对雾霾的新认识
随着北方地区进入供暖季节,煤炭消耗的增加会使污染排放增加,灰霾天气污染也将加重。近期有关灰霾与大气污染的研究,发现细颗粒物(PM2.5)是灰霾天气的主要成因,而中国近年来的灰霾天数的增加、空气质量的下降与近年来煤炭消耗量激增有直接关系。
雾霾天气并不是2013年特有的。实际上,每年的秋末到春季,都是雾霾天的高发期。与常年同期相比,2013年1~2月,中国中东部多个省份出现雾霾天气的平均日数普遍偏多。由于2013年初笼罩中国中东部大面积的雾霾来得过于迅猛 , 大家来不及深入分析,不约而同地把这场持续雾霾的主要原因归结到大气环境的人为污染上。
“ 北京市„蓝天工程‟——能见度影响因素和改善途径研究” 项目的研究结果表明,虽然人为环境污染是形成霾污染的本质内因,但在排放源相对稳定的情况下,作为外因的不利气象条件往往是形成雾霾天的决定性因素。根据大气物理学的原理及大气边界层的结构特征,非连续分布的多个城市的人为污染物不可能在同一时间段实现“ 影响的地理环境复杂到遍及湖海内陆高原山川、影响范围大到130万平方公里” 的污染物累积效应。
按气象学定义,雾是水汽凝结的产物,主要由水汽组成;按中华人民共和国气象行业标准《霾的观测和预报等级》的定义,霾则由包含PM 2.5在内的大量颗粒物飘浮在空气中形成。通常将相对湿度大于90%时的低能见度天气称之为雾,而湿度小于80%时称之为霾,相对湿度介于80%~90%之间时则是霾和雾的混合物共同形成的,称之为雾霾。受区域大雾影响,2013年1月,北京市先后出现了四次空气重污染过程,城市空气质量明显转差,污染的严重程度为近年来同期罕见。该月的重污染过程呈现出污染范围广、持续时间长、浓度水平高的特点。这主要是因为近期大气环流异常,出现了极端静稳天气,加上冬季地面夜间的辐射降温明显,使空气中的水汽迅速达到饱和并形成了辐射雾。水雾不仅为气态污染物NOx、SO2迅速转化为硫酸盐、硝酸盐粒子提供了极有利的条件,而且为细颗粒物的吸湿、凝聚长大与累积提供了适宜条件。同时,极端静稳天气形成了低空大气的“逆温层”,使空气在水平、垂直方向的交换流通能力变弱,不利于
空气中污染物的扩散,从而导致空气污染的累积效应,形成了霾。北京市环境保护监测中心近期的雾霾观测数据表明,PM 2.5 组分中所占比例最高的为二次硫酸盐和硝酸盐粒子,约占42%。可见,在北京近期雾霾的成因中,不利气条件是主要原因,空气污染物是次要原因。
观测数据显示,1月28日,北京市的空气相对湿度达到73%,城区的PM 2.5日均浓度达到322μg/m ,北京远郊清洁对照点密云水库的PM 2.5日均浓度也达到215μg/m 。1月29日,城区的PM 2.5日均浓度达到384μg/m ,密云水库的PM 2.5日均浓度也达到260μg/m 。密云水库属清洁对照点,局地污染源极少,为什么PM 2.5监测值居然也会严重超标呢? 这需要从PM 2.5监测原理与方法上进行分析,才能找到原因。PM 2.5监测值为质量浓度,监测方法基本沿用监测PM 10的方法。由于PM 2.5成分复杂,用监测PM 10的方法监测PM 2.5会造成数据失真。失真的原因主要是由于空气中的细微颗粒受湿度影响较大,需要采用手工重量法将滤膜放置在恒温25 ℃、恒湿40%的环境内平衡24小时才能正确采样获取数据,而采用自动监测手段很难满足此条件,所以目前自动监测站在高湿条件下获得的PM 2.5监测数据会失真,出现虚高现象。
2012年,北京市的二氧化硫、氮氧化物排放量同比2011年分别下降了9.36%、
7.63%,减排幅度继续保持全国领先。而2012年北京市空气中二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物浓度分别为28μg/m、52μg/m和109μg/m ,同比2011年也分别下降了1.5%、5.5%和4.4%,平均降幅达到3.8%,其中二氧化硫和可吸入颗粒物浓度还再创历史新低,实现了空气质量第14年的连续改善。同时,2013年1月的空气污染物排放总量比2012年1月也是降低的。对一个城市来说,即使是同样的污染物排放总量,在扩散条件较好的情况下,空气质量则呈现为优良,而在不利扩散的异常天气下,空气质量就会呈现为污染。在污染物排放总量没有增加的情况下,近期雾霾天的PM 10和PM 2.5出现高值,可以说,基本上均是由极静稳天气的区域性辐射雾等气象因素造成的。
进入10月以来,由于特殊的气象条件导致污染物不断累积,灰蒙蒙的雾霾频繁笼罩北方地区,北京、吉林、辽宁、河北、河南、甘肃、陕西、山东等11个省都出现过局部地区能见度降到200米以下的情况。10月9日当天北京出现严重灰霾天气,全市所有地区至少轻度污染,而亦庄、通州和平谷三个监测点出
现了中度污染。据环保部的重点城市空气质量日报,北京市当天的空气污染指数全国最高。此后连续4天时间里北京都笼罩在沉重的灰霾天气之中。十天后的10月19日早晨,北京城区大部分地区能见度再次降至3公里左右,东南部能见度最低的地方仅有1.1公里。到20日早晨大部分地区能见度降低到仅有1~2公里,局地甚至小于1公里。
连日灰霾让不少人养成了密切关注“空气污染指数”、“可吸入颗粒物”这些专业名词的习惯。不同城市检测空气污染指数的项目略有不同,但主要测量的都是空气中二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项的含量。前两者为气态污染物,最后一项可吸入颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首,它们与水蒸气气结合在一起,让天空瞬间变得灰蒙蒙的。颗粒物的英文缩写为PM(Particle Matters),这种颗粒本身既是一种污染物,又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。
目前包括北京在内的大部分城市所监测以及公布的是PM10数据,也就是直径小于10微米的污染物颗粒浓度。PM的另一个衡量标准是PM2.5,是指直径小于2.5微米的污染物颗粒浓度。在非灰霾天,空气中的PM2.5大约占到PM10的三分之一,而灰霾天里,PM2.5和PM10成倍增加,并且PM2.5占PM10的比例提高到的一半以上3。
目前,中国的API监测指标包括二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物(PM10)。PM10是直径较大的颗粒。这些污染物基本上是基于中国在1996年时的主要一次排放源制定的。但是中国现今的大气污染已经进入到以二次污染为主的复合型污染阶段,也就是说,二氧化硫、二氧化氮,与大气中的其他污染经过了一系列复杂的化学反应过程形成了新的污染物,而这个过程一个比较明显的变化是污染物由气体状态转变成了固体状态,成为了细颗粒的主要成分。而由于二次污染过程浓度逐渐升高的细颗粒(PM2.5)并没有纳入环境质量标准。这也是为什么在全国的环境公报中整体污染状况在变好,而能见度却逐年在降低,公众对空气质量的满意度也在降低。
同样的在粒径小于10um的粒子(PM10)浓度指标里,虽然大的颗粒得到了治理,但是由于二次污染产生的小于2.5um的细小颗粒(PM2.5)却不断地增加,所以即使PM10的浓度在降低,PM2.5的浓度很有可能是在增加的。
空气污染的加重与化石燃料消耗的激增有直接联系。中国能源消耗在近十年
来增长了一倍多,且能源结构中煤炭占比超过70%.中国煤炭消费从2000年的14.45亿吨增长到了2010年的32.4亿吨,相当于美国的3倍,印度的6倍,是全球最大的煤炭消费国。
煤炭燃烧后产生的大气污染物主要包括二氧化硫、一氧化碳、悬浮颗粒物、氮氧化物等。我国燃煤产生的二氧化硫排放量占全国同类排放物总排放量的
75%,二氧化氮的排放量占全国同类排放物总排放量的85%,一氧化氮排放量占全国同类排放物总排放量的60%,总悬浮颗粒(TSP)排放量占总排放量的70%。
煤炭燃烧排放的烟尘中有许多无法去除的超细颗粒,是PM2.5一次细颗粒的主要来源。而煤炭燃烧排放二氧化硫和氮氧化物与空气中其他污染物进行复杂的大气化学反应,形成硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒,由气体污染物转化成固体污染物,成为PM2.5升高的最主要原因。
这也是为什么中国是全世界PM2.5污染最严重的地区。从以下全球PM2.5浓度分布图我们可以看到,中国东部沿海地区PM2.5污染最重,而全世界将近1/5的煤炭就在这片土地上燃烧。
由于PM2.5具有长距离传输的特性,城市中的PM2.5污染会更多来自区域范围的污染扩散,而PM10则主要来自本地的污染源7。以北京为例,尽管从1998年开始到现在,北京实施了十六阶段的大气治理措施,但是空气质量并未有质的改进。原因在于除了本地工厂、交通和居民等污染源向大气排放出的空气污染物外,外地输送过来的空气污染物也会对北京本地的大气质量产生重要影响,单单只是针对北京市进行大气治理,无法解决区域性污染传输的问题。现有的研究表明,北京大气污染气溶胶颗粒物的排放源可远距离追溯到北京南部周边污染相对较重的河北、山东及天津等地更大尺度空间范围8,9。 同样的区域性大气污染问题也出现在中国的长三角、珠三角等经济发达地区。
据报告,比照2007年物价水平,煤炭燃烧带来的公众健康成本达到44.8元/吨。我国对的空气污染的治理投入远远低于煤炭燃烧带来的环境与公众健康损失。我们根据2006-2010年五年的煤炭消耗统计数据测算,五年来燃煤导致的健康成本已超过六千多亿元。
基于燃煤给公众带来的巨大健康损失,绿色和平呼吁,必须加快推进对燃煤污染治理的投入,尤其是对于东部燃煤空气污染重灾区,要实施最严格的燃煤大
气污染排放标准,同时加快开征环境税,实现燃煤外部成本内部化。
“十二五”的大气污染控制基本是通过电厂脱硫实现的。到“十二五”末,电厂脱硫装机已经达到整体装机的80%,这意味着每发一度电排放的SO2已经比美国的电厂低。但是与此同时,脱硫带来的污染物总量削减却给新的大煤电机组挤出了更多的发展空间,加速了新煤电的扩张。2010年末火电装机总量达到了2005年的两倍,与装机量一起激增的,是氮氧化物排放量,这直接导致了大气环境的恶化。然而除去二氧化硫以及氮氧化物,燃煤产生的大气污染中,还有汞、多环芳烃等许多有毒有害污染物尚未纳入控制范围内,因此,单纯控制末端污染排放而不控制煤炭消费,对于大气污染控制来说,无疑是按起了葫芦起了瓢。
我国东部沿海地区燃烧了将近全国40%的煤炭,而土地面积不到全国的十分之一。现如今东部大气污染状况已经非常严峻,所以绿色和平呼吁,必须严格控制东部地区的煤炭消耗,在重污染区要设置零增长、甚至负增长目标。
大气是流动的,单靠某一个城市单打独斗,很难独善其身。奥运会留给北京空气污染治理的经验,很重要的一条就是要进行区域的联防联控。像临近北京的河北、天津等地,污染源多,排放量大,污染物很容易就被输送到北京。奥运期间,北京周边省市也和北京一样执行了严格的限制措施,这对北京空气质量的改善起到了很大的作用。
对雾霾的新认识
随着北方地区进入供暖季节,煤炭消耗的增加会使污染排放增加,灰霾天气污染也将加重。近期有关灰霾与大气污染的研究,发现细颗粒物(PM2.5)是灰霾天气的主要成因,而中国近年来的灰霾天数的增加、空气质量的下降与近年来煤炭消耗量激增有直接关系。
雾霾天气并不是2013年特有的。实际上,每年的秋末到春季,都是雾霾天的高发期。与常年同期相比,2013年1~2月,中国中东部多个省份出现雾霾天气的平均日数普遍偏多。由于2013年初笼罩中国中东部大面积的雾霾来得过于迅猛 , 大家来不及深入分析,不约而同地把这场持续雾霾的主要原因归结到大气环境的人为污染上。
“ 北京市„蓝天工程‟——能见度影响因素和改善途径研究” 项目的研究结果表明,虽然人为环境污染是形成霾污染的本质内因,但在排放源相对稳定的情况下,作为外因的不利气象条件往往是形成雾霾天的决定性因素。根据大气物理学的原理及大气边界层的结构特征,非连续分布的多个城市的人为污染物不可能在同一时间段实现“ 影响的地理环境复杂到遍及湖海内陆高原山川、影响范围大到130万平方公里” 的污染物累积效应。
按气象学定义,雾是水汽凝结的产物,主要由水汽组成;按中华人民共和国气象行业标准《霾的观测和预报等级》的定义,霾则由包含PM 2.5在内的大量颗粒物飘浮在空气中形成。通常将相对湿度大于90%时的低能见度天气称之为雾,而湿度小于80%时称之为霾,相对湿度介于80%~90%之间时则是霾和雾的混合物共同形成的,称之为雾霾。受区域大雾影响,2013年1月,北京市先后出现了四次空气重污染过程,城市空气质量明显转差,污染的严重程度为近年来同期罕见。该月的重污染过程呈现出污染范围广、持续时间长、浓度水平高的特点。这主要是因为近期大气环流异常,出现了极端静稳天气,加上冬季地面夜间的辐射降温明显,使空气中的水汽迅速达到饱和并形成了辐射雾。水雾不仅为气态污染物NOx、SO2迅速转化为硫酸盐、硝酸盐粒子提供了极有利的条件,而且为细颗粒物的吸湿、凝聚长大与累积提供了适宜条件。同时,极端静稳天气形成了低空大气的“逆温层”,使空气在水平、垂直方向的交换流通能力变弱,不利于
空气中污染物的扩散,从而导致空气污染的累积效应,形成了霾。北京市环境保护监测中心近期的雾霾观测数据表明,PM 2.5 组分中所占比例最高的为二次硫酸盐和硝酸盐粒子,约占42%。可见,在北京近期雾霾的成因中,不利气条件是主要原因,空气污染物是次要原因。
观测数据显示,1月28日,北京市的空气相对湿度达到73%,城区的PM 2.5日均浓度达到322μg/m ,北京远郊清洁对照点密云水库的PM 2.5日均浓度也达到215μg/m 。1月29日,城区的PM 2.5日均浓度达到384μg/m ,密云水库的PM 2.5日均浓度也达到260μg/m 。密云水库属清洁对照点,局地污染源极少,为什么PM 2.5监测值居然也会严重超标呢? 这需要从PM 2.5监测原理与方法上进行分析,才能找到原因。PM 2.5监测值为质量浓度,监测方法基本沿用监测PM 10的方法。由于PM 2.5成分复杂,用监测PM 10的方法监测PM 2.5会造成数据失真。失真的原因主要是由于空气中的细微颗粒受湿度影响较大,需要采用手工重量法将滤膜放置在恒温25 ℃、恒湿40%的环境内平衡24小时才能正确采样获取数据,而采用自动监测手段很难满足此条件,所以目前自动监测站在高湿条件下获得的PM 2.5监测数据会失真,出现虚高现象。
2012年,北京市的二氧化硫、氮氧化物排放量同比2011年分别下降了9.36%、
7.63%,减排幅度继续保持全国领先。而2012年北京市空气中二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物浓度分别为28μg/m、52μg/m和109μg/m ,同比2011年也分别下降了1.5%、5.5%和4.4%,平均降幅达到3.8%,其中二氧化硫和可吸入颗粒物浓度还再创历史新低,实现了空气质量第14年的连续改善。同时,2013年1月的空气污染物排放总量比2012年1月也是降低的。对一个城市来说,即使是同样的污染物排放总量,在扩散条件较好的情况下,空气质量则呈现为优良,而在不利扩散的异常天气下,空气质量就会呈现为污染。在污染物排放总量没有增加的情况下,近期雾霾天的PM 10和PM 2.5出现高值,可以说,基本上均是由极静稳天气的区域性辐射雾等气象因素造成的。
进入10月以来,由于特殊的气象条件导致污染物不断累积,灰蒙蒙的雾霾频繁笼罩北方地区,北京、吉林、辽宁、河北、河南、甘肃、陕西、山东等11个省都出现过局部地区能见度降到200米以下的情况。10月9日当天北京出现严重灰霾天气,全市所有地区至少轻度污染,而亦庄、通州和平谷三个监测点出
现了中度污染。据环保部的重点城市空气质量日报,北京市当天的空气污染指数全国最高。此后连续4天时间里北京都笼罩在沉重的灰霾天气之中。十天后的10月19日早晨,北京城区大部分地区能见度再次降至3公里左右,东南部能见度最低的地方仅有1.1公里。到20日早晨大部分地区能见度降低到仅有1~2公里,局地甚至小于1公里。
连日灰霾让不少人养成了密切关注“空气污染指数”、“可吸入颗粒物”这些专业名词的习惯。不同城市检测空气污染指数的项目略有不同,但主要测量的都是空气中二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项的含量。前两者为气态污染物,最后一项可吸入颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首,它们与水蒸气气结合在一起,让天空瞬间变得灰蒙蒙的。颗粒物的英文缩写为PM(Particle Matters),这种颗粒本身既是一种污染物,又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。
目前包括北京在内的大部分城市所监测以及公布的是PM10数据,也就是直径小于10微米的污染物颗粒浓度。PM的另一个衡量标准是PM2.5,是指直径小于2.5微米的污染物颗粒浓度。在非灰霾天,空气中的PM2.5大约占到PM10的三分之一,而灰霾天里,PM2.5和PM10成倍增加,并且PM2.5占PM10的比例提高到的一半以上3。
目前,中国的API监测指标包括二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物(PM10)。PM10是直径较大的颗粒。这些污染物基本上是基于中国在1996年时的主要一次排放源制定的。但是中国现今的大气污染已经进入到以二次污染为主的复合型污染阶段,也就是说,二氧化硫、二氧化氮,与大气中的其他污染经过了一系列复杂的化学反应过程形成了新的污染物,而这个过程一个比较明显的变化是污染物由气体状态转变成了固体状态,成为了细颗粒的主要成分。而由于二次污染过程浓度逐渐升高的细颗粒(PM2.5)并没有纳入环境质量标准。这也是为什么在全国的环境公报中整体污染状况在变好,而能见度却逐年在降低,公众对空气质量的满意度也在降低。
同样的在粒径小于10um的粒子(PM10)浓度指标里,虽然大的颗粒得到了治理,但是由于二次污染产生的小于2.5um的细小颗粒(PM2.5)却不断地增加,所以即使PM10的浓度在降低,PM2.5的浓度很有可能是在增加的。
空气污染的加重与化石燃料消耗的激增有直接联系。中国能源消耗在近十年
来增长了一倍多,且能源结构中煤炭占比超过70%.中国煤炭消费从2000年的14.45亿吨增长到了2010年的32.4亿吨,相当于美国的3倍,印度的6倍,是全球最大的煤炭消费国。
煤炭燃烧后产生的大气污染物主要包括二氧化硫、一氧化碳、悬浮颗粒物、氮氧化物等。我国燃煤产生的二氧化硫排放量占全国同类排放物总排放量的
75%,二氧化氮的排放量占全国同类排放物总排放量的85%,一氧化氮排放量占全国同类排放物总排放量的60%,总悬浮颗粒(TSP)排放量占总排放量的70%。
煤炭燃烧排放的烟尘中有许多无法去除的超细颗粒,是PM2.5一次细颗粒的主要来源。而煤炭燃烧排放二氧化硫和氮氧化物与空气中其他污染物进行复杂的大气化学反应,形成硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒,由气体污染物转化成固体污染物,成为PM2.5升高的最主要原因。
这也是为什么中国是全世界PM2.5污染最严重的地区。从以下全球PM2.5浓度分布图我们可以看到,中国东部沿海地区PM2.5污染最重,而全世界将近1/5的煤炭就在这片土地上燃烧。
由于PM2.5具有长距离传输的特性,城市中的PM2.5污染会更多来自区域范围的污染扩散,而PM10则主要来自本地的污染源7。以北京为例,尽管从1998年开始到现在,北京实施了十六阶段的大气治理措施,但是空气质量并未有质的改进。原因在于除了本地工厂、交通和居民等污染源向大气排放出的空气污染物外,外地输送过来的空气污染物也会对北京本地的大气质量产生重要影响,单单只是针对北京市进行大气治理,无法解决区域性污染传输的问题。现有的研究表明,北京大气污染气溶胶颗粒物的排放源可远距离追溯到北京南部周边污染相对较重的河北、山东及天津等地更大尺度空间范围8,9。 同样的区域性大气污染问题也出现在中国的长三角、珠三角等经济发达地区。
据报告,比照2007年物价水平,煤炭燃烧带来的公众健康成本达到44.8元/吨。我国对的空气污染的治理投入远远低于煤炭燃烧带来的环境与公众健康损失。我们根据2006-2010年五年的煤炭消耗统计数据测算,五年来燃煤导致的健康成本已超过六千多亿元。
基于燃煤给公众带来的巨大健康损失,绿色和平呼吁,必须加快推进对燃煤污染治理的投入,尤其是对于东部燃煤空气污染重灾区,要实施最严格的燃煤大
气污染排放标准,同时加快开征环境税,实现燃煤外部成本内部化。
“十二五”的大气污染控制基本是通过电厂脱硫实现的。到“十二五”末,电厂脱硫装机已经达到整体装机的80%,这意味着每发一度电排放的SO2已经比美国的电厂低。但是与此同时,脱硫带来的污染物总量削减却给新的大煤电机组挤出了更多的发展空间,加速了新煤电的扩张。2010年末火电装机总量达到了2005年的两倍,与装机量一起激增的,是氮氧化物排放量,这直接导致了大气环境的恶化。然而除去二氧化硫以及氮氧化物,燃煤产生的大气污染中,还有汞、多环芳烃等许多有毒有害污染物尚未纳入控制范围内,因此,单纯控制末端污染排放而不控制煤炭消费,对于大气污染控制来说,无疑是按起了葫芦起了瓢。
我国东部沿海地区燃烧了将近全国40%的煤炭,而土地面积不到全国的十分之一。现如今东部大气污染状况已经非常严峻,所以绿色和平呼吁,必须严格控制东部地区的煤炭消耗,在重污染区要设置零增长、甚至负增长目标。
大气是流动的,单靠某一个城市单打独斗,很难独善其身。奥运会留给北京空气污染治理的经验,很重要的一条就是要进行区域的联防联控。像临近北京的河北、天津等地,污染源多,排放量大,污染物很容易就被输送到北京。奥运期间,北京周边省市也和北京一样执行了严格的限制措施,这对北京空气质量的改善起到了很大的作用。