中科院通過實施“大氣灰霾追因與控制” B類先導專項，通過實驗模擬、外場觀測以及模式模擬等研究對大氣灰霾形成機理進行了系統的研究。我國的大氣汙染由多種排放複合而成，表現為排放源多樣，汙染物成分複雜、濃度高，不同汙染物之間存在相互影響、相互促進的關係。根據灰霾形成特點，現階段治理的基本思路應該在繼續做好源頭減排的同時，集中力量解決冬半年重汙染問題，在管控措施上進一步增強針對性。
對大氣灰霾成因的科學認識是制定治理措施的重要依據。中科院結合“大氣灰霾追因與控制”先導專項的研究進展，認為灰霾形成是內外因共同作用的結果，其中複合汙染疊加效應是我國灰霾形成的關鍵過程。
1 近年灰霾汙染總體有所下降，但冬半年下降不明顯
大氣環境監測統計數據表明， 2013 年以來全國空氣質量總體向好，重度及以上汙染天數佔比逐步降低，優良天數比例明顯上升。 2016 年，全國 31個省、直轄市和自治區 PM2.5 年均濃度為 47 微克/立方米，平均優良天數比例為 78.8%。與 2015 年相比， PM2.5 年均濃度下降 6%，優良天數比例提高 2.1%。以北京為例，從 2013 年到 2016 年空氣質量達標天數分別為 176 天、 172天、 186 天和 198 天；發生重汙染天數分別為 58 天、 47天、 46 天和 39 天。
北京市 2016 年 PM2.5 年均濃度為 73 微克/立方米，較 2013 年累計降幅已達 19%，但依然超過國家標準（35 微克/立方米） 1 倍以上。 顆粒物濃度未達到環境顯著改善的拐點，是公眾尚未明顯感受到大氣質量改善的主要原因。 此外，我國中東部部分地區秋冬季節大氣汙染防控的形勢依然嚴峻， 觀測結果顯示，2016 年北京冬季 PM2.5濃度與前 3 年相比沒有顯著降低，京津冀及周邊地區改善也不明顯，說明冬季減排的力度遠遠不夠。
2 不同區域主要汙染源並不相同
我國 PM2.5 及其各種組分的來源複雜多樣，包括工業、交通、建築、農業、養殖、生物質燃燒、揚塵等。根據中科院源解析研究結果， 燃煤、機動車、工業是京津冀、長三角、珠三角、成渝、關中區域典型城市的大氣顆粒物的主要來源。 其中在北方地區，燃煤>機動車>工業。南方地區燃煤與機動車相當，大於工業。
對於北京市而言，儘管在不同汙染事件或某一汙染事件的不同階段各排放源相對貢獻有所差別，但機動車、燃煤作用最大。 2014—2015 年北京市機動車、燃煤、工業、揚塵的貢獻率分別為 29%、 16%、14% 和 8%，另外為區域輸送（24%）和不確定源。相比2012—2013 年，近年北京市機動車的排放比例明顯上升（增加約 7%）。
在形成重度汙染天氣過程中，北京機動車的本地排放貢獻更加明顯。而周邊地區，如天津和石家莊，重汙染天氣形成過程的最大汙染源依然是燃煤。
3 灰霾汙染有內因和外因
PM2.5 顆粒物來源有二：一是直接排放（一次源），二是二次生成（二次源）。各種汙染源或多或少都直接排放顆粒物，併產生一定程度的消光（對光線的遮蔽）。 二次生成是指排放到大氣中的氣態汙染物轉變成固體顆粒物的過程。也就是說，雖然當時不一定產生消光現象（即當時沒有出現灰霾），但若干天以後，在適當的氣候條件下，通過多種化學物理過程被轉化為硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機氣溶膠等固體細顆粒物，從而產生消光現象（即肉眼可見的灰霾）。這就是為什麼有時一天前還藍天白雲，第二天即中度乃至重度汙染的原因，因為這不僅僅是由一次排放引起的。 一些汙染源比如汽油車，雖然其尾氣中一次顆粒物濃度不高，但其排放的氮氧化物等氣體物質在大氣中同其他氣體物質如二氧化硫等反應後會產生大量固體顆粒物，形成灰霾，併成為城市 PM2.5 的重要來源之一。全球範圍內，二次顆粒物對 PM2.5 的貢獻率為 20%—80%。 中科院研究表明，在我國中東部地區二次顆粒物所佔比例常常高達60%，在靜穩天氣時還會更高，這也是我們經常感知到的“爆發性”成霾的原因。 過量排放是灰霾天氣經常出現的內因。
出現以低風速和逆溫為特徵的不利氣象條件是灰霾形成的外因。 從時間分佈上看，一年中我國 3—10月空氣質量較好，其中一個重要原因就是夏季大氣邊界層高、水平風速大，有利於汙染物擴散，環境容量大，而冬季則相反。 2016 年秋冬季，華北區域整體顯示南風異常，尤其冬季西北風較同期平均偏弱，冷空氣活動偏少，大氣較為穩定，不利於汙染物擴散。 氣象資料統計表明，近 40 年來京津冀年平均風速逐年減小，減小幅度達 37%，尤其對京津冀汙染物擴散有利的北風頻次和風速都顯著下降。當然，這樣的靜穩天氣在 20 世紀五六十年代也曾出現過。
此外，內外因之間還會出現正反饋過程。排放到大氣中的 PM2.5 顆粒會削弱到達地表的太陽光強度，導致地表溫度下降，而上層大氣中存在的顆粒物通過吸光作用，會提高該層大氣的溫度，從而形成下冷上熱的穩定大氣結構，進一步降低空氣對流，促使大氣邊界層（靠近地球表面、受地面影響最大的大氣層區域）高度下降，導致環境容量進一步降低，從而加劇汙染程度。
4 我國的大氣汙染由多種排放複合而成
近幾十年來，隨著我國經濟的快速發展導致多種汙染物同時排放，從而形成了複合型汙染這一特點，表現為排放源多樣，汙染物成分複雜、濃度高。中科院研究表明，不同汙染物之間存在相互影響、相互促進的關係，加速了氣態汙染物向顆粒物的轉化，放大了汙染效應。 比如，在大氣高濃度氮氧化物和礦質顆粒物（粉塵）共存的情況下，會促使二氧化硫向硫酸鹽的快速轉化（氧化作用和催化作用），這是發生複合汙染的典型例子。
和倫敦煙霧事件相比，我國京津冀地區強霾事件中二氧化硫的濃度要低 1—2 個數量級，但產生的細顆粒物濃度兩地卻相當。一個重要的原因就是大量的氮氧化物（主要來自機動車和燃煤排放）和氨氣排放會非線性地降低大氣對二氧化硫的環境容量，促進灰霾的爆發。也就是說， 倫敦當年的大氣汙染主要來自燃煤排放，而我國則由燃煤、機動車等排放源複合作用所致。
5 灰霾綜合整治具有長期性
通過對英國倫敦煙霧事件、美國洛杉磯光化學煙霧事件、日本四日市哮喘事件的分析，採取嚴格立法和執法、汙染控制技術升級、產業結構和能源結構調整等的“組合拳”，經過 20—40 年的努力，使得空氣質量得以改善。我們國家面臨的灰霾問題更加複雜，空氣質量的改善既要打攻堅戰，也要立足於打持久戰。
我國現階段汙染物排放總量的基數大。近年來，機動車、工業、農業以及生活源排放強度顯著增加，導致大氣中各種汙染物濃度偏高。我國產業佈局相對集中，使得華北、東北、成渝、關中、珠三角、長三角的區域特徵明顯，尤其是華北地區單位面積的能耗和汙染物排放量都是全球最高的區域，逐步減排要假以時日。從趨勢上來講，全國空氣質量總體在向好發展，但要從根本上解決灰霾汙染，涉及到產業結構、能源結構、控制技術和社會經濟成本等諸多問題，需要經歷一個不斷優化調整的過程。
6 現階段治霾還需加強針對性
根據灰霾形成特點，現階段治理的基本思路應該是：在繼續做好源頭減排的同時，集中力量解決冬半年重汙染問題。在具體措施上，應著重做好 5 個方面工作。
（1）地方政府在保增長和促減排方面要堅持兩手抓、兩手硬，一年到頭，一以貫之，避免“前緊後松”，把冬半年的產能縮減到位。
（2）針對華北冬季取暖問題，因地制宜、多措並舉，加大清潔能源替代力度。中科院針對華北農村民用散燒煤汙染， 研發了新型散煤共燃、解耦燃燒等高效中小型燃煤實用技術，在節能的同時可有效降低汙染物排放。
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（4）開展秸稈的綜合整治。秸稈汙染面大量廣，全國每年約8.5萬噸，需綜合運用行政、法律市場的手段，探索秸稈利用規模化、專業化、產業化的運營模式。中科院開發了加速秸稈降解、生物能源轉化等一系列技術。
（5）切實加強企業偷排偷放問題行為的監管。 中科院已研發了高時空分辨率的監控系統，可大幅提高監管效率。
大氣細顆粒物在線監測關鍵技術系統
大氣臭氧激光雷達和大氣細粒子激光雷達灰霾觀測設備
（注，原文中PM2.5，其中2.5位下標。）
原文請見：中國科學院大氣灰霾追因與控制研究進展.《中國科學院院刊》，2017年第3期，215—218頁。
白春禮化學家和納米科技專家。中國科學院院長、黨組書記、學部主席團執行主席，發展中國家科學院院長，中共十八屆中央委員會委員。
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