滨州等城市偏煤、焦炭、铁; 廊坊、衡水、济宁、德州、新乡等城市偏溶剂使用; 保定、鹤壁、焦作等城市偏重建材污染; 菏泽、濮阳、开封等城市更加注重农业和石化产业。

区域传播有何影响?

区域传输加剧了污染的快速积累,全年平均“贡献”约为20%至30%。

两年多前,一张在北京西红门拍摄的空气污染团从南方滚滚而来的照片,充斥了很多人的微信朋友圈,至今仍令人印象深刻。

“实际上,研究期间,每次出现重污染时,我们都会进行空中观测,利用新技术,密切关注重污染的进程。” 中国工程院院士、中国科学院合肥物质科学研究院研究员刘文清说。

京津冀及周边地区的特殊地形,导致污染物的区域输送对污染快速积累产生显着影响。 研究表明,西南通道(太行山前输送带)、东南通道(济沧津输送带)和东通道(燕山山前输送带)影响较大。 京津冀及周边地区城市污染水平受全区域传导影响。 年均“贡献”约为20%-30%,重污染期间“贡献”将增加约15%-20%。

对于北京来说,重污染时期区域传输的“贡献”可达60%-70%,其中西南通道、东南通道和东风通道影响较大。 对西南航道的定量分析表明,典型污染过程初始阶段,进京输送通量可达500~800μg/m2·s,污染形成阶段输送通量为100~200μg /平方米。 ·大约几秒钟。

中国科学院大气物理研究所研究员王紫紫告诉记者,输送通量是代表污染物输送强度的物理量。 值越大,运输强度越大。 “根据定量分析结果,以近地面大气混合层500米高度计算,污染过程初期,周边地区每人最多可输送0.9吨至1.5吨PM2.5。每小时公里到北京,影响非常明显。”

有人认为,北京的蓝天正在被周边地区拖垮。 但北京追踪研究工作组专家、清华大学教授王树晓却不这么认为。 她表示,将北京的空气污染完全归咎于周边地区是错误的。

王淑晓表示,空气污染是一个区域性问题。 京津冀及周边地区处于同一气流场,各城市污染物相互影响。 北京受到其他城市的影响,也影响其他城市。 空气质量既有利又破坏。 没有人能够独自逃脱伤害。

人们普遍的印象是,该地区空气质量相对较好的地方对区域传播的“贡献”较小。 然而,专家对各个城市的详细“体检”却推翻了这样的误解。

“去年天津PM2.5年平均浓度为52微克/立方米,原因之一就是得益于相对较好的扩散条件。” 中国环境科学院研究员孟凡表示,天津的污染物排放总量很大,但一次PM2.5的直接排放量并不是很高,只有唐山市的1/3 ,对当地影响较小。 但天津的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物排放量较高,在“2+26”城市中位居前列。 将这些PM2.5前体转化为颗粒物的硫酸盐、硝酸盐和有机成分需要一定的时间。 运输过程伴随着改造,对区域污染影响较大。 空气质量模型模拟计算显示,天津污染物对区域传输的“贡献”在“2+26”城市中名列前茅。

研究显示,地区排放总量排名前五位的城市中,河北占了三个。 西南走廊位于河北中南部太行山沿线,包括河北省石家庄、保定、邢台、邯郸等城市。 产业结构过于重型,能源结构过于以煤炭为主,交通结构过于以公路为主。 污染物排放总量较高,远远超过环境容量。 东部唐山市的工业污染特征也十分突出。

“河北省空气质量比较差,只有大幅减少污染物排放,才能改善当地空气质量,京津冀及周边地区空气质量持续改善。”河北省环境厅厅长高建民说。生态与环境学系。 生态环境部大气环境管理司司长刘秉江强调:“各城市在区域大气污染治理过程中,首先要‘扫清自家门前积雪’,减少本地污染排放”。

蓝天保卫战的“战术”是否需要调整?

大气污染防治措施需要及时完善,大力调整产业、能源、交通、土地利用结构。

专家认为,随着污染治理的不断深入,区域污染源的比重也在不断变化。 相应措施要紧跟形势,及时调整完善。

专家组建议,今后要更加注重科学应对重污染天气。 “研究成果对于重污染天气减排工作具有较高的参考价值,必须及时调整相应的方案,确保更有效地降低污染峰值、缩短污染时间。” 柴发河举例说,分析聚集性污染的来源和源头传输方向,在源头和渠道上进行有针对性的应急减排,效果会更加显着。

针对秋冬季城市污染水平普遍受传输影响的问题,柴发河表示,山西、河北与鲁豫交界处地形条件先天不足,大气扩散条件较差,因此它们常常成为污染的“热点”。 未来在应对重污染天气中,必须注意这方面的三个问题:应急预案中企业的减排量必须与预警水平完全匹配; 启动紧急措施的时间必须尽可能早,两天甚至更早开始; 应急减排措施必须100%落实。

气态污染物的二次转化往往是PM2.5浓度升高、污染加剧的重要原因。 面对PM2.5成分比例的新变化,专家认为,必须更加重视氮氧化物污染防治。 “氮氧化物既是硝酸盐的前体,又是形成硫酸盐的氧化剂。” 何克斌表示,应对大气重污染,应在多污染物协同管控的基础上,将氮氧化物排放降低到较低水平。 ,效果更加明显。

常规减排是根本解决之道。 专家组根据各地情况对症下药,开出具体“药方”。

——产业结构调整。 该地区钢铁产能巨大,冶金企业聚集。 钢铁、焦化、冶金、水泥等高污染、高耗能行业高度集中在唐山及晋冀鲁豫边境地区。 晋冀鲁交界地区小型冶金企业数量较多,设备、治理和管理水平落后,焦钢、炭素铝产能比例不合理。 这是下一步产业结构调整的重点领域。

——调整能源结构。 该地区能源消费结构较为单一,煤炭消费量较大。 山西、河南、河北是煤炭依赖型,北京是油气综合型,天津、山东是煤油气综合型,都需要相应优化。

——调整交通结构。 该地区柴油车氮氧化物和颗粒物排放量分别占机动车排放总量的65%和99%,是下一步交通结构调整的重点。

——弥补治理短板。 京津冀及周边地区挥发性有机物污染治理的重要性日益凸显。 要加大苯、甲苯、二甲苯、乙烯、甲醛等重点污染物治理力度。 关键在于控制汽油车、橡胶制品制造、焦化。 、沥青铺设、化工原料制造、油漆等污染源。

“氨排放也是颗粒物污染的原因之一,大气管理中应考虑氨减排。” 刘学军表示,种植业、养殖业氨氮减排潜力巨大,机械深施氮肥、水肥一体化等技术可将农田施肥氨氮排放量减少一半以上。 养殖业可以通过采用低蛋白配合饲料、改善动物饲养环境来减少氨气排放。

——疏解北京非首都功能。 对于北京来说,机动车尾气已成为当地污染物排放的大头。 王树晓表示,北京未来的减排措施应以移动源和生活源为主,但这不足以支撑PM2.5浓度大幅降低。 进一步降低北京PM2.5浓度,根本在于加快非首都功能疏导。

2013年“大气十大措施”实施以来,蓝天保卫战持续推进。 “当前,许多切实有效的措施已经落地,空气质量改善难度越来越大,边际成本越来越大,污染治理已经进入深水区,越来越触及深层次问题。” 柴发河表示,除北京外,京津冀及周边地区的产业、能源、交通、土地利用结构尚未发生根本性变化。 该地区秋冬空气质量仍无法摆脱对气象条件的依赖。 一旦遇到恶劣天气条件,就会出现重度空气污染。 大气污染防治持续推进,重点仍是结构调整。

刘秉江表示,当前京津冀及周边地区结构调整面临诸多困难:

产业结构调整难度很大。 结构不合理是长期发展的结果,短期内难以根本改变。 调整产业结构、化解过剩产能影响广泛,涉及就业等民生问题。 现行经济激励政策力度不够、落实困难。

能源替代成本更高。 京津冀及周边地区煤炭消费量占全国的33%。 清洁燃煤集中供暖比例较低,散煤供暖使用量仍然较大。 在推进“煤改气”、“煤改电”工作过程中,天然气供应需求量大、基础设施改造和运营成本高、地方财政补贴压力大等问题凸显著名的。

对公路运输的依赖程度较高。 京津冀及周边地区公路货运量占货运总量的80%以上,高出全国10个百分点。 研究表明,一辆重型柴油车的污染物排放量相当于750辆轻型汽油车的污染物排放量。 该地区柴油卡车超标排放问题尤为突出,导致氮氧化物和PM2.5排放量较高。

“这些确实都是硬骨头,我们必须按照打赢蓝天保卫战三年行动计划的部署,加大力度把它们打碎。” 刘秉江说道。

蓝天白云何时停留?

After more than 10 years of hard work, the average annual concentration of PM2.5 in the “2+26” cities can gradually reach the standard.

Adjust the structure, reduce total emissions, strengthen emergency response, and promote linkage… The “prescription” of experts in tackling key problems is very pragmatic, and various departments in various places are implementing it.

——Emission reduction should be promoted persistently.

“Reducing the total amount of pollution is the only way to achieve continuous improvement of regional air quality.” Liu Bingjiang said that the adjustment of the industrial structure in Beijing, Tianjin, Hebei and surrounding areas is mainly aimed at high energy consumption and high emission enterprises. It is necessary to strictly control the production capacity of “two high” industries, deepen industrial pollution control, and consolidate the results of comprehensive rectification of “scattered and polluting” enterprises.

Air pollution prevention and control in Hebei is related to the improvement of air quality in the entire region. “As analyzed by experts, Shijiazhuang, Tangshan, Xingtai, Handan and other cities in our province with serious air pollution all have problems with air pollutant emissions from major industries. We must make full use of expert research results and aim at Bullseye’ scientific governance.” Gao Jianmin said that it is difficult to adjust the structure, but Hebei will strictly control the new production capacity of the “two high” industries, unswervingly adjust the industrial structure, vigorously resolve excess production capacity, eliminate backward production capacity, and focus on steel, coking, Large emitters such as coal and electricity should accelerate ultra-low emission transformation and in-depth governance.

Xu Xiangde said that joint research shows that global warming has led to a significant increase in the number of quiet winter days in northern my country, especially in the Beijing-Tianjin-Hebei region. Climate warming is related to human greenhouse gas emissions. Slowing down the process of climate warming depends on emission reduction. Usually, in the process of reducing emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide, atmospheric pollutants are also reduced, which is beneficial to both controlling air pollution and mitigating climate warming.

——In emergency response, strengthen joint prevention and control.

Experts recommend further strengthening regional joint prevention and control, reducing the intensity of pollutant emissions in the entire region, and minimizing the impact of transmission as much as possible. In terms of consolidating emergency emission reduction measures, we will continue to promote the revision of emergency plans for heavy pollution weather in various regions, refine the emergency emission reduction list, ensure full coverage of air pollution sources, implement emergency emission reduction measures into specific production processes and production lines, and implement emission reduction measures List-based management continuously improves the level of refinement of environmental management.

The phenomenon of rapid and explosive growth of pollutant concentrations in a short period of time in autumn and winter has occurred in many cities in the Beijing-Tianjin-Hebei and surrounding areas. Liu Bingjiang said that in response to this phenomenon, the Ministry of Ecology and Environment will strictly require local governments to implement emergency plans for heavy pollution weather, continue to guide various localities to strengthen their response to heavy pollution weather, and carry out emergency linkage.

Improving air quality forecasting capabilities is an important measure to deal with the process of heavy air pollution and reduce pollution. Xu Xiangde believes that when emissions are relatively fixed within a period of time, meteorological conditions are the key factor in whether heavy pollution incidents occur. It is possible to change from blue sky and white clouds to “explosion” of pollutants within a few days. The next step is to strengthen and deepen the research on the correlation between meteorological effects and the causes of air pollution, and to make accurate forecasts of heavy pollution weather; in addition, it is necessary to strengthen issues such as the impact of emission source layout and the “contribution” of regional transport under different terrain and meteorological conditions. The research provides scientific basis for precise prevention and control of air pollution.

The reporter learned that the Ministry of Ecology and Environment will continue to work closely with the China Meteorological Administration to improve the operational forecast model that combines medium and long-term (40 days), short-term (15 days) and adjacent (7-10 days) forecasts, and gradually improve regional and The capabilities of provincial forecast centers can improve the timeliness and accuracy of forecasts, provide effective support for taking measures in advance, and minimize the accumulation of pollutants.

Since the beginning of winter last year, more than 10 air pollution processes have occurred in the Beijing-Tianjin-Hebei and surrounding areas. People look forward to more days with blue skies, white clouds and twinkling stars.

He Kebin said that as long as we persist and implement comprehensive treatment, there will be more and more blue skies. For example, according to expert research, promoting comprehensive rectification of coal-fired boilers can reduce PM2.5 concentration in “2+26” cities by 1%-15%; improving emergency measures for heavy pollution can reduce PM2.5 concentration by 4%-21% .

Hao Jiming said that based on the goal of permanent blue skies and white clouds, the research project team proposed the “2+26” urban air quality standard time and improvement path. All localities and departments are overcoming difficulties and accurately controlling pollution. At present, with the joint efforts of the whole society, ordinary people have seen that the air quality has improved significantly, and the blue sky and white clouds have increased significantly than in the past. It is believed that after more than 10 years of hard work, the average annual concentration of PM2.5 in the “2+26” cities will gradually reach the standard. (Reporters Sun Xiuyan, Liu Yikou Jiangze)

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