霧霾天氣成因分析及應對思考

霧霾天氣成因分析及應對思考

來源：中國應急管理 發布時間：2014年02月24日

　　摘要：2013年我國中東部地區先後遭遇多次大範圍持續霧霾天氣，給人們生產生活造成了嚴重影響。本文詳細分析了霧霾天氣產生的原因及特點，列舉了國外工業化過程中出現的霧霾影響和治理過程，以及我國近期為防止大氣汙染已經採取的多項措施，提出從根本治理大氣汙染、改善空氣品質需要在制度上實現保障，從源頭上進行防治，建立長效的協同治理的聯動機制。

　　關鍵詞：霧霾；大氣汙染；靜穩天氣；大氣氣溶膠

　　引言

　　霧霾是秋冬季常見的天氣現象。霧和霾雖同為視程障礙物，但二者之間卻有很大差別。霧是空氣中的水汽凝結現象，是自然的天氣現象，和人為汙染沒有必然聯繫；霾是排放到空氣中的塵粒、煙粒或鹽粒等氣溶膠的集合體，是大氣汙染所導致。兩者可從空氣溼度上作出大致判斷，通常在相對溼度大於90%時稱之為霧，小於80%時稱之為霾，80%～90%之間則為霧霾混合物[1]。霧和霾在一天之中可以變換角色，也可能在同一區域內有些地方是霾有些地方為霧。當霧和霾同時存在，且區域性能見度低於10公裡的空氣普遍渾濁現象被稱為「霧霾」天氣。由於能見度的降低不僅有「積極」參與的雲霧滴的作用，還有氣溶膠粒子的貢獻，且其中的細粒子排放主要來自人類活動，因此霧霾不是純粹的自然現象，霧霾天氣的出現是氣象問題，更是環境問題。
2013年1-10月，我國中東部地區先後遭遇多次大範圍持續霧霾天氣，其影響範圍、持續時間、霧霾強度歷史少見。霧霾天氣導致空氣品質和能見度下降，造成呼吸系統和過敏等疾病的發病率增加，高速公路封閉，航班延誤或取消，給人民群眾的身體健康和生活造成嚴重影響。本文就2013年霧霾天氣的特點、出現原因、目前對大氣汙染已經採取的措施，以及未來如何應對等問題進行了探討。

　　一、2013年霧霾天氣特點及成因分析

　　（一）霧霾天氣特點

　　1.霧霾日數多

　　霧霾是氣象部門的常規觀測項目，根據歷年的觀測資料統計分析顯示，2013年我國霧霾日數較常年同期明顯偏多，其中1月和10月的月平均霧霾日數均為1961年以來同期最多。1月，全國平均霧霾日數為4.4天，較常年同期偏多1.4天；10月達4.7天，偏多2.3天（圖1A、1B）。霧霾日數偏多在我國東北、華北、黃淮、江淮等中東部地區最為顯著。以省會城市為例，1月合肥霧霾日數達30天、南京和杭州均為29天，幾乎整月都被霧霾籠罩；北京霧霾日數有25天，較常年同期偏多13.6天，為1954年以來同期最多。
 

　　

圖1A  1961-2013年1月全國月平均霧霾日數變化

　　圖1B  1961-2013年10月全國月平均霧霾日數變化

　　與往年比，在霧霾日數中霾的增加尤為明顯。我國年均霾日數為9天，呈逐漸增加的趨勢，尤其是2004年以來增長迅速較快，年均值在12～20天，明顯超過常年平均（圖2）；而2013年1-10月全國平均霾日數已達26天。與之相對應的是我國能見度逐年下降，從上世紀60年代為近26公裡，下降至近十年為平均22公裡左右。

圖2  1961-2012年全國年均霾日數變化

　　2.覆蓋範圍廣

　　據風雲二號氣象衛星遙感監測顯示，2013年1-10月，全國有20個省（區、市）出現持續性霧霾。1月份平均每天霧霾覆蓋範圍有71.6萬平方公裡，其中1月22日達222萬平方公裡，幾乎覆蓋了整個中東部地區；10月20-22日，北方地區出現嚴重霧霾天氣過程，內蒙古東部和東北地區影響範圍約40.8萬平方公裡，大部地區都為霧霾所覆蓋（圖3A、3B）。

　　

圖3A  FY-2E氣象衛星2013年1月22日大霧監測圖

　

　 圖3B  FY-2E氣象衛星2013年10月21日大霧監測圖

　　3.強度大

　　2013年1月，在全國2400餘個氣象觀測站中，能見度小於等於1000米、500米、200米的站次數分別達到8233站次、5218站次和3374站次，分別為近7年平均值的2.7倍、2.6倍和2.5倍。環保部門數據顯示[2]，對第一批實施環境空氣品質新標準的74個城市監測結果表明，1月份總體超標天數達68.4%，其中嚴重汙染佔10.0%，重度汙染20.2%，中度汙染13.5%，輕度汙染24.7%；PM2.5的平均超標率為68.9%，月均濃度為130微克/立方米（表示每立方米空氣中可吸入顆粒物的含量，值越高代表空氣汙染越嚴重），最大日均值達766微克/立方米。10月份，總體超標天數為47.8%，超標天數中以PM2.5為首要汙染物的天數佔到61.7%；哈爾濱10月19日至23日連續5天空氣品質為嚴重汙染，21日PM2.5小時濃度一度達到1000微克/立方米。

　　4.影響程度重

　　霧霾天氣導致的空氣品質和能見度下降給人民群眾的身體健康、交通出行和日常生活造成嚴重影響。1月份，北京、天津、石家莊等地醫院就診人數明顯增加，其中呼吸道感染的病人偏多，且表現出明顯的過敏症狀，比如流鼻涕、打噴嚏、眼睛癢、乾咳、痰多、憋氣、氣短等。霧霾天氣還給航空、道路交通帶來嚴重影響，1月17日濟南機場因霧霾取消航班近70架次，1月29日北京首都機場因霧霾取消航班49架次；1月13日霧霾天氣造成滬昆高速16輛車連環相撞，2人死亡。10月20—22日東北地區出現嚴重霧霾天氣時，哈爾濱宣布全市中小學停課兩天，這是國內城市首次因霧霾天氣發布停課的強制性行政命令；哈爾濱機場400餘架次航班取消，近5萬人出行受影響；吉林長春部分中小學、職業學校取消課間操；遼寧省內京哈、丹阜、沈海等多條高速部分路段封閉。

　　（二）霧霾天氣成因分析

　　2013年我國出現多次大範圍的霧霾天氣過程，是有利於霧霾產生的氣象條件和由於人類活動造成的不斷增加的汙染物排放共同作用的結果。

　　1.大氣環流異常導致靜穩天氣多，有利於形成霧霾

　　靜穩天氣是指當大範圍近地面大氣層持續或超過24小時出現氣壓場較均勻、靜風或風速較小的天氣。在靜穩天氣條件下，湍流受到抑制，特別是當逆溫層出現時，低空中的水汽和顆粒物不易擴散，極易形成霧霾天氣。

　　靜穩天氣在秋冬季更易出現。2013年1月大氣環流異常而導致靜穩天氣偏多，為大範圍持續霧霾天氣的出現提供了有利條件。1月份，西北利亞地區冷高壓異常偏弱，北半球西風指數較常年明顯偏大，表明高空西風分量較強，環流比較平直，緯向型環流較弱，不利於引導極地冷空氣進入我國；中東部大部地區的海平面氣壓值較常年偏小1～5hpa（百帕），處於弱氣壓梯度區，地面風速不大，垂直和水平方向擾動小，靜風和小風天氣多，形成持續靜穩天氣。氣象資料分析表明，2013年1月我國中東部大部地區穩定類天氣出現的頻率較常年明顯偏多，其中華東地區為56.5%、華南57.3%、西南63.7%，而華北地區高達64.5%，與2006年並列為近10年最高。加之南方暖溼氣流相對較強，上述地區近地面空氣溼度大，因此出現大範圍持續霧霾天氣。

　　2.我國大氣氣溶膠濃度高有利於形成霧霾

　　我國大氣氣溶膠濃度在世界範圍來說處於較高水平，有利於催生霧霾天氣的形成。大氣氣溶膠是指懸浮在大氣中的固態和液態顆粒物的總稱,主要包括沙塵、碳（有機碳和黑碳）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和海鹽等六大類[3]。我國各地大氣氣溶膠有不同的時空分布特點。冬季北方地區燃煤採暖、春秋季農村地區秸稈焚燒都會造成碳氣溶膠的濃度明顯增加；春季，西部地區受沙塵天氣影響，以沙塵氣溶膠為主。我國華北地區工業相對比較發達，排放的二氧化硫較多，由於氣溫高可加速二氧化硫轉化為硫酸鹽，所以夏季華北地區硫酸鹽氣溶膠濃度較其他季節和地區都高。因城市汽車使用量大大高於農村，所以城市中硝酸鹽和硫酸鹽氣溶膠濃度大大高於農村[3]。氣溶膠中空氣動力學當量直徑在10微米以下的顆粒物稱為PM10，2.5微米以下的稱為PM2.5. Aaron利用Terra衛星遙感數據反演得到全球PM2.5濃度分布[4]，結果表明全球大部分地區年均PM2.5濃度 <10微克/立方米，而在我國中東部地區則達到60-90微克/立方米，部分地區甚至 >100微克/立方米，明顯處於較高水平；我國PM10的濃度也遠高於歐美地區[5]。近年來，由於煤炭消耗量和機動車數量增長等因素，我國氣溶膠濃度不斷上升，1995年到2012年，二氧化硫排放總量已由1.89×107t（噸）增加到2.12×107t[6]。

　　大量研究表明，氣溶膠中PM10和PM2.5的濃度與能見度密切相關。有研究證明，濟南能見度與PM10、PM2.5 濃度的相關係數分別達到-0.622、-0.694[7]，當PM10、PM2.5濃度上升時，能見度將明顯下降。能見度降低的主要原因是顆粒物對光的散射和吸收效應，並由於散射作用減小了目標物與天空背景之間的對比度而造成。大氣氣溶膠中，起散射作用的主要是粒徑為0.1-1微米的細粒子,對光的吸收效應幾乎全部是由黑碳和含有黑碳的顆粒所引起[8]。由此可見，氣溶膠濃度對能見度的影響非常大，我國氣溶膠濃度高是霧霾天氣多發的主要原因，而冬季北方地區採暖燃煤釋放的大量黑碳則加劇了霧霾的形成。

　　3.霧霾天氣使近地層大氣更加穩定，加劇霧霾發展

　　大氣中汙染物和霧霾相互影響和作用，其主要媒介是氣溶膠[9]。霧霾中汙染物的加入顯著改變了氣溶膠濃度，可促進水汽凝結，形成更多的雲霧滴，水汽凝結時釋放的潛熱又有利於霧區的抬升和擴展；另一方面，雲霧滴和氣溶膠的增加將更多的太陽輻射反射、散射回大氣中，使到達地面的輻射減少，地面氣溫下降，大氣層結穩定度增加，造成每日正常排放和轉化的氣溶膠粒子更易在近地層大氣中集聚，能見度進一步降低。由此可見，氣溶膠的增多通過影響近地面層動力和熱力場，對霧霾的發展起正反饋作用[10]。

　　4.氣溶膠二次反應導致汙染物濃度增高

　　氣溶膠按照形成過程可分為一次氣溶膠和二次氣溶膠。人類活動產生的汙染源排入大氣中，其中二氧化硫、碳氫化合物、氮氧化合物等一次氣溶膠通過化學反應和氣粒轉化過程，形成硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等新的比較穩定的顆粒，即二次氣溶膠。大量觀測數據表明，大氣中二次氣溶膠對PM2.5濃度的貢獻很大，大氣汙染物中有近5成的顆粒物來自於二次反應[11]。二次氣溶膠參與形成更多的雲（霧）滴，使本已嚴重的大氣汙染狀況變得更為複雜，霧霾天氣更嚴重。

　　二、霧霾是工業化高速發展時期的常見現象，發達國家通過立法防治大氣汙染取得較好效果

　　霧霾天氣在西方工業化的進程中曾是一種常見的現象，發達國家通過立法和行政手段，採取各種措施防治大氣汙染，陸續消除霧霾危害，他們的經驗值得我們認真研究和借鑑。

　　在工業化高速發展時期，排放到空氣中的大量工業廢氣、燃煤煙塵以及逐漸增加的汽車尾氣都是大氣汙染物的主要來源。當近地面大氣層出現逆溫時會導致汙染物無法擴散，如果逆溫層維持較長時期，汙染物出現長時間堆積，發生光化學反應，產生毒性更大的物質，就有可能導致惡性大氣汙染事件，造成大量人員傷亡。1930年，比利時發生馬斯河谷煙霧事件。馬斯河谷是比利時重要的工業區，該地處於狹窄的盆地中。當年的12月1日至15日，馬斯河谷上空出現了很強的逆溫層，在其持續作用下，馬斯河谷工業區排放的大量煙霧瀰漫在河谷上空無法擴散，越積越厚。第3天開始，河谷工業區有上千人發生呼吸道疾病，一周內就有60多人死亡。1948年，美國的多諾拉出現類似事件。多諾拉是美國賓夕法尼亞州山谷中的一個小鎮，是硫酸廠、鋼鐵廠、煉鋅廠的集中地。  

1948年10月26日至31日，該鎮持續出現大霧和逆溫層現象，工廠排出的大量煙霧被封閉在山谷中，小鎮中6000人突然發病，其中有20人很快死亡。1952年，英國出現駭人聽聞的「倫敦煙霧事件」。12月5日至8日，倫敦上空維持逆溫層，高壓中心控制下一連數日無風，大霧籠罩城市，燃煤排放的煤煙粉塵等汙染物在無風狀態下蓄積不散，呼吸道疾病患者劇增。僅4天時間死亡人數就達4000多人，之後的兩個多月又有8000多人陸續喪生。

　　飽受霧霾危害之後，發達國家陸續開始治理霧霾的探索，通過各種立法和行政手段，嚴格整治汙染源頭。倫敦煙霧事件直接推動了英國治理空氣汙染法案的出臺。1956年，英國議會正式通過了《空氣清淨法案》，並大力推行。法案規定倫敦城內的電廠全部關閉，城鎮使用無煙燃料，推廣電和天然氣，冬季採取集中供暖，重工業設施被遷至郊外，提高煙囪高度疏散大氣汙染物等。1974年通過的《控制公害法》囊括了從空氣到土地和水域的保護條款。80年代後，交通汙染取代工業汙染成為倫敦空氣品質的首要威脅，為此政府優先發展公共運輸網絡，抑制私車發展，減少汽車尾氣排放。擴建綠地也是倫敦治理大氣汙染的重要手段。在一系列法案和政策的實施過程中，倫敦大氣汙染程度大幅下降，逐步摘掉了「霧都」的帽子。

　　美國1955年、1963年和1967年分別通過了《空氣汙染控制法》、《清潔空氣法》和《空氣品質法》，之後又三次對《清潔空氣法》進行了補充和修訂，構築起保證清潔空氣的長效機制。

　　德國在環保方面重在通過減少汙染物排放來防治霧霾天氣。在40個城市中設立了「環保區域」，只允許符合環保標準的車輛駛入，規定了大型鍋爐和工業設施排放標準嚴格加以監管。

　　三、我國已採取多項措施治理霧霾天氣，防治大氣汙染

　　當前，我國區域性大氣環境問題日益突出，損害人民群眾身體健康，影響社會和諧穩定。隨著我國工業化、城鎮化的深入推進，能源資源消耗持續增加，大氣汙染防治壓力將會繼續加大。黨中央、國務院及相關部門高度重視治理霧霾天氣和防治大氣汙染的工作，採取一系列措施積極應對。

　　2012年，環境保護部對空氣品質標準進行修訂[12]，將PM2.5納入其中，邁出PM2.5監測和發布的第一步。PM2.5主要來源於人為汙染，易附帶有毒、有害物質（例如重金屬、微生物等），在大氣中的停留時間長、傳輸距離遠；進入人體後主要沉積在氣管、支氣管，甚至進入肺泡中，對人體健康影響很大。霧霾作為有害物質的載體，影響空氣品質的主要汙染物成分就是PM2.5。我國新頒布的空氣品質標準能更加全面客觀地反映環境空氣品質。
       中國氣象局加強了霧霾天氣的監測預警工作。2013年1月，中央氣象臺對霾預警信號標準進行修訂，將反映空氣品質的PM2.5濃度列為預警的重要指標，使霾預警不僅僅反映大氣視程條件變化，更體現了空氣汙染程度和大氣成分的狀態。9月2日起,中央氣象臺每日發布空氣汙染氣象條件預報（圖4）。

　　

圖4  全國空氣汙染氣象條件預報

　　2013年9月12日，國務院發布《大氣汙染防治行動計劃》[13]，這是繼環保部、國家發改委和財政部等三部委於2012年12月5日聯合發布《重點區域大氣汙染防治「十二五」規劃》之後，中國出臺的第二個大氣汙染防治規劃，是當前和今後一個時期全國大氣汙染防治工作的行動指南。《行動計劃》提出，經過五年努力，使全國空氣品質總體改善，重汙染天氣大幅度減少，京津冀、長三角、珠三角等區域空氣品質明顯好轉。力爭再用五年或更長時間，逐步消除重汙染天氣，全國空氣品質明顯改善。為實現以上目標，《行動計劃》確定了十項具體措施。
10月16日，中國氣象局京津冀環境氣象預報預警中心成立。這是我國第一個區域性環境氣象中心，主要負責京津冀及周邊地區環境氣象的規劃，區域重汙染天氣的監測、預報預警和服務工作的組織、信息共享和業務指導；部署、指揮京津冀及周邊地區環境氣象重大應急聯動聯防等工作。

　　10月22日，《北京市空氣重汙染應急預案（試行）》正式發布。為保障《應急預案》的實施，北京市成立空氣重汙染應急指揮部，將空氣重汙染應急納入全市應急體系統一管理。《應急預案》將空氣重汙染預警分為藍、黃、橙、紅四級。根據預警級別，分級採取相應的重汙染應急措施，旨在進一步減少汙染排放，減緩汙染程度，保護公眾健康。

　　近日，中國氣象局和環境保護部籤署合作框架協議，以具體行動落實《大氣汙染防治行動計劃》。此次合作旨在以重汙染天氣預警預報為重點，建立健全氣象部門和環保部門的合作與會商機制，發揮各自優勢提高應急聯動響應能力。

　　四、思考與建議

　　大氣汙染的形成不是一朝一夕，治理汙染也不可能畢其功於一役。要從根本上消除重汙染天氣，改善空氣品質，需要在制度上實現保障，從源頭上進行防治，並制定長效的協同聯動機制。

　　（一）加快《大氣汙染防治法》第三次修訂進程，明確法律責任，加強有效執行

　　目前，我國已出臺《行動計劃》和《大氣汙染防治「十二五」規劃》這兩個大氣汙染防治規劃，雖然與單個部門發布的規範性文件相比更具權威性、適用普遍性和連貫政策性，但仍不屬於專門的大氣汙染聯防聯控行政法規，其效力等級充其量僅屬於行政規章，無法保障司法機關的責任追究作用。加強環保立法、完善法律制度是解決包括霧霾天氣在內的大氣汙染的根本途徑。我國的《中華人民共和國大氣汙染防治法》自1987年制定以來，分別在1995年和2000年作出兩次修訂，時至今日已過去十餘年，制度方面的不完善和新問題的不斷湧現導致在解決大氣汙染方面已難有大作為。因此，針對日益嚴重的汙染，加快該法的第三次修訂進程迫在眉睫，從而能夠在法律層面上嚴格控制工業、機動車、燃煤等汙染源的排放，明確和細化政府、企業在大氣汙染防治中應承擔的法律責任。

　　在新法出臺之前，應貫徹落實現有法律制度，提高環境監管能力，加大環保執法力度。部分地區片面的發展思路和畸形的發展模式，使得相關法律法規缺乏充分有效的執行，環境保護讓位於經濟發展。轉變經濟發展方式，為環境保護執法撐腰，各級政府責無旁貸。推進聯合執法、區域執法、交叉執法等執法機制創新，明確重點，加大力度，嚴厲打擊環境違法行為；落實執法責任，對監督缺位、執法不力、徇私枉法等行為，監察機關要依法追究有關部門和人員的責任。

　　（二）加大綜合治理力度，減少汙染物排放

　　霧霾天氣中汙染物的主要來源是燃煤、燃油以及與居民生活有關的各種排放。對於燃煤源消減的關鍵是加強工業企業大氣汙染綜合治理，全面整治燃煤小鍋爐，逐步用高效節能環保型鍋爐淘汰中小型燃煤鍋爐。加快推進城市集中供熱，擴大高汙染燃料禁燃區範圍，逐步推行「煤改氣」工程建設；鼓勵北方農村地區推廣使用潔淨煤。加快重點行業脫硫、脫硝、除塵改造的工程建設。減少燃油導致的汙染物同時需要強化移動源汙染防治，大城市嚴格限制機動車保有量，實施公交優先戰略，提高公交出行比例，大力推廣新能源汽車，提升燃油品質，加快石油煉製企業的升級改造，嚴厲打擊非法生產、銷售不合格油品的行為。除燃煤燃油外，汙染物源還有油煙汙染、秸稈燃燒等，應開展餐飲油煙汙染治理，餐飲服務經營場所安裝高效油煙淨化設施，強化無油煙淨化設施及露天燒烤的環境監管；全面推廣秸稈還田、秸稈能源化利用等綜合措施，加強秸稈燃燒監管。但對各種汙染源做到有效控制是絕非一朝一夕可以完成的，需要對能源結構進行科學調整，優化產業結構和布局，加大落後產能的淘汰力度，增加清潔能源供應。

　　（三）加強跨區域應急聯防聯控機制

　　我國區域性霧霾問題凸顯，隨著城市規模的不斷擴張，區域內城市連片發展，受大氣環流作用，城市間大氣汙染相互影響明顯，相鄰城市間汙染傳輸影響極為突出。在京津冀、長三角、珠三角的部分城市，二氧化硫濃度受外來源的貢獻率達30～40%，氮氧化物為12～20%，可吸入顆粒物為16～26%。大氣無邊界，對於霧霾天氣背後的大氣汙染防控問題，區域聯防聯控是成本相對低、環境收益大的重要舉措。因此，應當建立長期穩定的區域協作機制，統籌區域環境治理，尤其是大城市應與周邊地區及上遊省區實行聯動減排、聯合執法、信息共享、預警應急等大氣汙染防治措施；建立汙染天氣的監測預警體系，及時發布監測預警信息；同時制定完善應急預案，建立健全區域聯動的重汙染天氣應急響應體系。一旦出現嚴重霧霾並伴有靜穩天氣時，依據重汙染天氣的預警等級，立即啟動區域聯動的應急預案，防範和減少重汙染天氣的出現，引導公眾做好衛生防護，切實降低空氣汙染的危害。

　　（四）加強科普宣傳工作，提高民眾減排意識

　　大氣汙染不僅僅來源於工業、汽車尾氣、建築工地等，也來自於日常生活。驅散霧霾，離不開每個人的環保意識和環保行動。要積極開展多種形式的宣傳教育，普及大氣汙染防治的科學知識，倡導文明、節約、綠色的消費方式和生活習慣，引導公眾從自身做起、從點滴做起、從身邊的小事做起，在全社會樹立起「同呼吸、共奮鬥」的行為準則，共同改善空氣品質。充分發揮新聞媒體在大氣環境保護中的作用，積極宣傳區域大氣汙染聯防聯控的重要性、緊迫性，宣傳國家採取的政策措施和取得的成效，加強輿論監督，為改善大氣環境質量營造良好的氛圍。

　　（五）加強對霧霾的監測預報預警能力和危害性研究，提高科學有效防控能力

　　在國家、地方相關科技計劃中，加大對大氣汙染防治科技研發的支持力度。進一步強化氣溶膠和霧霾監測分析技術研發和系統建設，完善大氣成分監測體系，改進霧霾數值預報模式，有效提升霧霾天氣和大氣汙染的監測預報預警能力；大力開展霧霾天氣形成的機理研究，及城市對邊界層動力熱力結構的作用和對霧霾形成發展消散的影響研究。加快推進大氣汙染綜合防治重大科技專項，開展光化學煙霧的危害性、汙染機理與控制對策研究；開展區域大氣複合汙染控制對策體系研究。加快工業汙染防治技術、工業脫硫脫硝除塵技術等的研發與示範，積極推廣先進實用技術。以科學研究為依據提高大氣汙染的防控能力和效益。

　　

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（來源：《中國應急管理》2014年第一期 作者：孫瑾  繆宇鵬  張建忠）