揭示|北京“霾数据”里的秘密

2017年三月，北京大学统计科学中心和光华管理学院发布了一份关于北京空气质量的评估报告。主持这个课题的负责人陈松蹊教授是一位统计学专家，多年来坚持“用数据说话”解读大气污染以及污染治理的成效。此前，他的课题组已经发布过两份报告，分析了北京、上海、广州、成都和沈阳等城市近年来空气污染的浓度变化趋势，研究的亮点在于排除了气象因素对污染物的作用来考察大气污染治理的效果。

这一次，与之前不同的是，北大课题组分析了四年来六种空气污染物的浓度变化情况，细化讨论目前的政策措施对每种污染物造成的影响，再加上特殊时期(比如阅兵)的数据，来验证管控措施对各种污染物的有效性。除此之外，他们还结合了华北平原各地化石能源的消耗情况，来考察污染物变化的规律。

“之前气象部门想要把霾解释成气象现象，但是通过这些数据分析，我们认为还是排放造成的。”陈松蹊说，而且，从这些数字里面，他们还发现了很多有趣的东西。

二氧化硫进入个位数时代

二氧化硫是一个影响人体健康并参与大气氧化还原反应，生成气溶胶的大气污染物。它有刺鼻的味道，会直接导致酸雨的形成。中国二氧化硫的年平均浓度标准限值为：一级20微克/立方米，二级60微克/立方米;小时均浓度的标准限值为：一级150微克/立方米，二级500微克/立方米。

需要说明的是，因为污染物对人体伤害的大小取决于污染物浓度乘以暴露时间，因此可以被接受的年均浓度要比小时均浓度的值小很多。

“二氧化硫的变化是非常可喜的，说明北京自2013年开始的煤改气措施非常见效。”陈松蹊说。图标上，自2014年开始，每个季节代表二氧化硫的曲线都逐渐向好。各区域不同季节的减幅从20%到50%不等，自2015年以来，夏秋两季，北京中心区域、南部和北部的二氧化硫浓度都已经进入个位数时代。但是南部比北部和中心区域浓度更高，这其中有本地排放的原因，也有从河北输入的影响。

二氧化氮是控制重点

通过把北京市12个国控空气质量监测站和23个市控站的数据进行时空画图，一个清晰的椭圆形高浓度区域出现在北京市的地图上。这个东西短、南北长的椭圆形在四个季节均很明显，以朝阳区为中心，向西城、通州西部、大兴北部、昌平和顺义南部渐次减弱。这很不同于颗粒物的空间分布。陈松蹊分析说，这反映了机动车尾气排放对二氧化氮浓度的影响，因为上述区域皆为北京市交通最为拥堵的地段。尤其是在外地传输最低的夏季，中心区域的二氧化氮浓度比南部和北部区域分别高出50%和100%以上，说明了北京自身保有的机动车尾气排放是最大的二氧化氮污染源。

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二氧化氮也是霾的前体物，尽管机动车的数量在逐年增加，目前增加到550多万辆，但可以看到的是，中心区域二氧化氮的浓度还是大致基本稳定，这说明北京市这几年大幅提高油品质量标准卓有成效。但是光是控制油品还不够，虽然2015年二氧化氮有一定的改善，但是2016年又增加了。其中北部和中心区域在2016年冬季、南部区域在2016年春秋季均有显著增加。

PM2.5究竟是在改善还是有所反弹

与官方的统计方式有所区别的是，北大课题组计算一年的起始是以自然的“春夏秋冬”顺序为时间单元，比公历年往后推了两个月，大致与中国的农历年相当，即：2014年的数据以2014年3月到2015年2月计，2015年的数据以2015年3月到2016年的2月计算。因为2015年2月经济萧条，排放锐减，但2016年2月经济回暖，排放大增，因此，北京市在分析2016比2015年的改善程度时，结论要比北大课题组的乐观。

北京市根据11个国控站点的原始浓度计算，得到2016年自然年的pm2.5比2015年下降了9.9%，而根据北大课题组“季节年”的统计方式，经过气象因素排除之后发现，pm2.5在2016年并没有改善，在中心区域还增加了1.4%。随着经济的进一步回暖，课题组预测，污染治理的压力还会加大，所以尽管北京市的统计结论显示，“国十条”的阶段性治理目标已经快要顺利完成了，但目前还不能太乐观。

除此之外，课题组还发现，11个国控站点的原始均值明显小于所有站点的平均浓度，这是由于国控站点全部设在南二环所处纬度以北，而北京的pm2.5浓度又是南高北低所致。因此，陈松蹊建议，为了更加客观的评估北京市的空气污染水平，达到更好的管理效果，应该建立更加有效的监测站点格局。

对臭氧缺乏有效控制方法

不管是对于北大课题组而言，还是对环保部门而言，“大阅兵”都是一次很好的试验。在同样气象条件下，更加严格的污染控制手段，对污染物的浓度产生了立竿见影的显著影响。在六种污染物中，除去臭氧之外，大阅兵期间的污染物浓度在这四年之中都是最低的。尤其是pm2.5和pm10。与2014年的APEC效应相比，大阅兵的效应比例更高。

陈松蹊认为，这充分说明，只要从源头上限制住污染物的排放，北京的空气质量不仅是可以改善的，更是可控的。要想让APEC蓝和阅兵蓝得以持续，设计一个可持续的管控体系才是长久之道。

只是，通过这样的试验，以及四年来的数据变化，我们可以发现，对于臭氧，目前缺乏有效的控制方法。臭氧的生成机理比较复杂，光化学作用下氮氧化物和挥发性有机物的反应生成臭氧，但二者之间又并非线性关系。国家对于挥发性有机物的关注和管控才刚刚开始起步，有大量的基础工作需要抓紧时间完成。无色无味的臭氧不容易被人们察觉，但对人体健康的危害非常大，对呼吸道、视觉和免疫系统都会造成破坏。Pm2.5浓度最低的夏季，由于日光强烈，臭氧的污染反而最严重，而在北京市，臭氧的浓度分布跟其他污染物还不一样，具体表现为北部区域最高。在最近两年，北部比南部高出至少7.7%，比中心区域搞出至少8.1%。2016年比较2015年，只是中心区域和北部又少量减少，但南部却有明显增加，夏季臭氧浓度的超标已经是普遍现象。陈松蹊说：“夏季北京市8小时臭氧的均值远远高于100微克/立方米的国家标准，说明北京夏季的臭氧污染应该得到足够的重视。”

VOCs的治理需要新思路

环保部一位官员告诉笔者，实际上早在2008年奥运会的时候，北京市的臭氧问题就已经受到了专业人士的关注。表面上看着蓝天白云，但是臭氧是“超标”的——尽管那个时候还没有“标”，但参考其实验性的监测浓度值和其他国家的标准，人们发现臭氧污染应该得到重视，随后环保部在制定新空气质量国家标准的时候，经过数年的研究、讨论，最终把臭氧作为重要的评价指标纳入了进去。

臭氧的重要前体物VOCs(挥发性有机污染物)的排放很难控制，跟二氧化硫氮氧化物不一样，从工业源来说，它是以大量泄露点和面源的无组织排放为主，难以通过固定点位的浓度和排放流量来计算出准确的排放量并通过指标控制来管理，就算应急状况下企业停产，烟囱不排烟气了，罐子管线阀门该泄漏的地方还是在泄漏，污水厂原料堆场该挥发的还是在挥发。大自然中也有各种各样的VOCs，从研究的角度，做源解析的难度也很高。在底数难摸清，排放源复杂的情况下，把VOCs纳入十三五的约束性指标加以控制和考核是非常有挑战性，甚至是有些游离于客观现实的基础之上的。目前，环保部已经编制了多个行业的VOCs综合整治方案并开始推行实施，而排污许可制度的建立也为VOCs的治理提供了“过程管理”的方案，通过执行最佳的控制措施和管理实践手段，并形成管理规范，监测和计算的具体数字也就不再那么重要，环保部门进行执法监管的依据也不再仅仅是末端的一个数据。

考核与评价如何更科学

北大课题组的研究方法中，气象因素的排除是一个重要的技术手段，这样才能清楚说明“人努力”的作用和效果，并由此能对政策进行选择、分析、评估。作为技术成果，其论文刊发在了英国皇家学会的期刊上。

而在2017年“两会”发布会上，环保部部长陈吉宁提到了另外一种显得更为简单易操作的方法——用三年滑动平均值来消除气象因素的干扰，在此基础上对政策进行检验和评估。

环保部相关负责人解释，简单说来，就是用2011年到2013年的三年平均值来代表2013年的空气质量年均值，用2014年到2016年三年的平均值来代表2016年的年均值，这样比较就能去除掉大约70%的气象干扰因素，美国等国家都是用这种方法对空气质量进行评价。但是，如果中国要引入这种方法进行长效的空气质量评估模式，需要有一个过程。因为2013年新空气质量标准才发布，2016年1月1日起才正式生效执行，全国范围内从2015年起才有规范的监测数据。如果按照三年滑动，2017年才能有第一个滑动数据，如果要做好规划，需要有基数年，才能有下降比例的要求和各地的任务目标，这大概要到十四五起，才能有条件来实施并监督和考核。

“下一轮我们也可以用滑动平均的方法来验证一下我们的方法对气象因素排除的有效性。”陈松蹊说：“但是我们的方法拿一年的数据就可以判断。”他认为，在经济回暖和华北地区化石能源消耗回升的前提下，2017年将是大气污染治理“逆水行舟”的一年，想要在2015和2016年的水平上进一步减少各种污染物的浓度，更加严格的环境监管和更有效的减排措施无疑将是唯一可靠的手段，提高监测数据的质量是当务之急，建立更有效的监测站点格局和采用更加科学、精准的空气质量评估方法都是保卫蓝天不可回避的选择。

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原标题：北京“霾数据”里的秘密