北大空氣質(zhì)量報告:近2億條數(shù)據(jù)解讀治霾這六年


在經(jīng)歷了2013年的“十面霾伏”之后,中國正式向霧霾宣戰(zhàn) 。
每天清晨,打開手機(jī)看看今天的空氣質(zhì)量已成為很多人的習(xí)慣。在不經(jīng)意間,或許這一習(xí)慣已保持六年有余。在經(jīng)歷了2013年的“十面霾伏”之后,中國正式向霧霾宣戰(zhàn) 。
那么,這六年來,我們的空氣真的變好了嗎?
各地政府治霾成績?nèi)绾危磕男┏鞘兄档命c贊,哪些城市有待努力?
“人努力”與“天幫忙”,這兩大因素在多大程度上影響了我們的治理效果?
為什么有時藍(lán)天白云,也隱藏著傷害?除了PM2.5,還有哪些“隱形殺手”值得警惕?
未來,我們的治理方法應(yīng)該如何調(diào)整才能更有效?
這些問題在一份涵蓋了近2億條的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、長達(dá)90多頁的報告中都能找到答案。4月10日,北大光華管理學(xué)院和北大統(tǒng)計科學(xué)中心陳松蹊教授的研究團(tuán)隊推出《空氣質(zhì)量評估報告(六)——“2+43”城市2013-2018年區(qū)域污染狀況評估》("2"指的北京、天津,"43"指河北、河南、山東、山西各省的城市)。這也是該研究團(tuán)隊在六年的觀察和積累基礎(chǔ)上,推出的第六份報告。
本報告分析了中國霧霾最嚴(yán)重的區(qū)域——京津冀晉魯豫陜45個城市,基于247個國控空氣質(zhì)量監(jiān)測站點2013年3月至2019年2月污染物連續(xù)六年監(jiān)測數(shù)據(jù),和55個氣象站點連續(xù)八年的氣象數(shù)據(jù)。重點呈現(xiàn)了六種空氣質(zhì)量常規(guī)污染物——PM2.5、PM10、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)的變化趨勢,并給予了治理建議。
此外,該報告還有一大亮點:不同于目前官方等渠道常用的基于原始濃度的年際變化比率,這份報告呈現(xiàn)的是剔除了氣象因素后的大氣污染狀況。簡言之,去除了“天幫忙”的因素,更客觀地評價“人努力”的效果。這對于地方政府治霾考核將更加有效、公正。
區(qū)域治理不平衡:哪些城市值得點贊,哪些城市有待努力
根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2018年6月印發(fā)的《2018-2019年藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)重點區(qū)域強(qiáng)化督查方案》,本次報告在去年“2+31”城市的基礎(chǔ)上增加了汾渭平原11個城市(包括陜西省西安、咸陽、渭南、寶雞、銅川,山西省呂梁、晉中、運(yùn)城、臨汾,河南省洛陽、三門峽)作為數(shù)據(jù)來源,并額外加上延安作為對照,總體即“2+43”城市。
研究數(shù)據(jù)來源城市
清新的空氣處處相似,污染物的分布則各各不同。我們所看到的空氣質(zhì)量指數(shù),是污染物擴(kuò)散條件、氣象因素、季節(jié)因素、排放情況種種因素綜合影響的結(jié)果。如此一來,被列入研究的城市越多,空氣質(zhì)量的差異性就越明顯,對此項目組使用了一些科學(xué)的統(tǒng)計方法來排除干擾,我們將在第三部分作介紹。
整體而言,六年來,大家最受關(guān)注的PM2.5值在這45個城市的平均累積降幅達(dá)到了19.5%。其中,共有26個城市五年/四年累積降幅超過20%,保定五年累積降幅最多,達(dá)41.8%。但晉城、臨汾、呂梁、張家口、和咸陽5城市累積降幅為負(fù)。
從區(qū)域分布上看,沿太行山脈的保定、石家莊、邢臺、邯鄲和衡水河北五市,河南所有九市,陜西除延安和寶雞外的四市為高濃度區(qū)域;河北北部張家口、承德、秦皇島三市為低濃度區(qū)域;北京、天津及自唐山以南的河北城市和山東九市為中濃度區(qū)域。延安的污染水平要高于河北北部三市,同北京、天津、廊坊相近,故也歸入中濃度區(qū)域。
無論是累積降幅還是平均降幅,山東省與京津冀地區(qū)除張家口外的21城市均位于前24名,晉豫陜地區(qū)除新鄉(xiāng)、鄭州、延安的20城市則居于后21名。京津冀魯區(qū)域22市近六年P(guān)M2.5濃度已具有明顯的下降趨勢;晉豫陜地區(qū)23市PM2.5濃度一致性的下降趨勢仍有待建立。
“2+43”城市氣象調(diào)整后2013年至2018年P(guān)M2.5季節(jié)平均濃度(微克/立方米)的變化序列圖
以北京為代表,部分城市污染勢頭得到遏制
值得一提的是,曾因霧霾嚴(yán)重而飽受詬病的首都北京,經(jīng)過這些年的治理,空氣質(zhì)量已悄然改善,在45個城市中,北京六種污染物的綜合改善情況排名第五,五年降幅達(dá)到了28.6%。其中二氧化硫的治理效果尤為突出,PM2.5和臭氧也有好的跡象。
從45個城市PM2.5濃度的逐年變化來看,最直觀的感受是整體顏色變得越來越清爽,代表最嚴(yán)重程度污染的深紅色在2017和2018年已經(jīng)基本消失,這意味著極端污染天氣得到了有效控制,北京、張家口、承德和秦皇島相比初始年度(2013年)都有由紅向綠的顯著變化,首都北京呈現(xiàn)出脫離一片“火熱”、向這三個旅游度假勝地空氣質(zhì)量靠攏的勢頭。
45個城市2013年至2018年冬季PM2.5分布圖
而下圖進(jìn)一步說明了在45個城市中,北京的PM2.5四年、五年累積降幅的確排在前列:
“2+43”城市氣象調(diào)整后季節(jié)年P(guān)M2.5過去五/四年(綠色)或過去四/三年(紅色)累積降幅圖,黃色線條為北京
北京的二氧化硫污染改善情況是更加值得高亮,下圖最下方的橙色線條即代表北京的變化,這意味著幾年來北京市二氧化硫水平不僅保持下降趨勢,其數(shù)值也在所有參加研究的城市中處于最低水平。從2017年開始,北京8個季度的二氧化硫濃度維持個位數(shù),達(dá)到了一些發(fā)達(dá)國家水平。
二氧化硫年平均濃度(氣象調(diào)整后)
臭氧作為一個現(xiàn)代化城市通病,相對其他污染物沒有得到那么好的控制效果,整體而言,45個城市中多數(shù)臭氧濃度不降反升,其中一些城市升幅達(dá)到了50%以上,在這樣的情況下,北京的臭氧污染排名從第7名下降至第37,可見對臭氧的控制是相對有效的。
“2+43”城市氣象調(diào)整后季節(jié)年8小時臭氧過去五/四年(綠色)或過去四/三年(紅色)平均增幅圖
相應(yīng)地,北京市的煤炭消費(fèi)量自2007年就開始穩(wěn)步下降,2016年的消費(fèi)量僅是2007年的22.1%。2017年北京市大規(guī)模取消燃煤鍋爐,加大清潔能源采暖比重,2017年的煤炭消費(fèi)總量比2016年下降了63.6%。自2017年4月起,北京市電力行業(yè)耗煤量降至零,其它類的耗煤量也進(jìn)一步下降。
數(shù)據(jù)說明,作為45個城市中唯一的超大型城市,北京的空氣污染防治成效是較為明顯的,PM2.5、二氧化硫和臭氧的污染趨勢都有得到遏制的跡象。希望北京的空氣能繼續(xù)改善,成為更美的首都。
“人努力-天幫忙”指數(shù):更科學(xué)地評估空氣質(zhì)量
由于基于空氣污染物原始濃度所得到的年際變化比率極易受三個因素影響:當(dāng)年氣象條件(所謂的“天幫忙”或“天不幫忙”,也稱為氣象干擾)、去年氣象條件和背景濃度的變化(由人為因素即所謂的“人努力”或“人不努力”所致),為分解氣象與人為因素對污染的影響,全?評估??減排的真實效果,報告使用了經(jīng)過氣象調(diào)整后的污染物濃度來評價每個城市的大氣污染狀況,這就是“?努?-天幫忙”指數(shù)。
2017年春季,盡管有31個城市“天不幫忙”,但仍有34個城市“人努力”;夏季,北京、承德、唐山、秦皇島“人努力”的程度在45個城市中位居前列,而“天幫忙”的區(qū)域由北部轉(zhuǎn)向南部;秋季“人努力”的城市個數(shù)為全年最多,達(dá)到了35個城市。與此同時,“天幫忙”的城市個數(shù)也較多,達(dá)到了37個,即大幅減排的同時氣象條件亦有利于污染物擴(kuò)散。冬季“人努力”的城市有30個,與秋季相比略微減少,但是“天幫忙”的城市個數(shù)為全年最多,除寶雞、咸陽、西安、銅川外,其余城市的氣象條件均有利于污染物擴(kuò)散。
2018年春季“人不努力”城市較多,“天幫忙”與“天不幫忙”城市個數(shù)各占一半;夏季以“人努力”為主,體現(xiàn)在除呂梁、唐山、濮陽外的42個城市;秋季相應(yīng)地“天不幫忙”最明顯,35個城市的氣象條件均不利于污染物擴(kuò)散,然而除衡水、秦皇島等城市為“人不努力”外,其余35個城市均為“人努力”;冬季氣象條件好轉(zhuǎn),共有28個城市“天幫忙”,尤其是京津冀地區(qū),氣象條件極有利于污染物擴(kuò)散,但是27個城市減排效果不明顯,即“人不努力”,這些城市大多聚集在京津冀,山東北部和山西太原和陽泉。
2018年分季節(jié)“人努力”及“天幫忙”圖
需要強(qiáng)調(diào)的是,該報告的“人努力”與“天幫忙”僅是為了更準(zhǔn)確地反映空氣污染情況的描述,所謂“人努力”或“人不努力”只代表這一階段的減排措施有沒有跑贏污染物的增加??諝赓|(zhì)量治理是一項長期工作,需要綜合各方因素制定政策和措施。報告建議使用去除氣象干擾的空氣質(zhì)量評估方法,從而使得“天幫忙”或“天幫倒忙”對各級政府部門大氣治理努力程度評估的影響降到最低。
結(jié)合以上分析,報告還繪制了針對45個城市的監(jiān)視坐標(biāo)圖,以幫助直觀地評估幾種污染物的分布水平,此處不再詳述,有興趣的讀者請閱讀報告全文了解。
污染物變化有差異:警惕大氣中的 “隱形殺手”
研究發(fā)現(xiàn),2017至2018年京津冀地區(qū)PM2.5和PM10濃度下降明顯放緩,其中“環(huán)渤海五城市”(北京、天津、唐山、滄州和廊坊)在2018年出現(xiàn)不顯著增加或顯著增加。河北北部3城市作為京津冀的“氧吧”,2017至2018年P(guān)M2.5和PM10濃度均出現(xiàn)增加。盡管河北北部3個城市不屬于“2+26”和汾渭平原城市的范疇,但建議河北北部三市加強(qiáng)污染防治的力度,尤其考慮到2020年的“冬奧會”將在張家口和北京舉行。
從2013年至2018年,PM2.5占PM10的比例逐年降低,而PM10-2.5的下降速度低于PM2.5的下降速度,這一變化說明,伴隨PM2.5治理和濃度水平降低,PM10-2.5污染也應(yīng)逐漸被重視。
二氧化硫污染改善顯著,京津冀、山東、河南、山西和陜西近五年降幅均超過50%。京津冀各城市自2013年起逐漸推行“煤改氣”、“煤改電”和燃煤脫硫等舉措。得益于此,45市二氧化硫的降低趨勢顯著。京津冀平原“2+8”城市2018年二氧化硫平均濃度已降至19.8微克/立方米。山西、山東、河南、陜西地區(qū)二氧化硫濃度在2018年分別降至28.9、19.5、17.5、12.8微克/立方米。區(qū)域性二氧化硫的顯著下降是京津冀及周邊晉魯豫陜地區(qū)過去五年大氣污染治理的最大亮點,也是區(qū)域范圍PM2.5和PM10顯著下降的主要原因。
“2+43”城市一氧化碳的下降幅度要遠(yuǎn)小于二氧化硫的下降幅度。近兩年,京津冀地區(qū)一氧化碳濃度下降放緩,其中北部3城市濃度甚至增加。山西近五年二氧化硫和一氧化碳雖然下降明顯,但是山西這五年均是五省二市七個區(qū)域二氧化硫和一氧化碳濃度最高的地區(qū),高于河北沿太行山5市。
“2+43”城市二氧化氮改善不大,較其初始年份共有18個城市二氧化氮濃度不降反升或無顯著下降。延安、唐山、呂梁三市夏天二氧化氮濃度較高,需要引起關(guān)注。區(qū)域內(nèi)二氧化氮下降微弱,多數(shù)城市未形成持續(xù)的下降趨勢。值得注意的是,自2016年以來山西二氧化氮濃度呈上升態(tài)勢,太原、陽泉、晉中等正在加入高濃度區(qū)域。
二氧化氮累積降幅
由于二氧化氮是臭氧的一個前體物,減少二氧化氮也是遏制區(qū)域內(nèi)臭氧增加的有效手段。
與霧霾相比,臭氧污染很不顯眼,往往隱藏在藍(lán)天白云之下,可這一污染物卻是人類健康的“隱形殺手”,也是目前六種污染物中最為頑固的。由于臭氧具有強(qiáng)氧化性,被吸入呼吸道時,就會與呼吸道中的細(xì)胞、流體和組織很快反應(yīng),導(dǎo)致肺功能減弱和組織損傷。同時,臭氧可促使空氣中的大量氣體污染物轉(zhuǎn)化為顆粒物,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為PM2.5。因此,近地面臭氧濃度超標(biāo),其危害程度不亞于PM2.5超標(biāo)。
發(fā)達(dá)國家的大氣問題目前主要是臭氧污染,如美國洛杉磯的光化學(xué)污染。中國這幾年臭氧污染問題日益突出,臭氧和PM2.5已成為中國大氣污染的兩個首要污染物。根據(jù)環(huán)境保護(hù)部2014年上半年全國環(huán)境質(zhì)量狀況顯示,各地區(qū),尤其是珠三角和長三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),在努力降低PM2.5濃度的過程中,不可避免的發(fā)現(xiàn)臭氧已成為5~10月間的首要污染物,污染加重的趨勢不容忽視。
整體上45城市普遍臭氧濃度水平很高,季節(jié)特征顯著,絕大部分城市保持迅猛增長態(tài)勢。整個夏季的平均值基本都超過了中國和世衛(wèi)組織100微克/立方米的標(biāo)準(zhǔn),北京近六年夏天90%分位數(shù)濃度(最高的10%)始終保持在240微克/立方米左右。河北、河南沿太行山城市以及山西晉城、臨汾,山東濱州等城市惡化趨勢明顯,尤其體現(xiàn)在夏季臭氧濃度上。2018年共有11個城市夏季90%分位數(shù)超過240微克/立方米,其中濱州、保定、石家莊、臨汾超過260微克/立方米;邯鄲、邢臺、濟(jì)南、唐山、晉城、聊城、淄博介于240與260微克/立方米之間。
與前五種污染物的改善狀況不同,除承德外44城市在2018年的臭氧濃度較其初始年份均有所上升,其中部分城市增幅較大,臨汾五年累計增幅甚至達(dá)85%。共有10個城市累計增幅超過50%,
除此之外,2018年臭氧濃度前7名均為山東城市,前10名包含8個山東城市,這說明臭氧污染應(yīng)成為山東省大氣治理的重要命題。
報告建議像管控PM2.5一樣,對京津冀地區(qū)乃至全國主要污染區(qū)域設(shè)定臭氧改善的具體數(shù)值目標(biāo),以便采取有力措施及時遏制其增長的趨勢、有效降低臭氧濃度。避免部分地區(qū)面臨顆粒物和臭氧雙重污染的局面。
其他治理建議:
*建議使用去除氣象干擾的空氣質(zhì)量評估方法,從而使得對各級政府部門大氣治理努力程度的評估不受“天幫忙”或“天幫倒忙”的影響。
* 考慮到近幾年我國空氣質(zhì)量的改善,建議盡快使用WHO“過渡時期”第二級指標(biāo)所給定的50微克/立方米作為“良”的上限。這一國家標(biāo)準(zhǔn)的提高將有效減少中國人群的污染暴露水平和未來個人及國家的醫(yī)療健康開支,也將為下一步的大氣污染防治提供更高的目標(biāo)和新的動能。
* 煤炭消耗方面,建議將京津冀、山東、河南、山西和陜西的煤炭消耗量作為衡量基礎(chǔ)排放的指標(biāo)納入大氣污染防治的重點監(jiān)測內(nèi)容;京津冀晉魯豫陜城市減煤重點應(yīng)該是山東和陜西省的“其它類”及山西省的冶金和建材行業(yè)。
(本文轉(zhuǎn)載自北京大學(xué)光華管理學(xué)院 ,如有侵權(quán)請電話聯(lián)系13810995524)
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