两年前《大气污染防治行动计划》出台，中国城市正式吹响了抗击灰霾这场战役。治病需找病灶，治霾则需追源头。在日前由中国环境科学学会等单位联合举办的京津冀灰霾形成机制探讨沙龙上，专家们分享了最新的研究成果，试图解答公众对于灰霾形成的困惑和未知。

　　——编者

　　监测数据下降，缘何公众感觉越来越重？

　　北京大学自2004年开始全年监测PM2.5，监测数据分析显示，除了2008年因举办奥运年均浓度最低外，最近几年PM2.5年均浓度较2006年和2007年略有下降。PM2.5的浓度在降低，但是为何公众却觉得灰霾越来越严重呢了？对此，北京大学环境科学与工程学院教授胡敏解释说，“2012和2013年的极端重污染天数增多，可能是公众感到灰霾加重的原因。”

　　北京市环境监测中心主任张大伟用数据印证了这一观点：从1998年开始，北京市一直监测的二氧化硫、二氧化氮和PM10浓度都在下降。其中PM10下降了40%左右，PM10包含PM2.5，PM2.5应该也随之下降。北京市环保部门自2013年才开始正式监测并发布PM2.5的数据。在此之前的科技论文中，北京城区点位PM2.5的监测数据，总体在80~120微克/立方米之间波浪变化。2000年最高，之后开始下降，到2006、2007年又出现了一个高峰。

　　“2013年和2014年，北京市PM2.5的年均浓度分别是89.5微克/立方米和85.9微克/立方米，所以对比来看，PM2.5的浓度并不是一下子涨起来的，历史上比现在可能还要高。有一种可能是，现在的PM2.5组分发生了变化，影响能见度的部分增加了，导致灰霾的视觉冲击加大。”张大伟说。

　　与此同时，很多业内专家指出，由于环保部门和气象部门在对霾的观测、预报、预警指标的判识上存在一定的差别，导致公众对霾的污染程度存在混淆。气象部门关于霾的预报，包括轻度霾、中度霾、重度霾是以能见度为标准，在湿度达到一定程度时，按照地面观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识，从而依据霾的程度来进行霾的预警的。环保部门则是依据PM2.5的浓度进行黄色、橙色和红色的重污染天气预警。虽然本质都是PM2.5,但是因为判定的标准不一，往往造成霾预警的等级不一样。

　　相比其他城市，为何北京灰霾形成更迅速？

　　北京大学环境科学与工程学院胡敏教授课题组与美国德克萨斯州农工大学张人一教授合作研究揭示北京霾形成的机制。这一成果基于北京大学环境模拟与污染控制国家重点实验室在校园内长期运行“城市大气环境定位观测站”观测研究，成果于2014年11月24日发表在美国著名科学期刊《美国科学院院报》上。

　　霾主要是由于空气中高浓度的细颗粒物(PM2.5)对太阳光的消光作用导致的能见度下降的现象。这项研究分析了北京初秋典型霾污染过程，霾发生时表现出以高臭氧和高PM2.5为特征的大气复合污染特征。

　　胡敏介绍说，北京的霾从形成到结束一般以4天~7天为周期，而且从蓝天白云的清洁天到严重的霾天只需要几天时间。每个周期都包括两个重要的化学转化过程——在清洁天，主要是气态污染物生成纳米颗粒物的过程，也称为颗粒物的核化过程，这个过程中产生了大量的纳米级粒子；在随后几天，是颗粒物持续快速的增长过程，使得在清洁阶段“种植”的种子得以长大到亚微米大小，这样大小的颗粒物对太阳光的消光作用明显，因此导致能见度的降低从而形成霾。北京PM2.5质量浓度的增长非常迅速，在清洁天细颗粒物质量浓度不足50微克每立方米，但在两天至4天后的污染阶段会增至数百微克每立方米。

　　应该说，这项研究从机理上解释了北京的霾比世界上其他地区形成更迅速且更严重的原因。北京大气颗粒物化学组成与世界上其他地区非常相似，主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二次有机物等二次颗粒物，表现出明显的二次形成特征，并无特殊之处。但是，在我国大气复合污染条件下，强氧化性和高浓度的气态污染物使得颗粒物具有更强的核化能力和持续快速增长的能力。

　　对此，胡敏解释说，霾的形成过程中，成核过程在世界上许多地区也会发生，但北京成核的潜力远高于其他地区；更为独特的是颗粒物的持续快速增长过程，同时具有这两个方面就使得北京的霾更加严重。相比之下，国外发达国家城市中气态污染物浓度较低，大气氧化性也没有北京强，因此很难同时出现颗粒物有效的核化及持续快速增长。

　　胡敏解释说，夏秋季，研究发现在北京的地形地势和不同气象条件下，PM2.5呈现4天~7天的周期性波动。例如，第一天是来自清洁地区的北风，且风速较大，将北京地区的污染物驱除。可是半天至一天后，风速减缓为静稳天气或风向转为来自污染地区的南风，颗粒物快速生成，导致在剩下的3天~5天，浓度持续上升，直至新一轮北风降临，驱除污染。

　　这就意味着，即使在秋高气爽、蓝天白云下，大气污染物的化学转化过程仍在进行。由机动车、工业企业排放的气态污染物转化成可凝结蒸汽，进而核化成纳米级的最小的颗粒物，尽管对颗粒物的质量浓度增加不多，但是在大气中播撒了大量颗粒物的“种子”；一旦出现不利的气象条件，其他的气体污染物在这些小颗粒物上不断凝结，这些颗粒物就会迅速长大，就像种子迅速生根发芽一样，霾就出现了。这个过程很快，常常是上午还是蓝天，中午就出现了大量的种子，下午种子就开始发芽长大，蓝天就随之消失了。这是北京成霾的独特过程。

　　二次污染是元凶，怎样才能有效治理？

　　胡敏科研团队的研究成果再次证实了通过化学反应产生的二次污染对我国灰霾加剧贡献巨大。

　　2014年2月，京津冀地区一轮持续的大范围灰霾天气发生时，一些城市二次污染的贡献成分比例甚至高达80%。

　　在大气细颗粒物的重要组分中，硫酸盐与灰霾形成密切相关。中科院生态环境研究中心研究员、中科院战略性先导科技专项“大气灰霾追因和控制”首席科学家贺泓表示，硫酸盐在成霾的过程中起到了非常重要的作用。监测数据显示，通常灰霾形成后，硫酸盐在大气PM2.5颗粒中的占比在15%~20%之间。二次污染生成过程中，燃煤、重化工、机动车排放的二氧化硫和氮氧化物本身是气体，这些气体经过大气氧化作用，变成硫酸盐和硝酸盐颗粒，从而加剧灰霾的发生。

　　通常情况下，二氧化硫在常见的矿质氧化物表面发生化学反应后，主要产物为亚硫酸盐，短时间内难以转化为硫酸盐，但共存的氮氧化物却可以极大地促进二氧化硫和亚硫酸盐向硫酸盐转化。贺泓和研究团队在更接近实际大气环境的烟雾箱中对上述反应机理进行了验证，确认了氮氧化物和悬浮矿质氧化物颗粒对生成硫酸盐的促进作用和机理。

　　贺泓说，2013年1月北京地区强霾期间监测数据显示，北京城区和北部远郊区的二氧化硫浓度接近，但PM2.5浓度却呈现城区高、郊区低的特点，进一步研究则发现PM2.5浓度和城郊的氮氧化物浓度呈正相关，即城市中汽车尾气等排放的氮氧化物多于郊区，使得这一城区PM2.5浓度增高。

　　美国德克萨斯州农工大学大气化学与环境研究中心主任张人一分析说，我国灰霾的形成机制比英国伦敦和美国洛杉矶早先的烟雾事件要复杂得多。伦敦烟雾产生的主要成因是燃煤，以硫氧化物为主；洛杉矶的烟雾则主要因为机动车排放，主要是氮氧化物和挥发性有机物的影响，而我国恰恰是两种污染的高度复合。我国的燃煤量非常大，城市机动车保有量也在快速增加，同时钢铁、建材、水泥、陶瓷玻璃等高排放的一些行业依旧在发展，短时间内多种污染物的复合出现，使得我国灰霾成因非常复杂。

　　北京PM2.5源解析成果显示，本地污染排放贡献率为64%~72%。在本地污染中，机动车来源贡献率最高。

　　张大伟说：“PM2.5的主要成分无非是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物，还有一些黑炭、矿物尘等。这些物质是烧出来的，飘出来的，扬出来的。”他解释，烧出来的主要是硫酸盐、硝酸盐，由化石能源燃烧排放的二氧化硫、氮氧化物转化而来，还有部分不完全燃烧排放的有机物。飘出来的是工业生产及机动车尾气中的VOCs(挥发性有机化合物)，以及主要来自畜禽养殖、农业生产等挥发排放的氨气，城市里的机动车也会排一部分氨。扬出来的则是扬尘类。

　　胡敏强调，除了本地污染源，北京频发灰霾受外来输送的影响也很大。“控制PM2.5前体物，即城市机动车VOCs和氮氧化物的排放，以及控制区域工业SO2的排放是治霾的关键所在。”胡敏说。

　　追问蓝天

　　APEC期间吹来哪些东风？

　　APEC期间气象条件不利，那么蓝天是如何实现的？

　　张大伟介绍说，2014年11月1日，专家预报11月4日~5日、8日~11日将有两次不利气象条件。4日~5日是偏西南风向，所以西南方向沿太行山东麓的廊坊、保定、石家庄，邢台、邯郸5个城市启动最高级别减排措施。8日~11日的预报是先偏东风，再转偏南风，所以西南的5个城市继续最高级别，东南方向的天津、唐山、沧州、衡水，包括山东的6个城市，启动最高级别减排措施。另外，山西、内蒙古等部分城市也相应采取了措施。最终区域内共有17个城市1万多家工业企业停产停工，4万多个工地停工。除此之外，燃煤电厂减排50%，钢铁、水泥等高架源全部停产，涉及VOCs(挥发性有机化合物)的工序全部停产，机动车限行，7个省份减排了约一半污染物，这才实现了蓝天目标。

　　胡敏的课题组也观测了APEC期间颗粒物的增长过程，发现虽然APEC期间也遭遇了静稳天气，污染扩散不利，但颗粒物污染的增长明显变慢。

　　“说明APEC期间的减排措施是有效的，因为机动车和工业过程排放的VOCs、氮氧化物、二氧化硫减少，导致这些气态污染物形成的二次污染物减少了。”胡敏说。

　　APEC期间的减排量是依靠工业企业停限产、机动车限行、工地停工等实现的，这些措施大都是非常规措施，难以常态化。对此，张大伟认为，从长远看，还需要通过产业结构、能源结构等的调整优化，以及末端治理的加强等来实现减排效果的常态化，这是一个循序渐进的过程。当下每年的常规减排力度通常最多也不超过10%，大幅度减排才能有根本性的改善，小幅度减排只能有小幅的改善，所以说空气污染治理改善是复杂的、艰巨的、长期的过程。

　　APEC会议空气质量保障工作，是京津冀协同治理的一次成功的尝试和实践，大幅减排是根本，而区域协同治理与污染物协同治理是关键。