讨论陶光远先生演讲问题之二：

2015年12月1日北京严重雾霾和发现散煤采暖为冬季霾污染主凶的问题

陶光远先生在演讲里以2015年12月1日北京市经历的一次严重雾霾为引子，说朝阳区PM_2.5浓度曾高达1200毫克/立方米，用一张中央电视台办公大楼的昏暗照片说明能见度不到50米，再介绍当天周边城市污染程度低得多的情况，说“这个霾是北京的，不是别人污染给我们的”。然后找出原因是从11月27日开始，非常冷，冷了4天，把所有采暖的烟尘都集中在北京了。然后特别说明，他提的意见得到了北京市领导重视，并于2016年1月9日一同去东五环区域，现场视察散煤污染有多么严重。这是他“干了这么多年的活，终于干了一件有意思的事情。”（即后文他提出散煤燃烧在北京冬季霾污染各个污染源中排在首位的看法。） 

但是读陶先生的演讲记录后，我认为他是在没有确实证据的情况下主观臆断，过早下了结论。我也赞成说“燃煤未必会造成严重的大气污染，只有不清洁地燃煤才会造成严重的大气污染。”但分析和判断必须立足在坚实的基础上。应当重视散煤燃烧污染问题，但各个污染源比较孰轻孰重还需要认真科学的研究，现在结论不切实际。

 我有以下依据说明陶先生讲的情况和数字不实： 

1、 因为关心霾污染，我曾下载2015年11月27日到12月2日，北京市环境监测中心公开发布的35个监测站的每日PM_2.5数据曲线图， 同期北京市气象小时曲线，含气温、湿度和风矢量图。检查这些数据（图1，以官园监测站数据曲线为例），发现：

a)      北京市确实经历了一次重霾污染过程，但持续时间比较2013年1月中下旬的持续严重雾霾污染短得多。最严重污染发生在西南部的“京西南”和“良乡”监测点，PM_2.5浓度峰值分别达到过929微克/立方米和835微克/立方米。但没有发现1200微克/立方米的极高浓度值。在市中心东部，即陶先生说到的中央电视台的朝阳区，最接近的三个监测点是“东四”、“农展馆”和“东四环”，记录峰值都在600~700微克/立方米。回忆陶先生有时把PM₁₀也看成霾颗粒，怀疑他说的是PM₁₀浓度。

b)     仅有11月26日晚上19点到27日上午10点前后，气温在零下6~7度（也许北京市在11月下旬可以算是“很冷”？只有一个晚上，哪来的“四天”？）。之后随着霾污染的发生发展，气温没有下降，总体上维持在零度左右，及至略高于零度。

c)      从11月29日以后，到12月1日晚上西北风下来之前，相对湿度保持很高超过90%，及至几乎100%，又没有降水。显然发生了大雾浓雾，不可能“很冷”。在浓雾条件下能见度自然很低，可以在50米以下。因此他展示的央视大楼照片很昏暗，符合当时气象条件。并不一定说明PM_2.5浓度极高。

d)     图1最右侧表现了一个从12月1日15时到晚上23时从南部进入的扩散过程，官园PM_2.5浓度有所下降，然后反弹。但随后更强的西北风进入，扫请雾霾。那个南部扩散过程是我的猜想，依据展示在图2。拼接北京市西侧10个监测站12月1日和2日的PM_2.5曲线，企图从变化的时间顺序说明在西北风吹霾前先有个南部扩散过程。如果确实存在这个过程，就可以解释北京周边城市（都在北京南边）霾污染弱于北京的实况。我曾在2015年12月2日写博文提请网友注意这个问题：请留意北风前，北京雾霾污染程度曾从南部开始减缓http://blog.sciencenet.cn/blog-609047-940359.html

    图1北京市官园监测站PM2.5小时浓度曲线以及北京市同时的相对湿度（蓝色）、气温曲线（红色）和风（箭头）。风级看不清楚，放大后看出，风速大都在1~3级，静风(0级)出现了2次

图2 左侧以北京西侧10个站的PM_2.5监侧曲线（11月30日22时到12月2日10时~拼接的）为依据，企图说明12月1日7时先有一个从西南进入的向南扩散过程，又在1日深夜2日凌晨经历西北风吹散雾霾的过程。

2、 我下载过同期国家气象局发布的每日全国霾分布图（2018年6月以后停止），从11月28日、29日、30日等图片看，当时京津冀地区北京市的霾污染比较突出，周围城市如保定、廊坊、唐山、天津及至石家庄，图中浓度分布都比较北京低。这是很少出现的现象，我也曾写博文希望网友注意。但是陶先生说污染物来源都是北京本地的，不过是一个可能性，不能下结论。例如，当时图片可见，霾污染是区域性的，东北、山东、山西和江苏也曾发生了严重霾污染。当着北京“很冷”排放大量采暖用煤污染物时，周边城市不也冷吗？不也排放大量采暖烧煤污染物？为什么没有发生严重霾污染？应当想到还有一个可能性是气象因素导致京津冀地区霾污染分布异常，北京市则可能因为机动车污染叠加燃煤污染造成重霾。

图3 剪辑自国家气象局发布的全国霾污染实况图，2015年11月26日05:00到12月2日05:00

3、 我下载了“天气后报”网站http://www.tianqihoubao.com/北京和北京附近六个城市（保定、邯郸、唐山、天津、沧州和石家庄）每日空气污染物平均浓度。见图4和图5，发现：

a)      七个城市都在11月26日起发生霾污染并逐日加重，在11月30日都产生了PM_2.5的高浓度。但其他6个城市的PM_2.5浓度在12月1日降低了，唯独北京市12月1日浓度冲高。这一现象和图1中介绍发现有南部地区先扩散的情况相符，即可能是前几日南部地区污染物向北京输送污染物。但因为气象条件突然变化，扩散从南部先开始，造成12月1日南方几个城市霾污染减轻。

b)     同时看到NO₂和CO日平均浓度变化趋势和PM_2.5相同，也显示6个城市的相应浓度在11月30日冲高后回落，北京却单独在12月1日冲高。地面NO₂和CO浓度和机动车相关密切，这些观察说明，有先发生“南部扩散”的可能性，同时表明该次重霾污染过程中，机动车污染的影响不能忽视（陶先生演讲中把机动车污染影响放在很低位置的）。

c)   然而SO₂曲线图最特殊：其他六个城市浓度都相当高，特别是保定和石家庄。北京的浓度最低，都在50微克/立方米以下。如果说北京市内和郊区散煤燃烧严重的话，一定也有SO₂高浓度出现（而且能闻到二氧化硫气味）。这张图说明保定和石家庄等周边城市低矮SO₂污染源严重（包括散煤燃烧），却不是北京。

图4 北京地区大气污染受关注的2+26城市和本文所及最靠近北京的6个城市

图5 北京及周边6城市2015年同期污染曲线比较

4、 陶先生演讲说京津冀地区冬季采暖烧煤大概4000万吨，其他方式一年烧煤总量大概是不到4亿吨。但是散煤采暖的颗粒物的排放非常高，700毫克/立方米，而其他形式基本上都在100毫克/立方米以下的排放浓度。以此为依据说明散煤燃烧是霾污染的主凶。但里面有如下问题：

a)   数字。排放颗粒物浓度散煤700和其他方式100的数字是哪里来的。假设700是实际工作中测量得到，可信。但100呢？看演讲记录没有具体说明，很可能指的是国家制定的排放浓度标准。在脱硫技术方面我不在行，但听说过脱硫设施和运行费用相当高，可能超过企业成本的10%。也曾听说过设备装而不用，修改检查线路，甚至直接改写测定的排放浓度等作假的情况，说2015年工业企业基本都遵守排放标准太乐观了。

b)   单位。毫克/立方米是浓度单位，单凭浓度无法比较排放量。排放量=排放浓度×排烟流量（单位时间排气体积）×排放持续时间。工业烟囱不仅口径大流量高，而且持续排放，民用采暖锅炉主要在生火时排放浓度高，燃烧也会是间歇的。如陶先生用手巾或试纸够民家窗口的炉灶排烟口，明显出气量很小，而且未必持续排烟。

c)      污染物。陶先生只提到了颗粒物，但民用炉灶排放的颗粒物主要是粗粒径的烟尘,不是细颗粒物。还没有提到排放的二氧化硫，为什么？二氧化硫才是二次颗粒物的前体物。如果有强烈的二氧化硫排放，会有气味，地面观测站也会有显示。因为北京开展采暖能源变换已经有了一段时间，而且SO₂监测数据通常比较低。因此我当时没有下载各监测站的SO₂曲线图，但下载了35站的总体图，如图6，可见地面SO₂浓度不高。因此北京市本地民用采暖散煤燃烧不很严重。

图6 北京市2015年12月1日10:00各监测站测得二氧化硫浓度状况（绿色为优）

结束语：写本文是提醒陶光远先生，涉及比较敏感的数字和结论应当有充分依据。2015年12月1日未必称得上“世纪大霾”，没有看到北京35站PM_2.5监测曲线中出现过1200微克/立方米的峰值，其持续时间比较2013年1月中下旬的严重雾霾短得多；12月1日前一周左右北京附近重霾污染的发生发展和消散是一个复杂过程，还难以确定污染物一定来自本地，更不能轻易归责于民用散煤燃烧。因为地面SO₂浓度不高，北京本地散煤燃烧对重霾污染的贡献不可能是首位。其他城市低矮和散煤燃烧污染源应当重视，但具体贡献等待深入研究的结果。

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另注：我在上篇博文“讨论陶光远先生演讲问题之一” http://blog.sciencenet.cn/blog-609047-1172453.html

中补充了一段话：“同学提意见说不懂我说的是什么意思。我回头检查后感觉是有问题：说得不够直白。应当把标题改为：“与其说德国有治霾经验，不如说德国治理二氧化硫、氮氧化物和粗颗粒物（PM₁₀）卓有成效。”就是说德国早期空气污染控制对象中是二氧化硫、氮氧化物和烟尘（稍后是PM₁₀），没有细颗粒物（PM_2.5）。但是他们控制前三种污染物严格有效，因此二次细颗粒物产生得比较少，霾污染就较轻。因此德国并没有直接的治霾经验，只是在实现了严格控制二氧化硫和氮氧化物后，才间接地实现了对霾污染的控制。