本應秋高氣爽，奈何霧霾壓城
初秋已過，深秋將至，中國北方關於“秋高氣爽為何變成霧霾蔽日？”的討論再次被人們關注起來，只是今年比往常更早了些。翻閱往年的媒體報導，作為霧霾元年的 2012年，其污染情況在2013年初開始被熱議，2013霧霾被熱議的高潮大約在冬季，2014年則提前至十月底十一月初的深秋，2015年作為霧霾被揭開的第四年，九月剛剛結束，中國北方這幾日的重度霧霾已讓我們忍不住開始吐槽。
圖1是根據今年9月份國家(中國)環保部，發佈的空氣品質監測資料，生成的空氣品質地理分佈圖。我們發現中國北方污染狀況在9月上旬和9月下旬明顯不同。受抗戰勝利閱兵限排影響，9月上旬北方大部分地區空氣品質呈優良狀態。到了下旬，京津冀及周邊地區污染漸漸突顯，排放限制等降霾速效藥效慢慢減弱，大範圍重度霧霾天氣頻繁出現，中國大氣污染的“心臟病” 愈發嚴重。唐·杜甫有詩：“愛汝玉山草堂靜，高秋爽氣相鮮新。” 形容秋天晴空萬里，天氣涼爽。而對於重度霧霾覆蓋下的人們來說，這樣的天氣只能是等“天相”了。
圖2：十一長假前後空氣品質污染動態圖
圖2是十一長假前後空氣品質污染動態圖，受全國大範圍大風降溫影響，自25日起，北方大範圍霧霾天氣開始減弱，在十一小長假的開始我們看到了久違的藍天白雲，然而這樣的好天氣並沒有持續到假期結束，從4號開始，北方霧霾捲土重來，空氣品質已“紅到發紫”。三年過去了，京津冀及周邊地區的居民依然沒有擺脫周而復始的霧霾困擾。
霧霾被揭第四年，關注度不斷提升
圖3：霧霾隨時間關注度
從2012年PM2.5首次被列入大氣監測範圍，到2015年史上最嚴《大氣污染防治法》正式發佈，公眾對霧霾的關注度持續升溫。今年年初，一部聚焦霧霾的紀錄片《柴靜調查：穹頂之下》於3日內以2億次點擊率刷爆各大網路媒體。中國大氣污染問題已被推向社會廣泛關注問題的最前端。中國科學院大氣物理研究所研究表明，大部分PM2.5跟燃煤和燃油有關。在中國三十年快速實現工業化的進程中，燃煤量巨大的鋼鐵工業發揮了關鍵性作用，也帶來了非常嚴重的大氣PM2.5污染。
回顧歷史，只為更好前行：2013年大霧霾“攻陷”中國紀
2013年，中國霧霾在全球氣候和能源領域話題事件盤點中“一舉奪魁”。年初，京津冀地區首先遭遇嚴重霧霾天氣；10月份以後，哈爾濱、蘇州、上海甚至三亞等地不幸蒙霾，彼時，從東北到華南全部“遇難”。雖然各地“抗霾神器”，各顯神通，但是這場“霾伏”堅不可摧，幾乎籠罩了整個2013年。據統計，在2013年，中國平均霧霾天數為52年之最，創下歷史記錄。
圖 4 是全國 2013 全年霧霾日數統計分佈圖，華北和華東等地區出現長達100 天左右的大面積重霾，幾乎占到全年 1/3 的時長。圖 5顯示出市民外出活動受到嚴重影響。什麼原因引爆了霧霾？ 霧霾被揭開的第四年，我們發現了什麼？
圖 4：2013年中國霧霾日數統計分佈圖
圖 5：市民生活受到嚴重影響
深度回顧：2013年冬季大霧霾事件
圖 6展示了2013年12 月 8 日和 9 日中國中東部地區空氣嚴重污染和消散的動態過程。不難發現 PM2.5 濃度分佈呈現強區域性，即東部地區 PM2.5 濃度變化鮮明。
8 日淩晨 1 時全國範圍內 PM2.5 濃度出現首個峰值狀態，隨後開始下降，於 10 時濃度降為最低後，反彈開始升高，視為霧霾初發狀態；大約在 19 時，全國霧霾顯現另一峰值狀態，持續約 2 小時左右，開始由西北向東南方向消散；消散持續到 9 日 23 時，全國範圍霧霾散去，空氣品質轉好。華北和華東地區的 PM2.5 濃度上升傳輸和降低擴散速度快。
圖 6：2013年冬季中國中東部地區空氣嚴重污染和消退的全程動態過程
（由清華大學環境學院提供）
改革開放以來，中國經濟持續快速增長，生活品質不斷提高，與此同時，經濟增長也帶來了嚴重的環境污染。圖 7是中國大陸鋼廠的分佈圖，與圖 6 大氣污染動態圖對照，我們隱約發現多數鋼鐵廠所在地被污染區覆蓋。作為國民經濟的支柱產業，鋼鐵工業與大氣環境的污染有怎麼樣的聯繫？
中國現有鋼鐵工業佈局總體上呈現“北重南輕”、“東多西少”的特點，如圖 7 所示。華北地區鋼鐵生產量最大，華東地區緊隨其後，產量也不容小覷。根據中共國家發展與改革委員會 2009 年的摸底調查，城市型鋼廠總共 39 個，其總產能 2.28 億噸，佔全國總量的 39.5%，即中國近 40% 的產能是由城市型鋼廠貢獻[1]。無獨有偶，2013年全國的大氣污染物濃度分佈也呈現出“北重南輕”、“東多西少”的特點。這僅僅是一種巧合嗎？
圖 7：中國大陸鋼鐵廠分佈圖(來源網路)
我們 從 2013 年 12 月 8 日到 9 日的動態污染圖中選取 PM2.5 嚴重污染區域的霧霾 8 日 7 時狀態、9 日 1 時狀態和消散過程三個關鍵點的圖像，以河北省、山東省和湖北省為例仔細分析PM2.5 污染與鋼鐵的關係。
圖 8：空氣嚴重污染區 8 日 7 時狀態
8 日 7 時，全國空氣PM2.5 濃度處於一個相對較低水準，空氣嚴重污染區河北省和山東省的 PM2.5 濃度均呈降低趨勢，如圖 8 所示。
河北省擁有大型鋼鐵廠—河北鋼鐵集團有限公司，直屬子分公司20餘家，如唐鋼、承鋼、邯鋼、宣鋼、石鋼和衡板等子公司。其排放的污染物無疑是河北省空氣品質差的元兇。唐山和保定是最突出的大氣污染嚴重的始發城市（圖 8）。河北西北兩面有山地、丘陵和高原分佈，大氣污染物擴散方向有限，主要沿東南和環渤海方向。東南部污染嚴重，西北部較輕，且高污染地區主要為污染企業、人口密集的平原和市中心區。其內環京津兩地自然深受其害。
重工業發達的山東省是華東地區大氣嚴重污染的省份之一。山東鋼鐵集團有限公司是山東最大的鋼鐵廠，旗下有濟鋼、煙臺鋼鐵和日照鋼鐵等子公司，分佈於中部和沿海地區。從圖 8可見，山東鋼鐵是全省霧霾“現身”的重要源頭之一，其產生的大氣污染物在中部凸起的泰山以及大面積波狀丘陵的地勢條件下，向東西兩個方向大範圍蔓延擴散。
此外，湖北的武漢鋼鐵集團位於湖北省中東部地區。而此區域大面積空氣品質三級以上，霧霾十分嚴重。鋼廠與重霾區的高度重疊不是巧合，而是污染源頭。
圖 9：空氣嚴重污染區 9 日 1 時狀態
8 日 19 時，PM2.5 濃度達到峰值狀態，京津冀和山東均空氣嚴重污染。PM2.5 高濃度狀態持續幾小時後，在風力、溫濕度等氣象因素的作用下，全國範圍內 PM2.5 濃度開始下降，霧霾由西北向東南逐漸消散。圖 9為 9 日淩晨 1 時空氣霧霾狀態。顯然，除邯鄲和衡水仍嚴重污染外，京津冀空氣明顯改善，而山東省空氣仍大面積嚴重污染。
圖 10：空氣嚴重污染區霧霾消散過程
從圖 10 可以看出於 9 日淩晨 1 時左右，京津及周邊城市和石家莊市的霧霾已陸續率先散開、速度較快，PM2.5 濃度下降幅度很大，空氣品質明顯改善。南部地區的衡水和邯鄲空氣品質仍十分嚴峻，消退最緩慢，而此處是河北鋼鐵集團的重大基地之一。淩晨 4 時，邯鄲市成為河北省霧霾的最後消散點。
伴隨著河北省霧霾向東南部的擴散，山東省的中西部地區的霧霾於 9 日淩晨 3 時才大幅度散開，繼而空氣轉好。北部和沿海區域霧霾嚴重，於淩晨 4 時以後才開始大範圍散去。
從整個霧霾變化過程來看，河北省和山東省的霧霾嚴重始發地點與兩家大型鋼鐵集團所在地高度重疊，空氣污染也最重；霧霾始發地點往往是在一定區域範圍內霧霾散去的最遲點；有時，風向和風速等氣象因素和地理條件因素在較短時間內會推動污染物擴散，但是污染物源發點真正掌控著大氣污染的命脈。
2013年是中國大霧霾之年，除了河北省和山東省之外，江浙一帶空氣品質形勢也十分嚴峻。全國東部地區大部分省份囿於其境。責有攸歸，義無旁貸。對於京津冀和山東地區，河北鋼鐵集團和山東鋼鐵集團的污染物排放對 PM2.5 大氣污染有著直接不可推卸的責任。這不禁讓人油然發問，2012年中國已經將 PM2.5 納入了環境監測範圍，為什麼2013年還會深受其害？鋼鐵廠怎麼了？
鋼鐵問題：燃煤量大、排汙量大
鋼鐵工業是燃煤大戶。據柴靜霧霾調查，2013 年中國燃煤 36 億噸，其中 3.8 億噸燒在京津冀地區，這其中的 3 億噸燒在河北；鋼鐵廠選用了大量最年輕的煤—褐煤，且大多不清洗，產生的廢渣多半是灰分，基本有幾億噸；這些未經清洗的煤產生的SO2等污染物，比所有大電廠加起來還要多。此外，中國鋼鐵產能出現了嚴重過剩現象，從 2005 年的三億多噸增長到現在的七八億噸[2]。在大燃量、劣質、缺少清潔燃煤、高產量的作用下，PM2.5 要得到有效控制的難度增大。
鋼鐵工業除了在能源消耗上存在漏洞外，排汙量大也是現存棘手的問題。據 2013 年統計顯示，京津冀、長三角、珠三角佔國土面積的 8%，消耗了全國 42% 的煤炭，生產了 55% 的鋼鐵，單位面積污染排放強度近全國平均水準的 5 倍[3]。以中國大氣污染重災區的華北京津冀地區為例，客觀分析鋼鐵工業的污染物排放現狀。清華大學賀克斌教授曾指出大氣主要污染物 SO2、NOx、VOCS、PM2.5、BC、OC 排放強度高值區集中在華北地區。鋼鐵工業最集中的區域也在華北地區[4]，華北地區中最集中的地方是邯鄲和唐山，如圖 11 所示 [5]。
圖 11：京津冀地區各城市鋼鐵廠分佈圖
如果鋼鐵廠停限產，藍天會有嗎？
造成大氣污染的鋼鐵工業雖然從未擺脫被詬病的焦點，但是在近年來中共中央採取的高強度應急環保政策和科技支撐下，其整改行動已見成效。2008 年”奧運藍“、2014 年的“APEC 藍”以及 2015 年的“閱兵藍”讓百姓記憶尤為深刻，並冠以“帝都藍”的美名。
“帝都藍”是怎麼來的呢？在 2008 年北京奧運會期間，北京、河北、天津、山東、山西和內蒙 6 省聯防聯控治理大氣，鋼鐵產業重組，調整結構，中小型鋼鐵廠的高爐關閉停限產。在2014年 APEC 會議期間，6 省實行最高空氣品質保障措施聯防聯控，重點污染企業限產，300 多家企業改造減排，部分企業燒結和高爐關閉，最終減排30%~40%。在今年中國紀念世界反法西斯戰爭勝利 70 周年閱兵期間，中共中央採取史上最高度的 7 省（河南為新入列省）大聯防聯控舉措，重點控制高架源大氣污染物的排放，有萬餘家燃煤鍋爐關閉、重點鋼鐵工業停限產。
可見短期速效的治汙效果—三次“帝都藍”卓有成效。但是治汙措施停息後，“報復性”重霾污染就尾隨其後，空氣品質反彈變差。如此強烈的視覺衝擊不得不引人反思鋼鐵行業對霾的貢獻有多大。
提綱挈領，重點治鋼
2015年9月16 日，某國際研究團隊在英國《自然》雜誌網路版上發表報告，每年有300 多萬的過早死亡病例，與室外大氣顆粒物污染有關。PM2.5 已然成為全球對空氣品質指標關注的焦點。從人類歷史發展的長河中看，英美等先進國家經歷了工業革命、環境污染破壞以及為之付出慘重代價的過程，才換來當今令人欣慰的優質環境。可見經濟發展與環境保護是可以共贏的，那麼我們需要思考的就是將兩者從兵戎相見到握手言和的期限盡可能縮短之道。
縱然環境保護，人人有責，但是提綱挈領，多管齊下方為治理空氣污染的當務之急。據統計，中國 60% 的 PM2.5 來自化石燃料的燃燒。鋼鐵集團才應是值得關注的“綱”。不管借他人之石還是自主創新，調整能源結構，改善生產工藝和設備，節能減排，打造綠色鋼鐵，保障空氣品質已迫在眉睫。
2013年的中國大霧霾事件應時刻警示我們：同呼吸，共命運。中國都在講中國夢，那麼綠色環保鋼鐵也是中國的一個夢。“路雖遠，行則必至；事雖難，做則必成” 。希望在不遠的未來，通過科技創新和全民環保，一個嶄新的鋼鐵工業和一片湛湛藍天呈現在我們的面前。
（特別致謝清華大學環境學院博士生梁春生為本文提供的珍貴資料以及中科雲天環保林朋對文中圖片的編輯整理）
參考文獻：
[1] 段菁春等，以環保約束性指標優化鋼鐵工業佈局. 工程研究—跨學科視野中的工程. 2013. 5(3): 259-264.
[2] 華北鋼鐵業抹黑京津冀天空. 城市問題. 2013.
[3] 王贛江，陳列子，力推進京津冀鋼鐵行業治汙.中國環境報. 2013: 第002版.
[4] 宋斌斌，京津冀建創新聯盟融資300億促鋼鐵節能減排.中國工業報. 2015: 第A03版.
[5] 伯鑫等，京津冀地區鋼鐵行業高時空解析度排放清單方法研究. 中國環境科學. 2015. 35(8): 2554-2560.
作者：王亭亭，周丹丹，陳援非
中國科學院計算技術研究所，北京中科雲天環保（www.yumair.cn）
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