這份報告是由北京大學(xué)統(tǒng)計科學(xué)中心與北京大學(xué)光華管理學(xué)院陳松蹊研究團隊完成的第四份關(guān)于國內(nèi)重點區(qū)域空氣質(zhì)量狀況評估的研究報告。前三份報告分別發(fā)布于2015年、2016年和2017年的三月份，此前我們在本官微均向讀者進行過介紹（詳見文末列表）。
以下內(nèi)容摘編自《空氣質(zhì)量評估報告（四）——京津冀2013-2016年區(qū)域污染狀況評估》，報告研究了六種空氣質(zhì)量常規(guī)污染物：PM2.5、PM10、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)的數(shù)據(jù)，我們這里將著重介紹其中PM2.5部分。為方便大眾閱讀，文中省略了關(guān)于研究背景和統(tǒng)計方法的一些具體內(nèi)容。
兩點說明：
1、由于2013年1月和2月京津冀地區(qū)站點的空氣污染物數(shù)據(jù)有較高比例的缺失，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，所以此報告選取的數(shù)據(jù)時段為2013年3月到2017年5月。因此，報告中使用的“年”并非自然年，而是一年的3月份到下一年2月份的“季節(jié)年”，涵蓋一個完整的四季。
2、由于空氣質(zhì)量狀況受氣象條件的影響很大，為了得出并比較某一季節(jié)不同年份的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，報告沿用前三個報告的方法，對污染物濃度進行氣象調(diào)整，剔除了氣象因素對空氣質(zhì)量的影響。計算京津冀地區(qū)各個城市在可比氣象條件下各污染物的平均值濃度和90%分位數(shù)濃度，并對其進行比較和分析（污染物的平均值濃度反映了一個城市空氣質(zhì)量的平均水平，而其90%分位數(shù)濃度則刻畫了該城市最嚴重的10%的極端污染狀況）。
京津冀地區(qū)是中國目前空氣污染最嚴重的區(qū)域，也是中國大氣污染治理的首要之地。從地理條件來看，京津冀大部分區(qū)域（張家口和承德除外）位于華北平原北部，西靠太行山脈，北依燕山，東臨渤海，呈現(xiàn)半封閉的地形。京津冀地區(qū)的幾個主要城市，北京、保定、石家莊、邢臺和邯鄲都坐落在太行山腳下，大氣擴散條件差，非常不利于污染物的擴散。這一地形因素使得該地區(qū)的大氣環(huán)境承載能力并不高，不適合聚集大量的工業(yè)，尤其是煉鋼、煉鐵、煉焦、造水泥等高污染行業(yè)。
然而，2001年后河北省也迅速發(fā)展成為一個重工業(yè)大省，成為中國乃至世界第一的鋼鐵生產(chǎn)地區(qū)。不僅如此，華北平原南部的山東和河南也是能源消耗大戶。如果遇到不利的氣象擴散條件，過量的排放極易導(dǎo)致京津冀地區(qū)持續(xù)的極端污染。
▲ 京津冀13市PM2.5 2013-2016經(jīng)氣象調(diào)整后的年均值濃度變化
2013年初我國建立大氣污染監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)測包括PM2.5在內(nèi)的六種常規(guī)污染物（PM2.5、PM10、二氧化氮、二氧化硫、臭氧和一氧化碳）的濃度。2013年9月，國務(wù)院發(fā)布了《大氣污染防治行動計劃》[4]，即“國十條”，設(shè)定了全國主要區(qū)域2017年空氣質(zhì)量的具體指標：到2017年，全國地級及以上城市可吸入顆粒物（PM10）濃度比2012年下降10%以上；優(yōu)良天數(shù)逐年提高；京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域細顆粒物（PM2.5）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。如今,我們已經(jīng)步入了2017年的考核年，人們普遍關(guān)心的問題是“近年來，京津冀地區(qū)空氣質(zhì)量是否有所好轉(zhuǎn)，如有好轉(zhuǎn)，改善幅度是多少”,“2017年污染物濃度下降的目標能否實現(xiàn)”。
本報告將通過分析和評估北京市、天津市以及河北省11個地級市共13個城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)來回答以上問題。我們將基于73個國控空氣質(zhì)量監(jiān)測站點（北京市11個、天津市11個，河北省51個）2013年3月至2017年5月污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)和25個氣象站點過去七年的氣象數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)總量超過4400萬條），科學(xué)分析和評估京津冀地區(qū)過去四年多空氣質(zhì)量實際狀態(tài)和變化趨勢。
以下三個圖是京津冀地區(qū)13個城市從2013年3月到2017年5月經(jīng)過氣象調(diào)整，以季節(jié)為單位的PM2.5季節(jié)均值和90%分位數(shù)濃度，以此可以分析京津冀地區(qū)PM2.5的情況。
▲ 京津冀13市氣象調(diào)整后PM2.5季節(jié)平均值濃度時間序列（微克/立方米）
▲ 京津冀13市氣象調(diào)整后PM2.5季節(jié)90%分位數(shù)濃度的時間序列（微克/立方米）
▲ 京津冀13市氣象調(diào)整后PM2.5季節(jié)平均濃度的變化序列（微克/立方米）
前兩張圖分別展示了京津冀13個城市過去17個季節(jié)（2013年春季至2017年春季）經(jīng)氣象調(diào)整的PM2.5均值濃度和90%分位數(shù)濃度隨時間變化的情況，后一張圖展示了各城市調(diào)整均值在每個給定季節(jié)的時間序列。由此，我們可以總結(jié)出京津冀地區(qū)過去四年P(guān)M2.5濃度具有如下幾個特征：
從京津冀13市PM2.5濃度的季節(jié)變化趨勢和濃度水平，我們可以清晰地將其劃分為三個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)城市間具有相近的PM2.5濃度水平和相似的季節(jié)分布特征：（1）沿太行山脈的保定、石家莊、邢臺、邯鄲和衡水；（2）環(huán)渤海的唐山、天津、滄州，外加北京和廊坊；（3）北部的張家口、承德和秦皇島。三個區(qū)域PM2.5污染程度由重到輕分別是沿太行山脈的五個城市、環(huán)渤海的五個城市和北部的三個城市。
我們建議，每個區(qū)域內(nèi)的城市實施相同的大氣污染防治措施和策略，對癥下藥，提高京津冀大氣污染防治的效率。
京津冀13個城市中，除張家口外，其余12個城市的PM2.5濃度均有比較明顯的季節(jié)特征，即PM2.5濃度在冬季最高，秋季次之，春季較好，夏季最輕。這一季節(jié)特征在沿太行山的五個城市尤為明顯。這五個城市冬季的PM2.5平均濃度一般是夏季的2到3倍。 相比之下，環(huán)渤海區(qū)域的五個城市季節(jié)變化要明顯小于沿太行山的五個城市，它們冬夏季的濃度比一般介于1到2之間。北部城市的季節(jié)特征更加微弱。
值得一提的是，在PM2.5濃度最低的夏季,平原上的10個城市（除了北部三市）夏季PM2.5濃度在2013年均高于75微克/立方米，平均為90.4微克/立方米，處于中度污染的水平。在2016年，京津冀13個城市夏季的PM2.5濃度平均為54.4微克/立方米，相比2013年下降了39.8%，這反映了區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量的顯著改善。
90%分位數(shù)濃度刻畫了各個季節(jié)的極端污染情況，代表著在這個季節(jié)內(nèi)只有10%的時間PM2.5濃度高于該濃度。我們發(fā)現(xiàn)，除了北部個別城市之外，沿太行山和環(huán)渤海城市的極端污染在冬季最嚴重。其中，2013年和2016年冬季最嚴重的城市是石家莊（90%分位數(shù)分別是489微克/立方米和402微克/立方米），2014和2015年冬季最嚴重的是保定（90%分位數(shù)分別是382微克/立方米和340微克/立方米）。2013-2015年，京津冀地區(qū)的極端污染嚴重程度也在不斷下降，但是在2016年有所反彈。而對北京的計算結(jié)果顯示，其冬季90%分位數(shù)濃度從2013年的240微克/立方米下降到2015年的229微克/立方米，但在2016年又上升至261微克/立方米。
以下兩個圖分別給出了經(jīng)氣象調(diào)整后，在一個給定季節(jié)下，PM2.5濃度的季均值過去四年的變化；以及京津冀13個城市2013年至2016年，經(jīng)氣象調(diào)整后的年均值。
▲ 京津冀13市氣象調(diào)整后PM2.5年平均濃度變化序列（微克/立方米）
▲ 京津冀13市氣象調(diào)整后PM2.5四年(季節(jié)年)累計降幅及年平均降幅
我們發(fā)現(xiàn)，四年來，PM2.5濃度在每個季度平均同比都有一定下降，年均值濃度的下降得益于整體濃度下降，而非某一個季節(jié)的貢獻，但下降幅度在2016年有所減緩，部分城市不降反升。相比于2015年，沿太行和環(huán)渤海城市平均分別只下降了3.9微克/立方米和3.1微克/立方米，而北部城市上升0.4微克/立方米。這主要是由于2016年秋季和冬季PM2.5濃度的大幅升高。例如，保定2016年秋冬季節(jié)PM2.5濃度較2015年分別上升了19.1微克/立方米和19.4微克/立方米，漲幅分別為20.8%和12.4%。石家莊2016年秋冬季節(jié)PM2.5的濃度與2015年相比，更是上升了47.9微克/立方米和57.4微克/立方米，漲幅分別達到66%和46％。
過去四年，京津冀地區(qū)的PM2.5濃度總體有顯著降低，13個城市的年平均濃度從2013年的100.1微克/立方米下降到2016年的72.5微克/立方米，降幅超過27%。其中沿太行區(qū)域五個城市（保、石、邢、邯、衡）的PM2.5平均濃度從2013年的130.6微克/立方米降至2016年的91.1微克/立方米，降幅達30.3%，超過京津冀的平均降幅。環(huán)渤海區(qū)域的五個城市（唐、津、京、廊、滄）PM2.5平均濃度從2013年的97.1微克/立方米降至2016年的73.6微克/立方米，降幅為24.2%，略低于京津冀的平均降幅。而北部區(qū)域的三個城市（張、承、秦）的PM2.5年平均濃度從2013年的54微克/立方米降至2016年的39.9微克/立方米，降幅26.2%，基本與京津冀的平均降幅持平。
分城市來看，石家莊、邢臺、邯鄲、唐山、廊坊、承德、張家口的降幅均超過了27%，其中，邢臺降幅最大，累積降幅超過了40%；秦皇島、天津、保定的降幅介于10%與20%之間；北京四年累計降幅最低，僅為6.7%，這導(dǎo)致北京的PM2.5濃度由2013年在13個城市中排名第10上升至2016年的第6名。在13個城市中，石家莊雖然累積降幅為27%左右，但其2013年和2016年的PM2.5調(diào)整濃度均居13市之首。
看到這里，心急的小伙伴可能想問：說了這么多，京津冀空氣質(zhì)量今年到底能不能達標？別急，我們用報告里的更多干貨讓你心里有譜！
經(jīng)過四年的治理，京津冀地區(qū)PM2.5和PM10污染已經(jīng)有了明顯改善：13市PM2.5和PM10平均濃度分別從2013年的100.1微克/立方米和182.7微克/立方米下降到2016年的72.5微克/立方米和125.7微克/立方米，降幅達27%和31%。就整個區(qū)域而言，只要2017年的顆粒物濃度比2016年沒有大的反彈，京津冀地區(qū)應(yīng)該可以完成“國十條”所設(shè)下降25%的目標。
需要強調(diào)的是，京津冀13市顆粒物污染濃度的改善情況并不均衡。其中北京市PM2.5平均濃度從2013年的82.7微克/立方米下降到2016年的77.2微克/立方米，降幅僅為6.7%，距離“國十條”設(shè)立的2017年P(guān)M2.5年均值60微克/立方米的目標相距還遠。盡管2017年春季北京PM2.5的季平均濃度為57微克/立方米，但考慮到PM2.5春夏低、秋冬高的季節(jié)特征，北京2017年達標將面臨極大挑戰(zhàn)。
北京市PM2.5平均濃度過去四年僅下降6.7% ，是京津冀13市最低的。然而北京過去四年二氧化硫濃度下降超過40%，濃度水平一直處于京津冀13市最低；與此同時，反映北京市機動車排放水平的二氧化氮濃度近四年下降不大。這說明機動車對北京大氣污染貢獻很大；現(xiàn)有的機動車排放管理措施并不見效。建議北京市使用經(jīng)濟手段替代行政手段減少道路擁堵和調(diào)節(jié)車輛的使用量，從而實現(xiàn)二氧化氮濃度的大幅度下降。這將為北京PM2.5下降提供新的途徑，同時也能遏制臭氧增加的勢頭。
歸根結(jié)底，大氣污染還須從源頭預(yù)防和治理。得益于京津冀過去四年控制煤炭消耗總量、提高煤炭燃燒效率的措施，排放監(jiān)管力度的加大和排放標準的提高，PM2.5和二氧化硫濃度顯著下降。然而二氧化氮的下降非常有限，臭氧污染不降反增（關(guān)于臭氧和相關(guān)污染物的報告，請關(guān)注接下來的微信推送），這提示了京津冀下一步大氣污染防治重點也應(yīng)放在控制機動車排放和生物質(zhì)燃燒上；與此同時，冬秋季相對嚴重的大氣污染狀況無疑要求進一步減少煤炭消耗。目前，京津冀加上晉魯豫四省二市每年近13億噸的消耗，遠遠超過了京津冀這個半封閉區(qū)域的大氣環(huán)境承載上限。山東2016年的煤炭消耗量是4.37億噸，是河北的1.6倍。中國產(chǎn)煤第一大省山西的消費量略高于河北；河南省略低于河北。我們建議將山東、山西、河南三省的煤炭消耗減少也列為京津冀大氣污染防控的考核、預(yù)警指標之一。
來源：北京大學(xué)光華管理學(xué)院 作者：光華
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