我国城市大气污染现状与特点，本文主要内容关键词为：大气污染论文,现状论文,我国论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
中国经济的快速增长，工业化、城市化的发展使中国的GDP年增长率达到8％～9％[1]。自改革开放以来，中国的城市化快速前进，城市人口比例从1978年的18％增加到2000年的34％，这一时期的增长速度是世界平均增长速度的3倍[1,2]。20世纪末，经济的剧增使得中国成为世界上继美国之后的第二大能源消费国，能源特别是煤的消耗已成为中国城市空气污染的主要人为源。我国的总能源消耗从1978年的571万吨标准煤增加到2002年的15亿吨标准煤[1,3]，作为主要能源的燃煤占总能源消耗的60％以上，燃煤是城市空气污染物（如TSP、SO[,2] 与酸雨等）产生的重要原因。此外，汽车消费量的快速增加，燃油消耗年平均增长达6％，大城市空气的NO[,x]、CO及相关污染物浓度升高[4]。
不断增长的能源消耗和机动车辆加重了中国城市大气环境的负担，城市空气污染作为一个主要的环境问题正迅速地凸现出来。自1980年代以来，许多城市遭受了日益严重的空气污染，90年代初期，中国500多个城市中达到国家空气质量标准1级的不到1％；近年来， 暴露于未达标空气质量的城市人口占统计城市人口的近三分之二[5]。北京、沈阳等大城市曾被列入世界十大污染城市，中国城市空气污染已明显引起的公共健康效应和经济损失[6—8]。本文从我国城市污染现状、污染特点、控制措施等方面做简要综述。
2 城市空气质量状况
1996年我国公布实施的《环境空气质量标准》（GB3095—1996），详细说明了SO[,2]、TSP、PM[,10]、NO[,x]、NO[,2]、CO、O[,3]、Pb、B[a]P和氟等10种空气污染物限值标准[9]，2000年国家环保总局又作了修改，取消了NO[,x]，并对某些污染物的限值进行调整（表1）。按照标准要求，城市空气质量应该达到二级， 因为二级标准被认为是安全的和可接受的。
表1 《环境空气质量标准》中某些污染物限值
Tab.1 Concentration limits of some pollutants for the Ambient Air Quality Standard （mg／m[3]）
污染物 平均时间
一级 二级 三级
TSP日 0.12 0.30 0.50
年 0.08 0.20 0.30
PM[,10]日 0.05 0.15 0.25
年 0.04 0.10 0.15
SO[,2] 日 0.05 0.15 0.25
年 0.02 0.06 0.10
NO[,2] 日 0.08 0.12* 0.12
年 0.04 0.08* 0.08
CO 日
4 4 6
O[,3] 小时
0.16* 0.20* 0.20
注：带*号的为环发[2000]1号文调整后的数据。
统计数据表明，虽然烟尘和粉尘排放量有逐年下降的趋势（如图1）， 但影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物。2004年的环境状况报告[5] 显示，46.8％的城市颗粒物浓度超过二级标准；颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、山西、内蒙、辽宁、河南、湖南和四川。在监测的城市中，2004年环境空气质量达国家二级标准的占38.6％，而1999年这一数字只有33.1％。另一主要污染物是SO[,2]，SO[,2]污染超过二级标准的城市从1999年的28.4％下降到2004年的25.7％，虽然SO[,2]污染控制在某些地方得到改善，但全国总排放近年处于波动状态（图1所示），没有得到明显的遏制，部分城市二氧化硫污染甚至有加重的趋势，有的大城市还出现了煤烟和汽车尾气混合污染。总的来说，随着300 多个城市中达到二级标准的比例逐年增加，中国城市的空气质量有所好转[5]。
图1 我国废气中主要污染物的排放趋势
Fig.1 Emission trend for main pollutants from waste gases in China
我国是用空气污染指数划分质量等级来进行空气质量报告的，范围从0～500，50以下相当于《环境空气质量标准》的一级标准，500具有明显的危害效应。表2给出了某些污染物浓度和空气污染指数的关系。最初几年，城市空气质量报告公布三种主要污染物TSP、SO[,2]、NO[,x]的浓度，2000年调整为PM[,10]、NO[,2]和SO[,2]，有的城市（如北京）还将CO和O[,3]列入了空气质量报告中。
表2 空气污染指数与污染物浓度限值的关系
Tab.2 Relations between air pollution index（API）and
concentration limits of pollutants （mg／m[3]）
API
污染物浓度
COPM[,10]SO[,2] NO[,2] O[,3]
505 0.050 0.050 0.080 0.120
100
100.150 0.150 0.120 0.200
200
600.350 0.800 0.280 0.400
300
900.420 1.600 0.565 0.800
400
120
0.500 2.100 0.750 1.000
500
150
0.600 2.620 0.940 1.200
每周或每日的污染指数是指污染物分指数的最大值，分指数最高的作为主要污染物。按照污染指数划分的空气质量等级及可能对人体健康产生的影响见表3。 最近的（2004～2005）每日空气质量报告表明[10]，中国污染最重的城市位于北部和西北部，中南和东北地区次之；最清洁的地区是南部，随后是东南部。北方城市比南方城市污染严重，主要由于北方有较高浓度的颗粒物污染，并有明显的季节性变化。夏、秋季节因污染物排放较少、大气扩散条件较好、降雨等原因，降低了空气污染物特别是颗粒物的浓度，这两个季节是北方空气最为洁净的季节。10月份以后，大部分城市的空气质量开始恶化，冬季污染达到最高峰。进入春季，空气质量有所改善，但污染高峰也有在3、4月份出现的，这主要是来自于西北地区的沙尘暴。
表3 空气污染指数范围及相应的空气质量类别
Tab.3 Ranges of air pollution index(API)and related air quality
level
污染指数范围空气质量
对健康的影响
0～50
优 可正常活动
51～100 良
101～151轻微污染
易感人群症状有轻度加剧
151～200轻度污染
健康人群出现刺激症状
201～250中度污染
心脏病和肺病患者症状显著加剧，
251～300中度重污染 运动耐受力降低，健康人群中普
遍出现症状
＞300
重污染 健康人运动耐受力降低，有明显
强烈症状，提前出现某些疾病
我国城市空气质量总体上逐年有所好转，但受能源结构的制约，空气污染仍比较严重，特别是大型城市由于城市规模大，人口众多，生产生活活动频繁，能源消耗密集，污染物排放量大、排放强度相对集中，空气中主要污染物超标比例明显高于中小城市[5]。
3 城市大气主要污染物时空特征
3.1 颗粒物
3.1.1 TSP
TSP是我国城市最重要的污染物，最近十年，城市颗粒污染物的特征已发生改变。由于各种法律、法规、标准的颁布与实施，城市TSP控制取得了一定的进步、烟尘和粉尘总排放量逐年下降，见图1。但由于我国能源结构中燃煤的比例较大，城市空气颗粒物污染依然比较严重，同时，受地形、气候的影响，城市大气颗粒物来源也很广泛，仍是影响空气质量主要的污染物。在北方，由于气候干燥、植被覆盖低，土壤颗粒物已成为城市TSP的最主要的贡献者，达40％～50％[11,12]。土壤颗粒的长距离漂移对北方城市TSP的贡献也很高，即使是在一些植被覆盖度较高的城市（如成都），近年来，由于城市基础建设处于高峰期，建筑和交通扬尘已成为TSP的主要贡献者[13]。因此，即便采取控制措施，北方城市的TSP仍保持较高的浓度，土壤尘埃控制仍然是一个挑战。采暖季节，燃煤烟尘在北方城市TSP总量中将提高30％～40％。冬季煤烟颗粒比例高、春季土尘比例高是北方城市TSP共同的特点，而南方城市没有这种现象[14—16]。
3.1.2 PM[,10]和PM[,2.5]
过去使用的除尘设备对于粗颗粒的去除是很有效的， 但都不能很好的去除TSP中的微细颗粒-PM[,10]和PM[,2.5]。在城市大气颗粒物中，PM[,10] 不仅占有优势，而且对健康的影响也更大，受到研究者和政府部门的关注。2000年以后，在许多城市的空气质量报告中，PM[,10]取代了TSP。细颗粒不仅含有大量的有机和有毒金属成分，而且比粗颗粒更能够进入人体并滞留在体内，影响人类健康。研究表明[17，18]，中国城市PM[,2.5]的污染水平是美国标准（65μg／m[3]）的1～5倍， 占PM[,10]总质量的50％～85％。城市空气中PM[,2.5]的浓度也随季节改变，如北京大气中PM[,2.5]的浓度冬季最高，春季下降，晚春至早秋趋于最低[19]。PM[,10]和PM[,2.5]来源比TSP更加复杂，人类活动是城市细颗粒物的主要来源，如PM[,2.5]人为源与自然源的贡献比率为10～15∶1，而TPS为1∶1[20]。 北京秋季燃煤和燃油对PM[,2.5]的贡献为28％和54％，而冬季为38％和43％[21]。Ni、Pb等有毒金属在PM[,2.5]上的富集也大大高于粗颗粒。近年来，由于禁用含铅汽油，许多城市PM[,2.5]中的Pb浓度低于《环境空气质量标准》的二级标准[5,17,22]。
3.2 SO[,2]
SO[,2]不仅是形成酸雨和二次颗粒物的重要前体物，也能够直接损害公众健康。城市SO[,2]污染是局部的环境问题，主要是当地的工业生产、能源消耗及居民日常生活造成。1995年，全国SO[,2]排放总排放量为2369.6万吨，全国城市SO[,2]年平均浓度为0.066mg／m[3]；2000年全国SO[,2]排放总量下降到1995.1万吨，全国城市SO[,2]的年均浓度降为0.050mg／m[3]，而2004年全国SO[ ,2] 排放总量又升到2254.9万吨，全国城市SO[,2]的年均浓度为0.049mg／m[3][5]，与2000年相比，2004年SO[,2]总排放量上升，年均浓度几乎不变，表明了SO[,2]污染主要是局部或区域性的。模拟研究表明[23]，我国SO[,2]的主要排放区域集中在华北、华中、华东、西南和华南地区，1995年，控制区排放量最大值出现在重庆为88.27g／m[2]·a，非控区最大值出现在六盘水为33.09g／m[2]·a。2000年，控制区排放量最大值出现在广州为48.9g／m[2]·a，非控区最大值出现在六盘水为32.9g／m[2]·a。模拟结果还表明，2000年和2005年硫沉降量与1995年相比分别下降了17％和24.7％；1995年中国超临界负荷区面积已达国土面积的32.7％，硫沉降超临界负荷总量占该年硫沉降总量的45.4％，以目前的控制方案和控制目标，全国硫沉降超临界负荷总量比1995年减少12％～35.3％，超临界负荷区域面积减少0.3％～6.9％[23]。这说明目前我国SO[,2]污染依然较为严重和普遍。
3.3 酸雨
酸雨被认为是中国潜在的环境问题，1980年代初，酸雨主要出现在贵阳—重庆及南昌两个地区，90年代初，东南沿海（福州、厦门、上海）、北方的青岛、东北的图门也确定为酸雨区。目前，我国国土大约有40％遭受酸雨污染[20,21,24]。酸雨城市主要分布在华中、西南、华东和华南地区[5]，华中的湖南、江西， 华南的珠江三角洲东南部和广西东部，西南的宜宾、南充、遵义、重庆，以及华东的浙江、上海、江苏南部和福建沿海地区是各区的酸雨中心。
我国酸雨中的主要离子SO[2—][,4]与NO[—][,3]浓度之比范围为4～15，与世界上其他酸雨区很不相同，美国、欧洲和日本酸雨中两种离子浓度之比范围为1～2.5，这些差别归因于燃煤的大量消耗[25,26]。近年的研究表明[27]， 降水中硫酸根离子与硝酸根离子浓度比值有逐年下降趋势，说明了能源结构和燃煤方式的改变，导致氮氧化物对降水酸度的影响日趋明显，部分地区的环境空气污染特征已由煤烟型转化为煤烟型与机动车尾气混合型。
虽然酸雨的前体物SO[,2]和NO[,x]在北方城市有很强的排放源，但酸雨主要发生在南方城市，这可能是北方的碱性土壤和气象条件，北方土壤尘埃对城市颗粒物的贡献大于南方，而且北方土壤碱性高，碱性的土壤颗粒中和了雨水中的酸性离子，南方高温和潮湿的气候条件也容易使SO[,2]和NO[,x]转化为硫酸和硝酸，北方良好的大气扩散条件使污染物混合并远距离输送到其他地方[28]。模拟显示，大部分北方城市硫的排放和沉降比例小于100％，说明排放的部分SO[,2]被输送到其他地区[29]。
3.4 NO[,2]／NO[,x]
我国城市NO[,2]的平均浓度并不高，最近几年的监测结果表明[5]，所有监测城市的NO[,2]均达到国家环境空气质量二级标准。但北京、上海、广州、深圳、重庆等大城市NO[,2]浓度相对较高。就全国范围内而言，NO[,2]污染相对较低，近年来随着汽车消费增加，城市大气环境可能将会面临NO[,2]污染。过去10年间，一些大城市NO[,x]浓度逐渐增加并超过二级标准，广州和北京的NO[,x]浓度甚至超过三级标准[30]。
汽车不仅排放NO[,x]，而且排放CO和挥发性有机物，如1998年北京汽车排放的NO[,x]和CO分别达到12万吨和130万吨[31]。 这些物质都是城市大气中的重要污染物。在适当的气候条件下还会引发光化学烟雾。在城市的交通拥挤区和交通高峰期，空气中NO[,x]浓度达到最高。例如北京二环路以内的NO[,x]浓度大约是四环路以外的4倍，每天污染两个高峰出现在8:00～10:00和15:00～17:00，与交通的高峰期相对应[32]。机动车已成为大城市中NO[,x]的主要污染源。
4 城市大气污染物控制战略
4.1 SO[,2]污染和酸雨控制
由于燃煤对SO[,2]贡献大，并且SO[,2]是形成酸雨的重要前体物，我国对SO[,2]和酸雨的控制主要集中在对燃煤控制上。1992年，我国开始SO[,2]排放征税试验，然而，当时的SO[,2]征税体制并不是控制SO[,2] 污染的有效方法。首先， 征收费用远低于SO[,2]的削减成本，不能刺激电厂的SO[,2]排放控制；其次，国家把征收的排放税部分返还工厂，用于污染削减，这种分配方法不仅影响了税收的有效利用。而且返还的部分也没有很好的用于削减SO[,2]排放[33]。1998年初，国务院批准了酸雨控制区和SO[,2]控制区的规划方案，两个控制区占国土面积的11.4％和SO[,2]总排放量的60％，酸雨控制区包括长江以南的14省，总面积为80.6万平方公里，SO[,2]污染控制区包括SO[,2]污染严重的63个城市及其行政区，总面积为29万平方公里[34]。由于两个控制区具有人口密集、工业发达、经济繁荣等特点，对国家的经济发展起着重要的作用，因此采取了很多综合保护措施。首先，两控区内的重点工业污染企业实行达标排放，并关停高硫煤矿[5]；其次，2002 年国家环保总局组织了部分省市和企业进行二氧化硫总量控制和排污交易试点，并联合有关部委编制了《两控区“十五”酸雨和二氧化硫污染防治计划》，目标是2005年“两控区”内二氧化硫排放量比2000年减少20％、酸雨污染程度有所减轻、80％以上的城市二氧化硫浓度年均值达到国家空气环境质量二级标准，并逐步实现从达标排放转变为总量控制。由于采取了这些措施，近年来两控区内酸雨污染范围基本稳定，SO[,2]污染也得到一定的改善。
4.2 汽车排放污染控制
碳氢化合物、NO[,x]、CO以及二次污染光化学烟雾主要来源于交通尾气的排放，其污染控制对策主要集中在线源上。数据表明[35]，2003年全国机动车排放碳氢化合物、CO和NO[,x]的总量已经是1995年的2.51、2.05和3.01倍，部分大城市机动车已经成为城市空气污染的主要来源。对此，国家环保总局加大对机动车污染的管理力度，1990年代，国家环保总局基于1970年代中期的国际控制标准，颁布了17项汽车排放标准。2000年，中国已全面实现了汽油无铅化，城市环境空气中铅浓度大幅降低。目前中国成为世界汽车第四大生产国和第三大消费国，鉴于这种状况，国家环保总局进一步强化了对新车、在用车和车用燃料的监督管理，于2004年7 月在全国范围内实施第一类轻车型的“国2排放标准”，并于同年9月全面停止“国1标准”重型车生产。国家环保总局也在着手制定下一阶段的国家机动车排放标准，以进一步控制机动车污染，清洁城市空气，保障人类的健康，以促进经济与环境的可持续发展。
5 小结
城市空气污染与经济发展水平密切相关，我国正处快速发展时期，城市空气污染已经成为一个重要的环境问题。由于城市持续高速的经济增长和污染控制的困难，城市空气污染将存在一个很长时期。借鉴发达国家成功的思想理念，中国各级政府部门正在追求新的策略，并将适合我国城市空气污染特点的各种技术、方法和思想应用于中国。然而，在应用技术和方法时面临许多挑战，首先，我国是一个发展中国家，经济的发展是首先要考虑的，平衡经济发展和环境保护实现可持续发展是非常困难的；其次，未来短期内燃煤作为能源的统治地位还无法改变。为改善这种状况，需要更多更长的投资。由于城市空气环境保护措施最近几年才引起重视，并且有的还不完全成熟，在监督、管理和污染源控制方面存在很多问题，阻碍着污染削减。城市空气污染的控制和削减是中国要长期面临的一项艰巨任务。