监测PM2.5：新标准后的大气污染事件
与过往相比，本月在京津冀地区持续数日的严重空气污染有了新的参考指标。2013年1月1日，经过3个月试运行后，北京35个PM2.5监测站点首次开始正式发布污染物监测数据。在北京市环保局的网站上可以看出，从1月10日开始，北京的23个城市环境评价点中，除了延庆镇和昌平镇分别属于轻度污染和中度污染外，其余均属于重度污染或严重污染。这一状态一直持续到1月15日才有所减轻，大多数监测站的监测结果回到三级，轻度污染。这些天的首要污染物均为细颗粒物，即我们俗称的PM2.5，即粒径在2.5微米以下的颗粒物。
在新标准出台前，民众已经开始了包括采用民间设备自测在内的对PM2.5的体察实验。环保组织“绿色和平”在2012年12月完成了首次“个体日均PM2.5暴露浓度研究”，该组织气候与能源项目主任周嵘告诉本刊记者，首批实验选择了7名北京居民，他们随身佩戴PM2.5个体采样器，佩戴时间从几个小时到几天不等，采样器可以自动抽取一定体积的空气，将PM2.5截留在滤膜上，拿回实验室可以分析出在采样时间内的PM2.5平均浓度。这个项目并不具有统计学意义，仅仅是为了让个体感受周围环境中PM2.5浓度的真实水平。“从出门到回家都要佩戴仪器，在卧室睡觉时也可以把它放在枕边，只是希望能给人们更直观的感受，感觉到你鼻子里吸入多少PM2.5。”周嵘说。
这7个人分别是户外运动者、出租车司机、5岁小朋友、环保人士、外籍职员、软件工程师和私企老板，每人活动轨迹不同，检测结果也略有差异。其中户外运动者钟峪个体暴露浓度的平均值最高，达到了152.73微克/立方米，国家新标准对PM2.5浓度的限值为75微克/立方米。2012年11月25日，钟峪背着个体采样器参加了北京国际马拉松比赛。这天早上7点，前门东大街官方监测点的PM2.5指数已经达到了332，属于重度污染，钟峪从8点45分在此起跑，一开始戴着口罩，后来觉得影响呼吸就拿掉了，6个多小时后她跑完全程。由于运动时肺的通气量是安静时的10至16倍，因此户外运动者受空气污染影响会尤为严重。
PM2.5是美国空气质量标准中采用的指示性颗粒物，目前它也长期居于北京等城市的首要污染物地位。由于老标准没有对该数据的测算，在能见度很低的阴霾天气里，环保部门“轻微污染”的评价很难服众。与老标准的话语体系不同，最新的监测指标正在“努力消除公众主观感观与监测评价结果不完全一致的现象”——2012年2月29日，环保部批准了新的《环境空气质量标准》，其中提出了这样的目标。新标准定于2016年起在全国实施，京津冀、长三角、珠三角等区域和若干其他城市将在2012年率先实施，在此阶段的监测项目从原来标准中的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物（即PM10）三项扩展到包括细颗粒物（即PM2.5）、臭氧和一氧化碳，共6项指标。
在周嵘看来，新标准最大的优点是更新了对数据有效性的要求。“以前政府在这方面的考核标准是两重，一重是污染物的年均值考核，一重是蓝天数。两个数据都是受到质疑的。”以PM10为例，老标准规定选择每天12个采样数据计算日均值，选择每年60天的日均值计算年均值。监测数据每小时采样一次，一天共有24个，选择哪12个来计算日均值有很大的弹性空间，一年中每月5天入选计算年均值同样如此。蓝天数是指每年空气质量一级和二级的天数和，如果当天的首要污染物是PM10，表征空气质量的空气污染指数（API）会将PM10的日均值带入算出当天的API指数，如果PM10的日均值小于150微克/立方米，API指数就会小于100，当天的空气质量就在二级以上。对比老标准，新标准对样本的选择更加严格，除臭氧以8小时为一个单位计算外，其他5类污染物的日均值要取20个小时的样本，年均值要取324天的日均值来计算。“没有全部选择24个数据是因为有些极值可能是仪器误差造成的，类似于比赛时去掉最高分和最低分。这大大减少了人为操作的空间，也是对技术人员的一种保护，他们受到的压力会更小。”周嵘对本刊记者说。
新的表征空气质量的指数叫作“空气质量指数”，即AQI。按照数值不同，AQI分为六级，50以下是一级，空气质量为优；300以上为六级，严重污染。AQI和老标准中的API都是通过一个复杂的计算公式得出的，AQI比后者计算标准更严格，比如如果一天的二氧化氮平均浓度为100毫克/立方米，用AQI评级为三级，超标，而用API评级则为二级，达标。AQI是国际通行的评价标准，频频爆表的美国大使馆监测数据也是采用这个标准，但周嵘说，它的数据科学性值得商榷。“美国大使馆在Twitter上发布的北京PM2.5监测数据是使用每小时数据计算出来的，但在美国国内，使用的数据是24小时均值。在国际上，使用24小时均值是公认为科学的计算方法。”AQI国际通行的计算方法是，先将6种污染物的日均值进行空气质量分指数（IAQI）计算，6种污染物的IAQI最大值即为AQI，如果该值大于50，该污染物即为当天的首要污染物。
污染从何而来
北方地区持续数日的灰霾天气为何产生？简单分析起来不外乎两点。中国科学院大气物理研究所研究员王跃思告诉本刊记者，外因是极其不利于污染物扩散的天气过程和气象条件。我国华北、山东及河南等地在当时近地面大气非常稳定，严重阻碍了空气的水平流通；空气湿度大，逆温层厚，进一步阻碍了空气垂直方向的对流输送，混合层高度低，空气大气污染物容量急剧减小，导致了局地和区域污染物的迅速积累。同时污染源排放强度大仍然是主因。
PM2.5的形成方式非常复杂，大致分为两种：一种是直接以固态形式排放的一次粒子，这种粒子通常先在高温状态下以气态形式排出，再在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的一次可凝结粒子；另一种是由二氧化硫、氮氧化物、氨等气态前体污染物通过大气化学反应而生成的二次粒子。北京大学环境科学与工程学院副教授王奇告诉本刊，二次粒子的化学反应非常复杂，即使将一次粒子，如二氧化硫等控制在安全范围内，也很难避免PM2.5在复杂的反应过程中产生。
周嵘说，短时间内对此次污染事件的源头进行分析是不可能做到的。中国至今还没有一份完整的国家大气污染排放源清单，学界关于PM2.5来源分析主要采用两种方法：一种是从排放源来分析，即列出各种大气污染排放源，根据统计年鉴中的燃料燃烧数据以及各行业产能数据，结合行业排放系数计算而成；另一种方法是对污染物进行采集和化学分析，根据分析到的特征元素确定其来源。第一种方法的好处是可以比较清晰地看到各个行业的污染贡献比例，但却没有办法对复杂的二次污染过程做出模拟；后者的优势是可以分析到一次污染、二次污染的占比，但缺点是城市PM2.5的来源解析研究仍有较大的不确定性。
在“绿色和平”发表的一份《PM2.5的健康危害和经济损失评估研究》报告中分析，燃煤依然是PM2.5中最主要的一次颗粒物排放来源，占19%左右。自2000年以来，中国煤炭消费量从15.2亿吨增长到34.8亿吨，增长128%，仅2011年增长率即7%，全年煤炭消费量占全世界煤炭消费量的40%以上。硝酸盐和硫酸盐等二次颗粒物占比也分别为14%和17%。
“PM2.5排放到空气中，体积小，质量轻，肉眼看不到，不容易掉落，在空气中的寿命较长，所以它有个特点就是跟着气流走，会向其他区域流动、传输，产生区域性的污染。”北京大学环境科学与工程学院教授谢绍东告诉本刊记者，寻求区域的联防联动机制已成为多方共识。
国务院在2010年5月已发布环保部、发改委、科技部等九部委《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》，要求在2015年建立大气污染联防联控机制，其中，京津冀、长三角和珠三角等地区为重建区域。“一项研究中做过模式测算，即使北京污染源为零，也依然会有大气污染存在。仅仅控制北京的污染物和清除北京的大气污染并不存在必然的线性关系。”王奇说，联防联控的前提是有关部门做出污染预报，一靠经验，二靠模式计算，提前做出预警再实施区域的应急措施。
但京津冀地区的联防联控实现起来没那么容易，北京和周边省市的经济发展状况相差较大，很难统一环保标准。王奇曾对珠三角地区的大气污染联防联控做过深入研究，他告诉本刊记者，首先是珠三角地区9个地级市经济发展水平都差不多。“在广州亚运会期间，珠三角做到了统一油品的标准、统一实行黄标车淘汰制度、控制燃煤的含硫率等等，同时它都是在一个省内管辖，协调起来相对容易。”王奇说，“但如果让河北省和北京市一样，把工业的脱硫设施按照统一标准上马，对于河北省来说没有这个能力。在京津冀地区的应急措施仍然是以点为主的，北京限制黄标车，这些车就跑到河北去了。”
谢绍东说：“奥运会时，北京、天津、河北、山西、内蒙古、山东六省市自治区及有关部门就共同制定了《第29届奥运会北京空气质量保障措施》，启动了空气质量保障联动机制。北京市政府当时要不惜一切代价保障奥运会期间的空气质量，提前两周就开始了相关省市的减排、防污染措施。”王奇也表示，相关部门也正在对这个问题进行探讨，“比如实行政府发展补偿制度，不同地区根据环境支付意愿达成协议，由经济发达地区向经济落后地区支付清洁生产技术的费用，由原来的为了北京，变成为了大家”。
标准之争与民众监督
将PM2.5纳入环保标准中至今仍有多方质疑，即便是学界也对此莫衷一是。PM2.5对人体健康存在危害作用，这一点已经得到越来越多人的共识。北京大学前沿交叉学科研究院环境与健康中心副研究员黄薇曾以西安为例，在统计意义上分析了PM2.5对健康的影响，在排除了年龄、性别、时间效应和气象等影响因素后，当PM2.5浓度每增加103微克/立方米时，居民全部死因的超额死亡风险（超出正常死亡的风险）会增加2.29%，其中，心脑血管疾病增加的超额死亡风险为3.08%。但黄薇也告诉本刊记者，PM2.5的健康研究才刚刚起步，现在的成果还不足以支撑我们国家空气质量标准的制定和修订。2010年，国家曾对新的《环境空气质量标准》草案两次公开征求意见，草案列入了PM2.5的监测问题，但很多人认为这不切实际。本刊记者当时曾就这个问题采访过北京大学环境科学与工程学院教授朱彤，他就认为加强PM10的控制就可以改善空气，而且比PM2.5实现的难度相对较低，PM2.5占PM10的比例约为百分之六七十，解决了后者也就基本解决了前者。谢绍东说：“现在我们面临的PM10的威胁还是很大，PM2.5就是PM10的一部分，PM2.5都这么多，那PM10会更高。粗颗粒浓度下降后，细颗粒浓度会随之下降。我们现在是粗颗粒都没控制好，就面临控制细颗粒的问题，二者要共同控制。美国的污染物控制是从TSP（直径≤100微米的粒子）到PM10到PM2.5，先将TSP控制得比较好以后，才过渡到控制可吸入颗粒物，这个浓度达标以后才开始控制PM2.5。美国1997年提出PM2.5的控制标准，2003年开始实施。它工业革命200多年了，很早就开始控制TSP，所以空气很干净，灰尘很少。我们能摸得到的灰尘都是粗粒子，不是细粒子。所以我们连TSP都没做好，就开始做PM10，PM10没做好，PM2.5就又来了。环保部门任务比较重，现在进入了‘集中爆发’的新阶段，所有污染物的问题都聚在一起了。”
在过去很长一段时期内，环保部门是不公布污染物浓度的。谢绍东说：“原来我参加环保部门举行的座谈会时，他们说害怕公布浓度后民众会受不了，会引起社会动荡，用这些来搪塞，不给我们数据。我们做研究的时候希望引用环保部门监测到的数据，短时间的，比如一两天的数据可能争取到，但想要拿到长期的数据，比如一年甚至更久的时间则不可能，因为他们要保密，所以我们就只有用自己的设备监测。”
“大气复杂，控制也很复杂。”王奇说，对于环保部门来说，推进的过程涉及的领域太多。奥运会期间依靠行政管理手段进行减排的比例占到了将近两成，其他为工程减排和包括首钢搬迁的结构减排。“跟奥运会期间相比，依靠行政手段进行监管的措施最不持久。那时采取的方式是，每个企业派驻工作人员蹲点，这只能是应急式的。”
环保部门是最欢迎民众参与的部门。公众环境研究中心是一家致力于环境信息公开的非营利组织，该组织制作了全国范围的大气污染地图和水污染地图，并公布了涉及到具体企业的污染源分布和企业监管记录。该组织负责人马军告诉本刊记者，组织公布的信息其实大多来自公开发表的数据，比如环保部门的环境统计公报、政府网站上发布的环境违规企业信息、媒体的污染曝光报道等等，此外，地方性的环保组织也会根据当地居民的举报，提供一些一手资料供中心采用。马军说，在欧美国家，依靠诉讼来进行环境执法非常普遍和有效，但这些通道目前在国内是走不通的，只能依靠更多的公众参与。2006年他开始绘制污染地图，为污染源定位，当年只获得了有价值的2500多条信息，到目前为止，关于企业违规操作的记录累计已经超过了11.5万条。从一个侧面反映其效果的是，已经有780多家上榜企业与他们取得了联系，在该中心网站上公布了企业的整改情况并进行了说明。该中心还发起了一个“绿色选择”项目，到目前为止，与30多家IT企业和20多家纺织品牌进行合作，由企业公布其供应厂商，大家一起来监管供应商的环境表现，这涉及到八九万家企业。马军说，2010年在与29家IT企业进行沟通后，28家企业都响应号召，与中心合作公布供应商信息，只有苹果公司一家不愿加入。“它不愿意披露自己的供应链，而且自信不会有问题，但是我们经过全面的调研，还是做了两期报告，披露了供应厂商的诸多问题。2011年9月，经过几次谈判，苹果公司终于和我们达成了合作。”马军说。
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