京津冀霧霾治理濃度目標能否實現?

  • 發布于 2015-06-18
  • 90741

原文刊登在《中國環境管理》2015年第2期,侵權必究。

作者:石敏俊 相楠

石敏?。褐袊茖W院大學教授、博士生導師,中國科學院虛擬經濟與數據科學研究中心副主任


摘要:霧霾污染已成為京津冀地區最突出的環境問題,國務院頒布了大氣污染防治行動計劃,明確提出了京津冀地區霧霾治理的濃度目標和減排措施。但是這些減排措施是否能夠實現PM2.5的濃度目標呢?本文基于數據分析方法,量化了2013-2014年京津冀地區PM2.5濃度與污染物排放量的關系,預測了現有減排措施可以達到的PM2.5濃度以及實現既定的PM2.5濃度目標的大氣污染物減排要求,對“大氣國十條”減排政策的有效性進行了科學評估。結果顯示,現有的減排措施難以實現PM2.5濃度目標,天津和河北的大多數地市需要進一步加大污染物減排力度。河北的部分地市即使實現了PM2.5濃度下降25%的目標,PM2.5濃度仍然過高,應改下降百分比為絕對值目標。北京的污染物減排率過高,減排難度較大,可以考慮一個現實合理的PM2.5濃度目標和污染物減排計劃。由于污染物減排行動涉及到區域經濟和民生保障,PM2.5濃度受到風力等自然因素的影響較大,京津冀地區的霧霾治理應確定現實可行的濃度控制目標,并制定相應的污染物排放量管理目標。


前言

  霧霾污染已成為我國最突出的環境問題之一。2013年1月發生的霧霾污染覆蓋了我國華北及華東大部分地區,涉及區域超過130萬平方公里,影響人口8.5億,其中受嚴重污染影響的人口2.5億人。霧霾污染治理刻不容緩,已成為全社會的普遍共識。2013年9月,國務院發布了《大氣污染防治行動計劃》(簡稱“大氣十條”),明確提出,到2017年全國地級及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上,優良天數逐年提高;京津冀、長三角、珠三角等區域細顆粒物濃度分別下降25%、20%、15%左右,其中北京市細顆粒物年均濃度控制在60微克/立方米左右。京津冀地區是霧霾污染最嚴重的區域。2013—2014年PM2.5年均濃度最高的10座城市,有7個位于河北省。2013年,河北邢臺和石家莊的PM2.5年均濃度高達155.2μg/m3和148.5μg/m3,是國家標準的4倍以上。京津冀各地區依據“大氣十條”的要求,制訂了具體的減排行動計劃。譬如,北京要求到2017年SO2排放量從當前的9.38萬噸減少6.37萬噸,NOx排放量從當前的22.45萬噸減少10.29萬噸;天津要求2017年SO2排放量從當前的22.45萬噸減少13.44萬噸,NOx排放量從33.42萬噸減少7.27萬噸;河北要求2017年SO2排放量從當前的134.12萬噸減少46.15萬噸,NOx排放量從176.11萬噸減少42.37萬噸。

  然而,PM2.5濃度是減排行動的結果,除了受到排放量的影響之外,也受到天氣因素等自然條件的影響,因而判斷既定的減排行動計劃是否能夠達到PM2.5濃度目標并非一件易事。本文擬基于大數據分析的思路,估算污染物排放量和PM2.5濃度之間的關系,從而嘗試判斷既定的減排行動計劃是否可以實現PM2.5濃度控制目標。

1 京津冀地區PM2.5濃度和污染物排放量及風力的關系

1.1 模型

  本文考慮了PM2.5濃度的主要影響因素,構建了以下線性方程式,通過數學建模來刻畫污染物排放量、風力、周邊區域污染物傳輸效應等因素對PM2.5濃度的影響。

  Y=f(X, LY, LNY, LSY, LouLW, MediumLW)

  其中,Y為各個區域的PM2.5濃度。

  X為二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵的日排放量,為了便于區域之間的比較,采用單位面積的排放量,也即排放量密度。由于二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵之間存在共生關系,它們的排放量數據存在較高的相關性,同時放入模型會引起多重共線性,在模型中采用因子分析提取出主成分放入模型,再依據模型結果還原為各種污染物的排放量。

  LY為滯后一期的PM2.5濃度值,表征污染物在空氣中的累積效應。

  LNY為區域i北部相鄰地區滯后一期的PM2.5濃度值;LSY為區域i南部相鄰地區滯后一期的PM2.5濃度值,表征相鄰區域之間污染物傳輸作用的影響。其中,當風向為東北/北/西北方向時,北部相鄰地區的濃度對PM2.5濃度有影響,否則為0。

  風力變量分為三級,采用虛擬變量方式表征。Low為一級和二級風的低速風,Medium為三級和四級風的中速風,high為五級風及以上的高速風。LowLW為滯后一期的低速風,MediumLW為滯后一期的中速風。五級風及以上的高速風作為參照組進入模型。

1.2 數據

  PM2.5濃度、風力等數據來自環境監測數據和氣象統計數據,污染物日排放量數據依據各種污染物的年排放量,參考供暖、電力消費波動、交通擁堵程度等指標,將年排放量分解為日排放量。本文的數據來自北京、天津、保定、廊坊、張家口、唐山、承德、石家莊、秦皇島、滄州、衡水、邢臺、邯鄲等13個地市,為深入考察北京城區和郊區的差異,本文將北京分為北京城區和北京郊區,因而本文所指的京津冀地區共包括14個區域。

1.3 結果

  總體來看,京津冀各個區域污染物排放因子和風力對PM2.5濃度有顯著的影響,不同區域各個影響因素的作用程度有所差異(表1)。當地的污染物排放量首當其沖對PM2.5濃度具有顯著的影響,當地的滯后一期PM2.5濃度反映出大氣中的污染物累積效應對PM2.5濃度也有顯著的影響。與高速風相比,中速風和低速風有明顯的污染物累積作用,對PM2.5濃度升高有顯著的影響。相鄰區域的PM2.5濃度普遍有顯著的影響,說明區域傳輸效應對PM2.5濃度的作用顯著。當然,有的區域是來自南部相鄰區域的污染物傳輸效應顯著,有的區域則是來自北部相鄰區域的污染物傳輸效應顯著,也有的區域是南北部的相鄰區域均有污染物傳輸效應。

  基于表1的系數進行的PM2.5日均濃度預測值與實際值的擬合效果總體上較好,但北京城區、天津、保定、廊坊、唐山、秦皇島、滄州、邯鄲等區域PM2.5濃度極值的預測效果不好。因此,本文采用分位數回歸結果,對上述區域PM2.5濃度極值預測的系數進行了校正(表2)。經過校正,北京城區、天津、保定、廊坊、唐山、秦皇島、滄州、邯鄲等區域PM2.5日均濃度的預測值和實際值取得了很好的擬合效果。

 

 

 

 

2 京津冀地區減排行動計劃的評估

  依據《大氣污染防治行動計劃》確定的污染物減排量,基于前述模型,可以預測可能達到的PM2.5濃度。預測結果顯示,如果周邊區域不同時減排,幾乎所有區域都難以實現《大氣污染防治行動計劃》要求的濃度控制目標,即天津和河北各地市PM2.5年均濃度下降25%,北京的PM2.5年均濃度達到60微克。即使是在周邊區域同時減排的條件下,大部分區域也難以實現《大氣污染防治行動計劃》要求的濃度控制目標,能夠達標的區域只有北京郊區、承德、石家莊、邯鄲(表3)。承德和張家口的PM2.5年均濃度原本就低,實際上不需要按照下降25%的濃度目標來進行減排。

  北京城區和郊區按照減排行動計劃要求,需減少污染物排放量63%,這是一個極其艱巨的減排任務。即便如此,北京城區只能使得PM2.5年均濃度下降到66.92微克,離60微克的濃度目標仍有差距。石家莊和邯鄲盡管PM2.5年均濃度有望下降25%,但仍超過90微克。除了石家莊和邯鄲外,PM2.5年均濃度超過90微克的區域還有保定、廊坊、唐山、衡水、邢臺等地市。

  這一結果表明,《大氣污染防治行動計劃》確定污染物減排行動計劃難以實現PM2.5年均濃度控制目標。如果要實現PM2.5年均濃度下降25%的濃度控制目標,天津和河北需要進一步加大污染物減排力度。進一步而言,石家莊、保定、唐山、邯鄲、邢臺、衡水等區域不能滿足PM2.5年均濃度下降25%的目標,更重要的是盡可能把PM2.5年均濃度降得更低,盡可能減少重污染天氣發生頻率。北京的減排任務較為艱巨,仍難以達到60微克的濃度目標,可能需要考慮調整濃度目標。

 

 


3 京津冀地區實現濃度控制目標的減排要求

  按照天津和河北各地市PM2.5年均濃度下降25%、北京的PM2.5年均濃度達到60微克的既定政策目標,本文模擬了各種污染物的允許排放量,這就可以得到與現狀排放量相比的減排要求(表4)。從京津冀地區整體上看,二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵的年排放量需要減少42%左右,才能使得天津和河北各地市PM2.5年均濃度下降25%、北京的PM2.5年均濃度達到60微克(表5)。但具體到各個區域,減排要求又各不相同。

  除了張家口、承德和秦皇島的PM2.5濃度原本就較低、不需要下降25%以外,在周邊區域同時減排的條件下,河北的其余區域和天津要達到PM2.5年均濃度下降25%的目標,需要減少的污染物排放量大多在37%~ 61%。石家莊盡管減少污染物排放量18%可以使得PM2.5年均濃度下降25%,但PM2.5年均濃度仍在106.93微克,離公眾對環境質量的要求相差甚遠。邯鄲減少污染物排放量27%,也可以使得PM2.5年均濃度下降25%,但PM2.5年均濃度依然超過90微克。石家莊和邯鄲實際上應當減少更多的污染物排放量。

  北京城區要使得PM2.5年均濃度下降到60微克,需要減少的污染物排放量達到80%,這幾乎是不可能完成的任務。按照“大氣十條”的減排行動計劃,北京城區減少63%的污染物排放量,有望使PM2.5濃度降至67微克。這意味著,要把PM2.5年均濃度從67微克降到60微克,北京城區需要把污染物減排率從63%提高到80%,降低PM2.5年均濃度的邊際成本會越來越高。北京市也許需要考慮調整近期的濃度控制目標,制定更加現實可行的政策目標。

 

 

 

 

4 結論

  綜合上述分析,本文的結論可以歸納為以下幾點:

  (1)如果按照《大氣污染防治行動計劃》確定的污染物減排計劃,即使是在周邊區域同時減排的條件下,大部分區域仍難以實現天津和河北的PM2.5年均濃度下降25%、北京的PM2.5年均濃度達到60微克的濃度控制目標。如果周邊區域不同時減排,則幾乎所有區域都難以實現《大氣污染防治行動計劃》要求的濃度控制目標。

  (2)要實現PM2.5年均濃度下降25%的濃度控制目標,天津和河北需要進一步加大污染物減排力度。石家莊、保定、唐山、邯鄲、邢臺、衡水等地不能滿足PM2.5年均濃度下降25%的目標,即使PM2.5年均濃度下降25%,濃度仍然超過90微克甚至100微克。這些區域應當減少更多的污染物排放量,把PM2.5年均濃度降得更低。

 ?。?)北京的減排行動計劃要減少污染物排放量63%,這是一個極其艱巨的減排任務,即便能夠實現,北京城區也只能使得PM2.5年均濃度下降到66.92微克,離60微克的濃度目標仍有差距。如果要把PM2.5年均濃度從67微克降到60微克,北京城區需要把污染物減排率從63%提高到80%,霧霾治理的邊際成本會越來越高。北京市也許需要考慮調整近期的濃度控制目標,制定更加現實可行的政策目標。

  (4)由于污染物減排行動涉及區域經濟和民生保障,霧霾治理不可能一蹴而就,治理大氣污染問題將是一個長期過程。京津冀霧霾治理應當在科學確定環境容量的基礎上,確定現實可行的PM2.5濃度控制目標,并制訂具有可操作性的相應的污染物減排計劃。

大鸡吧草美女视频免费