霾從何處來？
“APEC藍”試驗
11月15日，北京啟動供暖的第一天，這個城市告別了被人們津津樂道的“APEC藍”，AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）破百；颐擅傻奶炜沼只貋砹耍峁疽慌排艧焽杳俺鰸L滾白煙，溫暖和潔凈，對這個北方城市來說，似乎是一對難以調(diào)和的矛盾。促使霧霾天“回歸”的，不僅僅是供熱公司。由于這一天是周六，尾號不限行，加之APEC期間單雙號限行的措施也已結(jié)束，被壓抑的出行需求一下子暴漲，又要調(diào)休上班，全城的500多萬輛機動車幾乎全部出動了。下午17點剛過，北四環(huán)路上已經(jīng)堵得水泄不通，短短10公里的路走了一個半小時。已經(jīng)有研究表明，越是堵車時，汽油不完全燃燒造成的尾氣排放污染物濃度越高。
與此同時，經(jīng)過兩天的修整，北京及周邊五省APEC期間停產(chǎn)、限產(chǎn)的1萬多家企業(yè)和4萬多個工地也陸續(xù)復工。位于北京北五環(huán)外立水橋地區(qū)的中國環(huán)境科學研究院（以下簡稱環(huán)科院）門口又熱鬧了起來，每逢下班晚高峰，這里都會聚集20多個移動的小吃攤，其中以煎餅攤和燒烤攤最多。APEC期間，24小時不間斷巡查的城管逼得他們暫時消失了，現(xiàn)在又恢復了煙霧繚繞、熱氣騰騰。所有這些，都會為霧霾的回歸“助一臂之力”。在環(huán)科院大氣環(huán)境研究所所長孟凡看來，此次APEC期間所采取的減排措施中，機動車和燃煤排放固然關(guān)鍵，但社會面的控制也起了非常大的作用，“因為那些生活排放看似微不足道，但處處存在，且很難定量統(tǒng)計”。他的一位同事放假期間去郊區(qū)旅游，本想吃一頓農(nóng)家飯，結(jié)果被告知農(nóng)家樂也不許用柴燒火了。
此次APEC期間的治霾措施，規(guī)格與嚴厲程度前所未有。由中央常委級領(lǐng)導親自布置，北京市與環(huán)保部配合，聯(lián)合周邊五省市，早在一年前就開始編制保障方案。中國環(huán)科院副院長柴發(fā)合也是APEC空氣質(zhì)量保障專家組成員之一，每天都要參加由北京市牽頭的協(xié)商會商，分析現(xiàn)有的減排措施與效果，預測未來幾天的空氣形勢。會議期間，柴發(fā)合忙得連接聽電話都是匆匆掛斷，一直到保障結(jié)束的11月13日，他才抽出午休的一點時間來接受我們的采訪。
柴發(fā)合向本刊記者回憶，APEC保障期間，最令人緊張的就是11月8日、9日那兩天。早在11月4日，專家組會商認為，自11月8日開始，北京和整個華北地區(qū)出現(xiàn)靜穩(wěn)天氣的概率很大，空氣流動變慢，極容易形成霧霾。再加上高空偏南風影響，河北一帶的云團會加速向北京方向移動，極易造成北京中度或重度污染。為此，相關(guān)省份又啟動了更高一級的減排措施。河北省政府7日發(fā)布緊急通知，要求全省所有電力企業(yè)實施50%限產(chǎn)；所有鋼鐵、焦化、水泥、玻璃等行業(yè)全部暫時停產(chǎn)；所有工業(yè)企業(yè)涉VOC（揮發(fā)性有機物）排放工序在保證生產(chǎn)安全情況下進行停產(chǎn)。天津市除提前關(guān)停計劃內(nèi)的6套機組外，額外關(guān)停1套30萬千瓦機組，在運的18套機組全面加大噴氨量和燃用低硫煤，其中9套機組實現(xiàn)超低排放；21家VOC排放重點企業(yè)關(guān)；蚣訌娭卫怼
為了應對這次范圍最廣、力度最大的保障任務，環(huán)保部向華北六省區(qū)派出了16個督查組，采用夜間突擊檢查、晨間突查等方式，深入一線現(xiàn)場辦公。這其中，環(huán)繞北京的河北省壓力最大。河北省環(huán)保廳將全省分為6個片區(qū)，每個片區(qū)涵蓋2個地級市，由一名環(huán)保廳副廳長帶隊不定期到所管轄片區(qū)暗查、巡查。另外，以北京周邊100公里為范圍，劃出20個重點縣、9個重點市，派出20個督查組、9個巡查組進駐督查。
一家媒體記錄下了跟隨督查組檢查的所見所聞——11月4日早8點，凌晨4時剛突查過保定市區(qū)造紙廠的第七督查組，簡單吃過早餐后，又驅(qū)車前往保定下屬的淶源縣。剛進入縣城后短短一公里內(nèi)，組長武紹貴就連續(xù)喊了4次停，正在施工的燃氣工程工地、豆腐小作坊冒煙的小鍋爐、住房建筑工地、冒白煙的加油站都沒逃過督查。從燃氣工程工地離開，剛上車沒多久，武紹貴著急喊了三聲“停”，隨后督查人員找到了一根冒白煙的細小煙囪，勸停正燒煤冒煙的豆腐小作坊。重拳之下，各地也開始各出奇招。天津市把全市范圍劃分為2.4萬個網(wǎng)格，設立了四級網(wǎng)格員，他們頭戴小紅帽，手持望遠鏡，站在高速路邊上觀察兩測有無農(nóng)民燒秸稈。
即便如此，面對11月8日可能出現(xiàn)的霧霾天，環(huán)保部門還是大意不得。他們調(diào)整策略，要求自11月5日起各地的督查工作，重點督查高架源和VOC排放企業(yè)的管控。環(huán)保部副部長翟青還約談了大唐、國電、中電投、神華等電力集團公司的負責人，要求他們降低落后機組發(fā)電負荷、加強環(huán)保設施運維管理、增進優(yōu)質(zhì)煤炭使用等多項措施，削減污染物排放。
好在，那幾天，北京并沒有出現(xiàn)柴發(fā)合擔心的霧霾，只是空氣能見度略有下降，因為城市及周邊地區(qū)減排給力，仍保證了二級良的空氣質(zhì)量。“這次APEC會議的保障措施再次表明，減排是個硬道理。”柴發(fā)合告訴本刊記者，“習主席說是人努力、天幫忙，但靠天是靠不住的，主要還得靠人努力。某種程度上，這次聯(lián)防聯(lián)控也算是給區(qū)域協(xié)同治理機制做了一次試驗和演練。”
柴發(fā)合解釋，“霾”這個詞在氣象學上早就有了，它是能見度變差的一種天氣現(xiàn)象，具體指大氣濕度不是太大的情況下能見度低于10公里。而能見度受兩個因素影響，一個是大氣的濕度，另一個就是顆粒物濃度，特別是直徑小于2.5微米的細顆粒物（即PM2.5）的濃度。由此，霧霾一詞就成了PM2.5濃度的直接反映。“天氣因素很難控制，比如大氣濕度和空氣流動速度，人很難去影響，那要降低PM2.5，最有效的方法就是減排。”
APEC峰會結(jié)束的第二天，北京環(huán)保局發(fā)布了對保障效果的初步評估，顯示會議期間京津冀及周邊地區(qū)PM2.5平均濃度同比下降30%左右，其中，北京市的二氧化硫、氮氧化物、PM10、PM2.5、揮發(fā)性有機物“減排比例”分別達到54%、41%、68%、63%和35%左右。北京市環(huán)保局副局長方力介紹說，如此大幅度的減排得益于四項措施——工地停工，使揚塵排放總量下降70%～80%；機動車單雙號限行，車速從22公里／小時上升至35～50公里／小時，使氮氧化物、揮發(fā)性有機物和顆粒物減排都在40%～50%；工廠停產(chǎn)，使VOC排放消減了37%；京津冀周邊地區(qū)的聯(lián)動減排，也貢獻了20%～30%的減排量。
從“嗆鼻子”到“瞇眼睛”
今年59歲的柴發(fā)合額頭寬厚，說起話來還帶有明顯的陜西口音，1982年進入環(huán)科院以來，他見證了中國大氣污染的30年變遷。最近兩年，他的日程開始被各種會議、項目、參觀接待等擠得滿滿的，我采訪他的那天下午，剛剛結(jié)束APEC保障工作的他又要忙著布置場地、設計路線，以迎接兩天后來此視察的中韓兩國環(huán)保部的領(lǐng)導。隨著最近幾年P(guān)M2.5污染日益嚴重，越來越多的外國科研機構(gòu)都在積極爭取來華合作，中國成了全球大氣污染學者爭搶的試驗場。
柴發(fā)合向我們回憶，科研人員對大氣污染的研究，早在上世紀80年代初就開始了，不過，當時以煤煙污染為主，主要研究以太原為中心的山西能源地區(qū)、以沈陽為中心的東北重工業(yè)地區(qū)大氣污染成因和他們的環(huán)境容量，到底一個城市能容納多少污染排放，通過什么樣的消減措施才能把大氣中的污染物消解掉。此外，蘭州也是重點研究對象，除了有重化工業(yè)，狹長的地形也使得蘭州的大氣污染物更難擴散，加上光照強，蘭州的臭氧一度成為重點污染問題。
那時候，主要污染物主要是“老三樣”——總懸浮顆粒物（TSP）、二氧化硫、氮氧化物。其中，二氧化硫主要是燃煤造成。“當時那種污染是嗆鼻子的污染，現(xiàn)在是瞇眼睛的污染。”柴發(fā)合評價，“從污染程度來說，那時候比現(xiàn)在還重。能感覺到煤渣子在你頭發(fā)里夾著，在你臉上揚著，襯衫兩天不洗都很臟，大顆粒物多。但是現(xiàn)在污染形態(tài)發(fā)生了變化，由煤煙型變成了復合型污染。”
到上世紀90年代，中國環(huán)？蒲腥藛T又開始把精力轉(zhuǎn)向了酸雨研究。尤其是華南和西南地區(qū)，大量的高硫煤燃燒，加之土壤呈酸性，極容易轉(zhuǎn)化為酸雨，導致農(nóng)作物減產(chǎn)、森林被腐蝕，甚至橋梁、樓房等都受到嚴重腐蝕。但是，無論“嗆鼻子”污染，還是酸雨問題，其罪魁禍首，主要都是燃煤造成的二氧化硫排放。到2005年，中國的二氧化硫排放到達頂峰，環(huán)保部門公布的數(shù)據(jù)顯示，當年排放總量高達2549萬噸，居世界第一，造成的經(jīng)濟損失高達5000億元人民幣。到第二年，隨著“十一五”計劃中“節(jié)能減排”的展開，二氧化硫的排放量雖有小幅增加，但上升幅度已經(jīng)大幅回落。2007年，二氧化硫排放量首次出現(xiàn)下降。
2000年左右，顆粒物問題開始浮出水面，主要背景是北京的沙塵暴問題。復旦大學大氣化學研究中心主任莊國順教授是較早開展這一領(lǐng)域研究的專家。早在上世紀80年代，正在美國讀博士的莊國順跟隨他的導師，在太平洋一個小島上以及夏威夷地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了來自中國新疆塔克拉瑪干沙漠和蒙古戈壁上的細微顆粒物。論文發(fā)表后，引起學界轟動，根據(jù)他們的研究，一粒只有頭發(fā)絲幾十分之一大小的顆粒物，從中國新疆起飛，飄蕩到美國西海岸只需要7～10天時間，而到上海和北京，則不過一兩天。
2000年春天，一場被當時媒體稱為“有史以來最大”的沙塵暴席卷京城，總顆粒物的濃度達到了每立方米1萬微克以上，他發(fā)現(xiàn)當時鮮有人知的PM2.5已經(jīng)占到了沙塵暴塵？偭康20%以上。2004年，莊國順決定回到上海。“當時上海在忙著治理蘇州河，一般認為空氣質(zhì)量會比北京好，但我們的數(shù)據(jù)顯示，當時兩地PM2.5都在40～70微克/立方米，算很嚴重了。”
與此同時，柴發(fā)合也開始注意到PM2.5問題。“當時，我們看到傳統(tǒng)污染物二氧化硫在下降，但和機動車有關(guān)的氮氧化物在上升，我們沒有控制的VOC也就在急劇上升，這時候我們已經(jīng)意識到中國的污染在轉(zhuǎn)型，并且可能會面臨著PM2.5和臭氧為代表的復合型污染。”柴發(fā)合回憶說。2000年，科技部聯(lián)合環(huán)科院、北大、清華等單位一起開展“北京市大氣污染控制對策研究”成為國家支持的第一個針對復合型污染的研究項目。研究人員在北京市設了6個采集點，進行了兩個季節(jié)的采樣，除了傳統(tǒng)的大顆粒物，還特別針對PM2.5進行了排放濃度、基本化學組成的檢測。
后來，兩場環(huán)保戰(zhàn)役促使官方對大氣顆粒物污染更加重視起來。一個是首鋼搬遷，當時，全北京污染最嚴重的地方在石景山區(qū)，柴發(fā)合的研究團隊測算，當時全北京每年8萬噸的顆粒物排放中，首鋼就貢獻了其中的四分之一。在一片質(zhì)疑聲中，柴發(fā)合是堅定的“主戰(zhàn)派”，堅決支持搬遷。首鋼搬遷啟動之后，緊接著，奧運會就來了。回憶起來，奧運會的時候，PM2.5問題尚未進入民間視野，也沒有進入奧運空氣質(zhì)量的考核標準，但柴發(fā)合調(diào)閱出來的檢測數(shù)據(jù)顯示，奧運會開幕的第一天8月8日，PM2.5的濃度已經(jīng)接近100，此后開始逐漸下降到50左右，“也是機動車限行的功勞”。
從二氧化硫到顆粒物，中國的大氣污染成因變得越來越復雜，但即便如此，我們在采訪中問到的幾乎每一個專家，仍然對后來幾年迅猛發(fā)展的PM2.5問題感到有些始料未及。在大氣污染的演進過程中，也存在一個加速度的過程。
污染的加速度
孟凡上世紀90年代經(jīng)常去太原、沈陽做調(diào)研，他回憶，每次從太原火車站下車，“目光所及也就只能看到五六根電線桿，能見度比現(xiàn)在還差”。但是，即便如此，那時候人們對霧霾天氣的感知仍不強烈。在孟凡看來，那是因為之前的污染尚處于點狀分布。“比如首鋼污染厲害，石景山能見度不好，但爬到景山頂上還是能看到藍天。”孟凡說，“但最近兩年，點連成了片，片連成了面，整個北京，乃至整個華北地區(qū)的能見度同時降低，你開車走200公里還見不到藍天，人的感覺就完全不一樣了。”
如果形象地說，霧和霾并非同一事物。如果空氣中的顆粒物不多，即便在大氣濕度400%的時候，形成的也只是小水滴組成的霧。但如果大氣中懸浮著眾多顆粒物，大氣濕度達到80%就變成了霾。霧團只有幾十米到200米厚，且與周邊空氣有著明顯的分割線，而霾團則厚達1000～3000米，它就像一團沒有邊界的灰棉花，與周圍的空氣粘連在一起，讓你躲無可躲。
這種區(qū)域性大面積顆粒物污染，在世界范圍內(nèi)也不多見。20世紀90年代后期，在一個名為“印度洋試驗”的國際科學合作項目中，美國和歐洲的一些科學家在印度洋的上空動用輪船、飛機等眾多力量，對這里的空氣展開實驗和研究。他們發(fā)現(xiàn)在印度洋、南亞、東南亞和中國南部上空，存在著一個面積相當于美國大陸大小、厚度約3公里的棕色云團，由于是在亞洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)，因此稱其為“亞洲棕色云團”，F(xiàn)在回看2008年前后的新聞，當時PM2.5尚未成為流行詞，媒體上就把這種霧霾天氣歸入“亞洲棕色云團”。
與中國的歷時比較類似，中美之間的差異也在點與面之間。打開一張美國PM2.5重點污染圖，上面星星點點的紅點并無規(guī)律，匹茲堡的工業(yè)污染、洛杉磯的機動車污染……相互之間仍然是獨立的，并未連成片。
由點到面，還只是污染范圍的擴大。若從程度上看，為何最近兩三年明顯感覺霧霾問題越來越嚴重，其跳躍式的演進方式甚至已經(jīng)超越了循序漸進的經(jīng)濟增長曲線。這也是科學家在苦苦追索的問題之一。根據(jù)現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)，科學家普遍認為，促成霧霾污染加速度的“兇手”是空氣中二次顆粒物的大量生成。
清華大學環(huán)境學院的李俊華教授告訴本刊記者，清華大學從1999年就開始監(jiān)測PM2.5，發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在為止，PM2.5年平均濃度整體是下降的，重灰霾天氣中高濕度下二次顆粒物生成速率增大，大氣中二氧化硫和氮氧化物還存在耦合促進作用，使二次顆粒物的濃度明顯上升，而恰恰二次顆粒物增多能夠更明顯地降低能見度，所以，從人們的直觀感受看，好像PM2.5濃度明顯上升，灰霾加重了。
李俊華專門給研究生開有一門大氣污染化學與物理的課程，致力于通俗地闡釋PM2.5的科學成因問題。他向本刊記者介紹，PM2.5的構(gòu)成有兩大類——一類是一次顆粒物，也就是污染源直接排到大氣中的顆粒物，比如揚塵、沙塵等；第二類就是二次顆粒物，它最初排出來的時候是氣體，比如二氧化硫，但進入大氣中之后，在自由基作用下就變成了固體硫酸鹽。再比如，植物呼吸和人類活動排到大氣里的VOC（可揮發(fā)有機物），與大氣中的氮氧化物在大氣光化學反應之下，形成臭氧和二次氣溶膠顆粒，后者正是組成PM2.5的最主要成分。
相比揚塵這樣的一次顆粒物，二次無機顆粒物的吸濕性更強，在空氣濕度達到一定程度時更容易造成能見度低的霧霾天，飄蕩在空中不易散去。李俊華介紹，越是西北人煙稀少的地區(qū)，一次顆粒物的占比越高；越是東部發(fā)達地區(qū)，二次顆粒物的占比越高。在霧霾天嚴重的京津冀、長三角和珠三角地區(qū)，二次顆粒物的比例已經(jīng)占到PM2.5顆粒物總數(shù)的70%左右，成為導致東部地區(qū)霧霾天氣的主力軍。
中國氣象科學研究院的張小曳研究員對二次顆粒物的形成方式有更細致的研究，他認為主要有三種：一是直接從氣體變?yōu)闅馊苣z粒子（這些新形成的氣溶膠粒子粒徑通常在30nm以下）；二是新粒子形成后通過碰并、集聚等過程形成一些更大的粒子（粒徑通常在100～200nm）；三是通過凝結(jié)等過程進一步形成一些粒徑更大的粒子（多數(shù)在300nm，一般不超過1000nm，即PM1）。進一步講，PM2.5中的二次顆粒物基本都是PM1之下的微小顆粒物。
張小曳的研究表明，北京PM2.5中大多是直徑小于1um（也稱為PM1）的粒子。其中最大的部分為有機碳氣溶膠，約占40%；排在第二的是硫酸鹽氣溶膠，占16%，主要來自燃煤；第三大部分為硝酸鹽氣溶膠，約占13%，既有機動車燃油的貢獻，也有燃煤的影響；北京PM1中還有一個占11%的組分即元素碳，來自城市道路開挖、未覆蓋道路、建筑工地、工業(yè)煙塵和城市外礦物粉塵的輸入。
不同于一次顆粒物在空氣中相互獨立的運動軌跡，二次顆粒物在生成過程中，漂浮在大氣里是相互發(fā)生化學作用的。比如二氧化硫變成硫酸鹽，氮氧化物與VOC發(fā)生化學反應，變成臭氧和二次有機氣溶膠。李俊華教授介紹，這種相互之間的化學反應會造成1＋1≥2的效果，加速二次顆粒物的生成。
李俊華經(jīng)常被問到同一個問題——人們的主要活動在白天，為什么反而到了傍晚，會感覺霧霾濃度更嚴重？他向我解釋，這恰恰表明了空氣中那些看不見的化學反應。早上逆溫層散去之后，人們紛紛出門上班，開始大量制造NOx和VOCs，濃度快速上升，到中午前后基本上排放達到一個峰值，下午兩點左右臭氧濃度也會達到峰值，到了傍晚，反應過程開始完成，二次顆粒物的濃度逐步升高，成為一天中PM2.5濃度最高、能見度最低的時刻。孟凡就常常建議朋友，傍晚或者晚上盡量不要外出鍛煉。李俊華教授倒是不管這么多，無論多晚，他都堅持每天走1萬步，在他看來，“大環(huán)境如此，個人努力收效甚微，順其自然”。
追兇何其難
環(huán)科院大院里，一座不起眼的兩層小樓樓頂，有一個形如海洋貝殼似的龐然大物。大氣所的王學中老師帶領(lǐng)我來到頂層，其實就是半層高的儲藏間，需要彎著腰才不碰頭。他按動幾個按鈕，只聽樓頂傳來轟轟的聲響，巨型“貝殼”從中間裂開一道縫，慢慢打開，露出中間一個薄膜做成的方盒子，這就是用來研究大氣化學反應的基礎(chǔ)裝置“煙霧箱”。王學中老師介紹，因為煙霧箱的表皮是FEP薄膜，相當脆弱，需要做一個外殼為它遮風擋雨，之前的外殼是木質(zhì)的，2009年北京下大雪的時候壓垮了，又花10萬元為它量身定制了這副鐵皮殼。
環(huán)科院大氣所的這個“煙霧箱”是56立方米大，在國內(nèi)“煙霧箱”里邊已經(jīng)算是大的。“煙霧箱”的原理是隔離出一定體積的純凈空氣來，然后用各種方式注入化學物質(zhì)，并模擬光的作用，用以觀察大氣中不同物質(zhì)在不同光化學條件下的反應機理。通俗講，這個透明的魔方盒子，就是為了對大氣中的各種化學物質(zhì)進行可控制的試驗，借此追查PM2.5的元兇。
但是，這個追兇過程并不容易。“煙霧箱”只能模擬各種化學物質(zhì)的反應過程和機理，要真正弄清楚北京PM2.5的兇手都有誰，還必須從實際出發(fā)。2013年12月30日，中國科學院大氣物理研究所研究員張仁健公布了其課題組對北京地區(qū)PM2.5源解析的研究結(jié)果，認為“北京霧霾有六大貢獻源”，分別是二次無機氣溶膠、工業(yè)污染、燃煤、土壤塵、生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒，依次占比為26%、25%、18%、15%、12%、4%。結(jié)論一出，眾人嘩然，因為印象中唱主角的機動車尾氣只占到4%，北京環(huán)保局也出面對此提出質(zhì)疑。
之后，今年4月，北京環(huán)保局公布了一份官方的“PM2.5源解析清單”，從來源來看，28%～36%來自區(qū)域傳輸，其他的64%～72%都是北京本地產(chǎn)生。在本地來源中，機動車排放（占31.1%）、燃煤（占22.4%）、工業(yè)生產(chǎn)（占18.1%）的比重占據(jù)前三位，此外，揚塵占14.3%，其他（包括餐飲、燒烤）等占14%左右。這個結(jié)果與多數(shù)專家的研究比較一致，但張仁健后來也出面辟謠，他并沒有把二次生成顆粒物算在其內(nèi)。這樣看來，偏差如此之大也就可以理解了。
實際上，這種針對“誰是主犯，誰是從犯”的辯論，一直持續(xù)到現(xiàn)在，不同的研究人員，采用不同的方法，在不同時間和地點采集數(shù)據(jù)，得出的結(jié)果很可能相差甚大。這也是目前霧霾源解析工作中面臨的一個現(xiàn)實挑戰(zhàn)——為了完成環(huán)保部定下的任務，趕在今年底之前公布35個城市的源解析清單，本來嚴肅的科學研究工作被迫駛?cè)肟燔嚨溃?5個城市各自找科研院所來解析自己的霧霾成因，并無統(tǒng)一標準。
即便在相同時間、相同地點，采集相同的數(shù)據(jù)，套用不同的研究方法，所得出來的結(jié)論仍然會有差別。北京大學環(huán)境學院的鄭玫老師還專門就此寫過一篇論文，她發(fā)現(xiàn)，方法不同，針對不同的污染源，所得出的結(jié)論差距也不盡相同。比如，道路揚塵的差異較大，而機動車尾氣和生物質(zhì)燃燒的差距就較小。
鄭玫老師介紹，霧霾的源解析研究，首先是摸清家底，搞清楚所有污染源，比如單位面積內(nèi)有多少汽車、多少燃煤鍋爐，就能測算出理論上的污染排放總量，這是進行源解析工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，有兩種基本的研究方法，一個是受體模型方法，即分析采集到的細微顆粒物，通過它的不同化學成分占比來反推污染源的貢獻率，這也是現(xiàn)在學界普遍采用的研究方法。二是空氣模型方法，受體分析固然可以解答一顆細微顆粒物里包含了多少硫酸鹽、多少硝酸鹽……但卻不能回答這些化學物質(zhì)是從哪里來的。利用空氣模型法，輸入污染源排放數(shù)據(jù)和空氣流動等參數(shù)，利用一套數(shù)學模型，就能像解方程式一樣，推斷出這些污染物來自哪里、來自哪一類污染源。比如，如果在大興捕捉到一顆含有二氧化硫的細粒子，根據(jù)時間和占比，就能大致推斷出，它是昨天南部河北地區(qū)某個燃煤鍋爐的產(chǎn)物。
理論上講，這樣就能夠比較精確地定位霧霾的兇手，可是，現(xiàn)實卻要復雜得多。首先，孟凡所長向我們強調(diào)，最大的難處就是污染源數(shù)據(jù)仍然不健全，源清單中，像火電廠、大工廠這類明顯的固定排放源便于統(tǒng)計，移動的機動車源也可以通過車管所的數(shù)據(jù)和汽油消耗量進行推算，可是散布于民間的生活燃煤、餐飲、燒烤等社會面排放源，卻極難統(tǒng)計量化。“污染源數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，這個基礎(chǔ)不準確，模型再好，算出來的結(jié)果也有偏差。”為此，孟凡特意囑托本刊記者呼吁，科研機構(gòu)之間應該更深入地共享數(shù)據(jù)。他感慨，現(xiàn)在各家的研究都是項目制，一個項目產(chǎn)生一堆數(shù)據(jù)，做完了就扔在那里，項目負責人退休了或調(diào)離了，數(shù)據(jù)就基本廢棄了，造成了大量不必要的浪費。舉個簡單的例子，如果仔細閱讀各個科研院所發(fā)表的論文就會發(fā)現(xiàn)，很多數(shù)據(jù)都是基于自家的采集結(jié)果，比如北大、環(huán)科院、清華、中科院，都有各自的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，他們有的規(guī)模大一些，有的只有一個架在自家樓頂?shù)牟杉，代表性必然大打折扣?/p>
此外，對于二次顆粒物的生成過程和周邊區(qū)域的傳輸模式，仍存在諸多研究疑問。不過，基本達成一致的是，燃煤排放與機動車尾氣已經(jīng)成為大城市霧霾最主要的兩個兇手。莊國順對北京和上海的數(shù)據(jù)持續(xù)采集和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在2000至2003年，硝酸鹽與硫酸鹽的比值是0.3左右；而以后比值一直呈上升趨勢，到了2012年的許多時候，已經(jīng)達到1；而在2013年初的全國性大范圍霧霾事件中，兩者之比甚至達到1.5～2.0。這意味著，交通排放甚至已經(jīng)超過工業(yè)排放，成為京滬霧霾天的最大污染源。
治霾的三重挑戰(zhàn)
按照環(huán)保部的部署，2014年底前，35個城市要公布各自的霧霾源解析清單，搞清楚霧霾的元兇。由于城市產(chǎn)業(yè)不同，各個地區(qū)的霧霾元兇可能不太一樣，比如河北的第一元兇是燃煤，北京的第一兇手是機動車，而天津的PM2.5中，建筑揚塵占比最多。柴發(fā)合強調(diào)，治霾并非一時沖動，也不能搞一刀切，一定要在科學研究基礎(chǔ)上，根據(jù)各地的不同情況制訂個性化治霾方案。
李俊華的實驗室正在為攻關(guān)非電力行業(yè)的脫硝技術(shù)而忙碌著，前段時間，河北省委書記和省長帶隊來清華大學，還專門來參觀了他的實驗室。對河北來說，治霾的重中之重就是降低氮氧化物排放，或者說，就是脫硝。
既然PM2.5的顆粒物在大氣中的反應過程不受人為控制，治霾的有效方法就只能是降低污染物的排放，使得二次顆粒物生成變成“無米之炊”。這中間，李俊華教授分析，主要是降低一次大氣污染物排放——二氧化硫、氮氧化物、VOC。
好在，“十一五”期間，中國實施了嚴格有效的脫硫政策，使得發(fā)電行業(yè)的脫硫工作提前取得了質(zhì)的飛躍。到2009年，“十一五”的倒數(shù)第二年，中國二氧化硫的排放量提前完成了消減10%的目標，而且還多消減了109萬噸，使之回到了2005年左右的水平。這其中，火電行業(yè)實現(xiàn)的脫硫占總消減量的79%，起了主力軍作用。
談起減排，就不得不提我國的能源消費結(jié)構(gòu)。我國能源消費中，燃煤占到70%，我國二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的67%、煙塵排放量的70%和人為源大氣汞排放量的40%都來自燃煤。而燃煤中，又有一半的燃煤量來自火電行業(yè)，另外的一半的散煤燃燒分布在工業(yè)、取暖、生活餐飲等領(lǐng)域。因此，減排的重頭在燃煤脫硫，脫硫的重頭又在發(fā)電行業(yè)。因此，“十一五”開了個好頭，把“重頭中的重頭”搞定了。
可是，就像改革一樣，容易改的改完了，剩下的都成了難啃的骨頭。李俊華向本刊記者分析，之所以在“十一五”期間主打脫硫，而沒有展開脫硝工作，是因為無論從經(jīng)濟承受力上，還是技術(shù)儲備上，我國的脫硝時機當時都不成熟，如果貿(mào)然放開，不僅國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展受拖累，幾千億的脫硝市場就成了外企的肥肉。從“十二五”開始，在繼續(xù)脫硫的基礎(chǔ)上，脫硝工作開始提上日程，并制定了5年消減10%的目標。
可是，從“十二五”前兩年的情況看，脫硝工作很不理想。到第三年氮氧化物才比2012年減少了4.7%，進展緩慢。李俊華分析，減排需要三方面的支持，并非一蹴而就。一個是技術(shù)，現(xiàn)在電力行業(yè)的脫硝技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但工業(yè)鍋爐和爐窯的脫硝技術(shù)仍有諸多問題沒有解決。二是經(jīng)濟支持，節(jié)能減排需要投入，一臺在役30萬千瓦機組進行脫硝改造建設的成本大約在6000萬元左右，一次性建設成本也要3600萬元，按每臺機組在役20年來算，每年分攤約180萬元成本。這筆錢在電力行業(yè)脫硫過程中已經(jīng)找到了行之有效的解決辦法，通過補貼上網(wǎng)電價1.5分/度的方式，為企業(yè)籌集了脫硫費用，但脫硝的補貼去年才開始實行，且只有8厘/度，企業(yè)普遍反映額度偏低。更糟糕的是，金融危機時迅猛擴張的鋼鐵、玻璃、水泥等產(chǎn)能現(xiàn)在嚴重過剩，已經(jīng)出現(xiàn)行業(yè)性微利或虧損，比如河北，一個省的鋼鐵產(chǎn)量就超過了美國全國的產(chǎn)量，2012年的每噸利潤只有85元，根本支撐不起脫硝改造建設。
最后一個支撐條件是監(jiān)管。這又遇到了前面所講的那個“正規(guī)軍與游擊隊”的問題，火電廠和大工廠這樣的“正規(guī)軍”已經(jīng)有效納入監(jiān)管，剩下的千千萬萬散兵游勇卻讓監(jiān)管者頭疼。從今年7月開始，隨著30萬千瓦機組全部完成脫硝改造，電力行業(yè)的排放已經(jīng)退居第三位，工業(yè)排放躍居第一，散布全國的六七十萬座工業(yè)鍋爐和爐窯成為亟待“關(guān)進籠子的老虎”。
2013年9月，國務院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》（下稱“大氣防治國十條”），提出“力爭再用5年或更長時間，逐步消除重污染天氣，全國空氣質(zhì)量明顯改善”的目標，規(guī)定到2017年，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域細顆粒物濃度分別下降25%、20%、15%左右。這其中，環(huán)保部與各地簽訂的責任狀明確，其中北京市的濃度控制在60微克/立方米左右，責任最重。
要完成這個目標并不輕松。在李俊華看來，“要完成這個目標需要每一類污染源都要治理，無論貢獻大小，都要齊下工夫，包括我們每個人”。以機動車為例，一輛汽車的排放主要取決于三個方面：一個是油品，一個是發(fā)動機技術(shù)，另一個就是后處理裝置。如果說前兩者取決于石油公司和汽車公司，那么后者的責任就在我們每一個人了。一個全新的三效催化轉(zhuǎn)化器價值1000多元，如果超過使用壽命（一般為16萬公里）不及時更換，排放的主要污染物就遠遠超標。李俊華專門做過試驗，如果花1000多元換一個新的，排放標準就會跟新車相差無幾。但是，李俊華碰到出租車司機，有時候問他們是否及時更換，卻經(jīng)常聽到對方講解各種驗車時蒙混過關(guān)的手段。“減排責任并不只在企業(yè)和政府，每個人都可以出自己的一份力，匹夫有責。”
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