中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 大氣污染物不僅危害人體健康，還會對生態(tài)系統(tǒng)造成惡劣影響。化石燃料燃燒排放污染物的同時，也會排放大量的溫室氣體，尤其是二氧化碳（CO₂）。溫室氣體雖然不屬于大氣污染物，但其引發(fā)的溫室效應不僅會對當前氣候變化造成影響，其影響力甚至可持續(xù)數(shù)十年，甚至上千年。

20世紀以來，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，空氣質(zhì)量出現(xiàn)惡化。2013年1月，席卷大半個中國的重霾污染成為我國決心治理大氣污染的導火索。為了應對大氣重污染，國務院先后印發(fā)并實施了《大氣污染防治行動計劃》（2013—2017年）和《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》（2018—2020年）。2017年和2020年底，中國工程院分別對這2次清潔空氣行動計劃的實施效果進行了評估，結(jié)果證實了大氣污染治理的有效性。2021年3月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》（以下簡稱《十四五規(guī)劃》）將碳達峰、碳中和（“雙碳”）目標上升到國家發(fā)展的戰(zhàn)略高度；這一目標的落實需打破環(huán)境（大氣污染物）和氣候（溫室氣體）的界限，使得減污降碳協(xié)同增效成為未來工作的重中之重。

基于以上背景，本文詳細分析了清潔空氣行動計劃實施以來我國大氣污染物和溫室氣體的時空變化趨勢。結(jié)合《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》和《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》分析了我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和末端治理實施情況對大氣污染物和溫室氣體時空格局的影響，闡釋出這一演變趨勢背后出現(xiàn)的問題，并提出了初步解決方案，期望能為我國減污降碳協(xié)同增效目標的實現(xiàn)提供科學依據(jù)。

大氣污染和溫室氣體時空演變

我國東部平原地區(qū)人口眾多，重工業(yè)發(fā)達；中西部地區(qū)人口稀少，經(jīng)濟發(fā)展相對落后。基于此，本研究以“胡煥庸線”為分界，將我國大陸分為東部地區(qū)（北京、天津、河北、黑龍江、吉林、遼寧、山東、河南、安徽、湖北、湖南、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西）和中西部地區(qū)（山西、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、四川、重慶、貴州、云南、西藏）。其中，中西部地區(qū)南、北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有巨大差異：西南地區(qū)以水力發(fā)電為主，重工業(yè)較少；而西北地區(qū)以火力發(fā)電為主，重工業(yè)較多。因此，將中西部地區(qū)以昆侖山—巴顏喀拉山—岷山—大巴山為界，分為西北地區(qū)（山西、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆）和西南地區(qū)（四川、重慶、貴州、云南、西藏）。基于以上地理劃分，本研究以2013年和2020年大氣污染物和溫室氣體數(shù)據(jù)為基礎，對3個區(qū)域大氣污染物和溫室氣體變化趨勢進行統(tǒng)計分析。

大氣污染物

利用我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的74個重點城市觀測結(jié)果，分析了2013—2020年6種主要污染物——粗顆粒物（PM₁₀）、細顆粒物（PM_2.5）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）的年際空間分布變化趨勢（圖1）。

結(jié)果表明，我國不同區(qū)域一次污染物（PM₁₀、SO₂和CO）和二次污染物（NO₂、PM_2.5和O₃）的變化趨勢有顯著差異。西北地區(qū)PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均下降幅度最高，分別為9.8μg·m^?3、5.7μg·m^?3和0.10 mg·m^?3；東部地區(qū)PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均下降幅度居中，分別為7.9μg·m^?3、4.3μg·m^?3和0.07 mg·m^?3；西南地區(qū)PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均下降幅度最低，僅為6.8μg·m^?3、2.4μg·m^?3和0.06 mg·m^?3。西北地區(qū)典型一次污染物PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均降幅顯著大于東部和西南地區(qū)，這表明西北地區(qū)對以SO₂和PM₁₀為代表的一次污染物控制成效顯著。

與此形成鮮明對比的是，西北地區(qū)二次污染物的控制情況。西北地區(qū)NO₂和PM_2.5濃度的年均下降幅度分別為0.5μg·m^?3和3.9μg·m^?3，顯著低于東部地區(qū)的1.7μg·m^?3和5.3μg·m^?3、西南地區(qū)的1.4μg·m^?3和4.1μg·m^?3。

另外，西北地區(qū)另一重要二次污染物O₃濃度（8h滑動最大值第90百分位數(shù)）呈現(xiàn)顯著的升高趨勢，年均升高幅度達6.1μg·m^?3，顯著高于東部的2.9μg·m^?3和西南地區(qū)的0.9μg·m^?3。這一結(jié)果表明，西北地區(qū)二次污染程度正在惡化。

溫室氣體

利用中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡在全國布設的5個區(qū)域（河北興隆、吉林長白山、新疆阜康、四川貢嘎山和廣東鼎湖山）背景站的蘇碼罐采樣（每周1次）分析結(jié)果，分析了2013—2020年CO₂體積分數(shù)的變化趨勢。結(jié)果表明，我國東部地區(qū)的興隆、長白山和鼎湖山CO₂體積分數(shù)平均年際增長值為2.5×10^?6；西南地區(qū)的貢嘎山CO₂體積分數(shù)年際變化值稍高于東部地區(qū)，為3.6×10^?6；特別值得注意的是，西北地區(qū)的阜康CO₂體積分數(shù)年際變化值高達5.4×10^?6（圖2），顯著高于我國其他地區(qū)。這一結(jié)果表明，西北地區(qū)已經(jīng)成為全國CO₂排放的重要源區(qū)。

成因分析

CO₂和NO₂主要來自化石燃料燃燒。西北地區(qū)CO₂濃度大幅升高表明化石燃料在該區(qū)域使用量增加，而NO₂濃度下降幅度較低表明該區(qū)域可能存在末端治理設施投入和運行不足的情況。以下將結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、末端處理設施運行和投入情況兩個方面討論我國不同地區(qū)大氣污染物和溫室氣體濃度變化的成因。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

我國東部地區(qū)人口集中，用電負荷大，但能源資源較為匱乏。與之對應，西北地區(qū)人口稀少，用電負荷小，能源資源豐富。我國目前重要的能源分配方式之一是將西北地區(qū)的能源輸送到東部地區(qū)，用于電力生產(chǎn)或其他行業(yè)。然而，能源若在西北當?shù)厥褂脛t具有降低運輸成本和改善產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)兩大優(yōu)勢。因此，立足優(yōu)勢資源，因地制宜能源高效利用，成為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要手段。

近年來，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對能源結(jié)構(gòu)改變的作用體現(xiàn)得淋漓盡致。對比2013年，2019年東部和西南地區(qū)能源使用量分別增加11.7%和12.8%。與此同時，西北地區(qū)能源使用量增長達27.0%。詳細分析能源消費結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，西南地區(qū)油品和燃氣消耗大幅增加，增加幅度分別達到31.7%和70.2%；西北地區(qū)燃氣消耗增加較多，達60.6%。盡管如此，西北和西南地區(qū)的油品和燃氣用量合計占當?shù)啬茉聪M的比例不超過5%，所以并不是這2個區(qū)域能源消耗增加的主要方面。因此，煤炭使用成為西北地區(qū)能源消耗增加的關鍵因子。與2013年相比，2019年我國東部和西南地區(qū)煤炭使用量分別從27.1億噸和4.3億噸降低到26.1億噸和3.4億噸。但同時，西北地區(qū)煤炭使用量卻從11.8億噸增加到16.6億噸，增幅高達40.7%（圖3）。其中，新疆、寧夏、內(nèi)蒙古、山西和陜西煤炭使用量增加最為顯著，分別增加66.9%、60.8%、40.4%、40.1%和24.9%。西北地區(qū)煤炭使用量的增加決定了該區(qū)域溫室氣體的增長趨勢。

詳細分析我國工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，煤炭消費主要集中在電力供應、黑色金屬冶煉及其他無機工業(yè)（如煉焦、硫酸、燒堿、純堿、化肥）產(chǎn)業(yè)上（圖4）。這些產(chǎn)業(yè)在西北地區(qū)的增量直接導致西北地區(qū)煤炭使用量的增加。與2013年相比，2019年我國東部和西南地區(qū)火力發(fā)電增加22.9%和?0.9%，西北地區(qū)增幅卻高達41.2%。西北地區(qū)向外輸出電量由2013年的2957.8億千瓦時增加到2019年的4927.6億千瓦時，增幅高達66.6%。除此之外，西北地區(qū)生鐵、粗鋼、鋼材、焦炭、硫酸、燒堿、純堿和化肥產(chǎn)量亦大幅增加，增幅分別為22.4%、31.7%、23.1%、12.5%、24.2%、42.3%、43.4%和25.2%。

綜上，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，特別是電力、黑色金屬冶煉及其他無機化學工業(yè)的發(fā)展，帶動了煤炭使用的大幅增加，成為西北地區(qū)大氣污染趨于嚴重和溫室氣體持續(xù)升高的主要原因。

末端治理不完善

雖然西北地區(qū)煤炭的大量使用是大氣污染惡化的主要原因，但如果末端治理設施能同步跟上并嚴格管理，西北地區(qū)大氣污染應能得到有效緩解。事實上，統(tǒng)計2013年和2019年工業(yè)廢氣處理設施裝機情況可以發(fā)現(xiàn)，與2013年相比，2019年我國東部地區(qū)廢氣末端處理設施套數(shù)增加109.5%，西南和西北地區(qū)僅增加75.0%和64.3%。更糟糕的是，東部地區(qū)工業(yè)廢氣治理運行費用增加66.1%，而西北和西南地區(qū)僅增加48.7和24.9%（圖5）。這說明我國中西部地區(qū)不僅工業(yè)廢氣治理設備裝機量嚴重滯后，工業(yè)廢氣治理運行過程中的后續(xù)投入也明顯不足。

由于不同區(qū)域燃煤量有較大差異，為了區(qū)分單位煤炭工業(yè)廢氣處理能力，本研究分別計算燃煤量和工業(yè)廢氣治理設施數(shù)的比值，以及工業(yè)廢氣治理運行費用和燃煤量的比值，以獲得廢氣治理設施負荷和單位煤炭治理投入（圖5）。相比于2013年，2019年東部和西南地區(qū)廢氣治理設施負荷分別從16000噸/套和17000噸/套下降到7000噸/套和7000噸/套，廢氣治理設施負荷分別下降54.0%和54.8%，大氣污染物治理效率大幅提升。西北地區(qū)廢氣治理設施負荷從31000噸/套下降到27000噸/套，降幅僅為14.4%。較高的廢氣治理設施負荷表明西北地區(qū)工業(yè)廢氣治理設施裝機量嚴重滯后。除此之外，東部和西南地區(qū)單位煤炭治理投入分別從2013年的39.7元/噸和35.4元/噸增加到2019年的68.3元/噸和55.9元/噸，廢氣治理投入分別增加72.2%和57.8%。西北地區(qū)單位煤炭治理投入?yún)s變化較小，僅從22.8元/噸增加到24.1元/噸，增加幅度（5.7%）顯著低于東部和西南地區(qū)。這一結(jié)果也被《2020年度鋼鐵行業(yè)環(huán)境評估報告》所證實。

綜上，西北地區(qū)工業(yè)廢氣治理設施裝機量嚴重滯后及后續(xù)投入的治理費用不足是導致大氣污染現(xiàn)象向西北遷移的另一重要原因。

對策建議

我國西北地區(qū)干旱少雨，生態(tài)環(huán)境脆弱，空氣質(zhì)量惡化和氣候變化會讓當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境雪上加霜。同時，受西風帶影響，西北地區(qū)大氣污染物和溫室氣體會向東部地區(qū)輸送，從而影響東部地區(qū)大氣環(huán)境。在電力供應和重工業(yè)向西北遷移的同時，末端治理設施處理能力未能及時跟上，兩類因素共同誘發(fā)我國大氣污染和碳排放高值區(qū)從東部向西北地區(qū)遷移的趨勢。防控大氣污染和碳排放向西北遷移：政策是導向，技術是核心，管理是關鍵。為避免西北地區(qū)重蹈“先污染后治理”的覆轍，提出2點對策建議。

因地制宜，深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革

我國西北地區(qū)在清潔能源儲量上擁有2個得天獨厚的優(yōu)勢：①干旱少云，日照時間長，太陽能儲量豐富，可開發(fā)儲量占全國的82.6%。②溫差大，植被覆蓋少，風能儲量豐富，可開發(fā)儲量占全國53.5%。雖然西北地區(qū)清潔能源儲量豐富，但由于風能和太陽能存在天然的供能穩(wěn)定性不足，以及電力輸送和存儲技術滯后等問題，“棄風棄電”現(xiàn)象在該區(qū)域普遍存在。因此，大氣污染和碳排放高值區(qū)向西北遷移并不是因為進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革，恰恰是因為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革不到位、不智能、不徹底。

為了改善這種狀況，應以《中共中央國務院關于新時代推進西部大開發(fā)形成新格局的指導意見》為準繩，改變“西電東送”的格局，推進高耗能產(chǎn)業(yè)向西部遷移，讓“西電”就地消納。具體可通過降低東部地區(qū)能耗指標，增加西北地區(qū)能耗指標，倒逼高耗能產(chǎn)業(yè)從東部向西北地區(qū)遷移，這將從根本上破解電力遠距離運輸和本地消納的難題，提高清潔能源利用率。這一策略不僅能推進東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級、促進西北地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，還能引導重污染企業(yè)從“高耗能、高排碳”向“高耗能、低排碳”模式轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)在不犧牲經(jīng)濟發(fā)展的前提下達成“雙碳”目標。

秉要執(zhí)本，推進氮氧化物和揮發(fā)性有機物減排

清潔能源的開發(fā)和使用不是一蹴而就的。在清潔能源開發(fā)的增長期，強化大氣污染物排放的末端處理能力是改善空氣質(zhì)量的唯一途徑。西北地區(qū)應充分吸取東部地區(qū)的經(jīng)驗教訓，提高規(guī)模以上行業(yè)（尤其是電力和非電工業(yè)）大氣污染物末端處理設施的裝機量，增加治理設施運行過程中的資金投入，加強末端治理設施的監(jiān)管。

大氣污染防治策略執(zhí)行多年以來，SO₂和PM_2.5減排潛力逐漸被壓縮，氮氧化物和揮發(fā)性有機物是目前我國大氣污染物減排的核心物種。依據(jù)《十四五規(guī)劃》中“氮氧化物和揮發(fā)性有機物排放總量下降10%以上”的新要求，建議以黑色和有色金屬冶煉等無機工業(yè)為重點推進氮氧化物減排，以黑色和有色金屬冶煉、石油化工、油品儲運等行業(yè)為重點推進揮發(fā)性有機物減排，最終實現(xiàn)高耗能產(chǎn)業(yè)的大氣污染深度治理，促進生態(tài)環(huán)境治理的協(xié)同增效。

（作者：唐貴謙，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院城市環(huán)境研究所、中國科學院大學地球與行星科學學院；劉鈺婷，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院大學地球與行星科學學院；高文康，中國科學院大氣物理研究所；王迎紅，中國科學院大氣物理研究所；宋濤，中國科學院大氣物理研究所、國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心；程萌田，中國科學院大氣物理研究所；王躍思，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院城市環(huán)境研究所、中國科學院大學地球與行星科學學院；《中國科學院院刊》供稿）

相關文章