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初秋已过，深秋将至，中国北方关于“秋高气爽为何变成雾霾蔽日？”的讨论再次被人们关注起来，只是今年比往常更早了些。翻阅往年的媒体报道，作为雾霾元年的 2012年，其污染情况在2013年初开始被热议，2013雾霾被热议的高潮大约在冬季，2014年则提前至十月底十一月初的深秋，2015年作为雾霾被揭开的第四年，九月刚刚结束，中国北方这几日的重度雾霾已让我们忍不住开始吐槽。
图1：9月份中国大陆空气质量地图（图片来源，云天环保网www.yumair.cn）
图1是根据今年9月份国家环保部发布的空气质量监测数据生成的空气质量地理分布图。我们发现中国北方污染状况在9月上旬和9月下旬明显不同。受抗战胜利阅兵限排影响，9月上旬北方大部分地区空气质量呈优良状态。到了下旬，京津冀及周边地区污染渐渐突显，排放限制等降霾速效药效慢慢减弱，大范围重度雾霾天气频繁出现，中国大气污染的“心脏病” 愈发严重。唐·杜甫有诗：“爱汝玉山草堂静，高秋爽气相鲜新。” 形容秋天晴空万里，天气凉爽。而对于重度雾霾覆盖下的人们来说，这样的天气只能是等“天相”了。
图2：十一长假前后空气质量污染动态图
图2是十一长假前后空气质量污染动态图，受全国大范围大风降温影响，自25日起，北方大范围雾霾天气开始减弱，在十一小长假的开始我们看到了久违的蓝天白云，然而这样的好天气并没有持续到假期结束，从4号开始，北方雾霾卷土重来，空气质量已“红到发紫”。三年过去了，京津冀及周边地区的居民依然没有摆脱周而复始的雾霾困扰。
图3：雾霾随时间关注度
从2012年PM2.5首次被列入大气监测范围到2015年史上最严《大气污染防治法》正式发布，公众对雾霾的关注度持续升温。今年年初，一部聚焦雾霾的纪录片《柴静调查：穹顶之下》于3日内以2亿次点击率刷爆各大网络媒体。中国大气污染问题已被推向社会广泛关注问题的最前端。中国科学院大气物理研究所研究表明大部分PM2.5跟燃煤和燃油有关。在我国三十年快速实现工业化的进程中，燃煤量巨大的钢铁工业发挥了关键性作用，也带来了非常严重的大气PM2.5污染。
2013年，中国雾霾在全球气候和能源领域话题事件盘点中“一举夺魁”。年初，京津冀地区首先遭遇严重雾霾天气；10月份以后，哈尔滨、苏州、上海甚至三亚等地不幸蒙霾，彼时，从东北到华南全部“遇难”。虽然各地“抗霾神器”，各显神通，但是这场“霾伏”坚不可摧，几乎笼罩了整个2013年。据统计，在2013年，中国平均雾霾天数为52年之最，创下历史记录。图 4 是全国 2013 全年雾霾日数统计分布图，华北和华东等地区出现长达100 天左右的大面积重霾，几乎占到全年 1/3 的时长。图 5显示出市民外出活动受到严重影响。什么原因引爆了雾霾？ 雾霾被揭开的第四年，我们发现了什么？
图 4：2013年全国雾霾日数统计分布图
图 5：市民生活受到严重影响
图 6展示了2013年12 月 8 日和 9 日我国中东部地区空气严重污染和消散的动态过程。不难发现 PM2.5 浓度分布呈现强区域性，即东部地区 PM2.5 浓度变化鲜明。
8 日凌晨 1 时全国范围内 PM2.5 浓度出现首个峰值状态，随后开始下降，于 10 时浓度降为最低后，反弹开始升高，视为雾霾初发状态；大约在 19 时，全国雾霾显现另一峰值状态，持续约 2 小时左右，开始由西北向东南方向消散；消散持续到 9 日 23 时，全国范围雾霾散去，空气质量转好。华北和华东地区的 PM2.5 浓度上升传输和降低扩散速度快。
图 6：2013年冬季中国中东部地区空气严重污染和消退的全程动态过程
（由清华大学环境学院提供）
改革开放以来，中国经济持续快速增长，生活质量不断提高，与此同时，经济增长也带来了严重的环境污染。图 7是中国大陆钢厂的分布图，与图 6 大气污染动态图对照，我们隐约发现多数钢铁厂所在地被污染区覆盖。作为国民经济的支柱产业，钢铁工业与大气环境的污染有怎么样的联系？
中国现有钢铁工业布局总体上呈现“北重南轻”、“东多西少”的特点，如图 7 所示。华北地区钢铁生产量最大，华东地区紧随其后，产量也不容小觑。根据国家发展与改革委员会 2009 年的摸底调查，城市型钢厂总共 39 个，其总产能 2.28 亿吨，占全国总量的 39.5%，即中国近 40% 的产能是由城市型钢厂贡献[1]。无独有偶，2013年全国的大气污染物浓度分布也呈现出“北重南轻”、“东多西少”的特点。这仅仅是一种巧合吗？
图 7：中国大陆钢铁厂分布图(来源网络)
我们 从 2013 年 12 月 8 日到 9 日的动态污染图中选取 PM2.5 严重污染区域的雾霾 8 日 7 时状态、9 日 1 时状态和消散过程三个关键点的图像，以河北省、山东省和湖北省为例仔细分析PM2.5 污染与钢铁的关系。
图 8：空气严重污染区 8 日 7 时状态
8 日 7 时，全国空气PM2.5 浓度处于一个相对较低水平，空气严重污染区河北省和山东省的 PM2.5 浓度均呈降低趋势，如图 8 所示。
河北省拥有大型钢铁厂—河北钢铁集团有限公司，直属子分公司20余家，如唐钢、承钢、邯钢、宣钢、石钢和衡板等子公司。其排放的污染物无疑是河北省空气质量差的元凶。唐山和保定是最突出的大气污染严重的始发城市（图 8）。河北西北两面有山地、丘陵和高原分布，大气污染物扩散方向有限，主要沿东南和环渤海方向。东南部污染严重，西北部较轻，且高污染地区主要为污染企业、人口密集的平原和市中心区。其内环京津两地自然深受其害。
重工业发达的山东省是华东地区大气严重污染的省份之一。山东钢铁集团有限公司是山东最大的钢铁厂，旗下有济钢、烟台钢铁和日照钢铁等子公司，分布于中部和沿海地区。从图 8可见，山东钢铁是全省雾霾“现身”的重要源头之一，其产生的大气污染物在中部凸起的泰山以及大面积波状丘陵的地势条件下，向东西两个方向大范围蔓延扩散。
此外，湖北的武汉钢铁集团位于湖北省中东部地区。而此区域大面积空气质量三级以上，雾霾十分严重。钢厂与重霾区的高度重叠不是巧合，而是污染源头。
图 9：空气严重污染区 9 日 1 时状态
8 日 19 时，PM2.5 浓度达到峰值状态，京津冀和山东均空气严重污染。PM2.5 高浓度状态持续几小时后，在风力、温湿度等气象因素的作用下，全国范围内 PM2.5 浓度开始下降，雾霾由西北向东南逐渐消散。图 9为 9 日凌晨 1 时空气雾霾状态。显然，除邯郸和衡水仍严重污染外，京津冀空气明显改善，而山东省空气仍大面积严重污染。
图 10：空气严重污染区雾霾消散过程
从图 10 可以看出于 9 日凌晨 1 时左右，京津及周边城市和石家庄市的雾霾已陆续率先散开、速度较快，PM2.5 浓度下降幅度很大，空气质量明显改善。南部地区的衡水和邯郸空气质量仍十分严峻，消退最缓慢，而此处是河北钢铁集团的重大基地之一。凌晨 4 时，邯郸市成为河北省雾霾的最后消散点。
伴随着河北省雾霾向东南部的扩散，山东省的中西部地区的雾霾于 9 日凌晨 3 时才大幅度散开，继而空气转好。北部和沿海区域雾霾严重，于凌晨 4 时以后才开始大范围散去。
从整个雾霾变化过程来看，河北省和山东省的雾霾严重始发地点与两家大型钢铁集团所在地高度重叠，空气污染也最重；雾霾始发地点往往是在一定区域范围内雾霾散去的最迟点；有时，风向和风速等气象因素和地理条件因素在较短时间内会推动污染物扩散，但是污染物源发点真正掌控着大气污染的命脉。
2013年是我国大雾霾之年，除了河北省和山东省之外，江浙一带空气质量形势也十分严峻。全国东部地区大部分省份囿于其境。责有攸归，义无旁贷。对于京津冀和山东地区，河北钢铁集团和山东钢铁集团的污染物排放对 PM2.5 大气污染有着直接不可推卸的责任。这不禁让人油然发问，2012年我国已经将 PM2.5 纳入了环境监测范围，为什么2013年还会深受其害？钢铁厂怎么了？
钢铁工业是燃煤大户。据柴静雾霾调查，2013 年我国燃煤 36 亿吨，其中 3.8 亿吨烧在京津冀地区，这其中的 3 亿吨烧在河北；钢铁厂选用了大量最年轻的煤—褐煤，且大多不清洗，产生的废渣多半是灰分，基本有几亿吨；这些未经清洗的煤产生的SO2等污染物，比所有大电厂加起来还要多。此外，我国钢铁产能出现了严重过剩现象，从 2005 年的三亿多吨增长到现在的七八亿吨[2]。在大燃量、劣质、缺少清洁燃煤、高产量的作用下，PM2.5 要得到有效控制的难度增大。
钢铁工业除了在能源消耗上存在漏洞外，排污量大也是现存棘手的问题。据 2013 年统计显示，京津冀、长三角、珠三角占国土面积的 8%，消耗了全国 42% 的煤炭，生产了 55% 的钢铁，单位面积污染排放强度近全国平均水平的 5 倍[3]。以我国大气污染重灾区的华北京津冀地区为例，客观分析钢铁工业的污染物排放现状。清华大学贺克斌教授曾指出大气主要污染物 SO2、NOx、VOCS、PM2.5、BC、OC 排放强度高值区集中在华北地区。钢铁工业最集中的区域也在华北地区[4]，华北地区中最集中的地方是邯郸和唐山，如图 11 所示 [5]。
图 11：京津冀地区各城市钢铁厂分布图
造成大气污染的钢铁工业虽然从未摆脱被诟病的焦点，但是在近年来国家采取的高强度应急环保政策和科技支撑下，其整改行动已见成效。2008 年”奥运蓝“、2014 年的“APEC 蓝”以及 2015 年的“阅兵蓝”让百姓记忆尤为深刻，并冠以“帝都蓝”的美名。
“帝都蓝”是怎么来的呢？在 2008 年北京奥运会期间，北京、河北、天津、山东、山西和内蒙 6 省联防联控治理大气，钢铁产业重组，调整结构，中小型钢铁厂的高炉关闭停限产。在2014年 APEC 会议期间，6 省实行最高空气质量保障措施联防联控，重点污染企业限产，300 多家企业改造减排，部分企业烧结和高炉关闭，最终减排30%~40%。在今年我国纪念世界反法西斯战争胜利 70 周年阅兵期间，国家采取史上最高度的 7 省（河南为新入列省）大联防联控举措，重点控制高架源大气污染物的排放，有万余家燃煤锅炉关闭、重点钢铁工业停限产。
可见短期速效的治污效果—三次“帝都蓝”卓有成效。但是治污措施停息后，“报复性”重霾污染就尾随其后，空气质量反弹变差。如此强烈的视觉冲击不得不引人反思钢铁行业对霾的贡献有多大。
2015年9月16 日，某国际研究团队在英国《自然》杂志网络版上发表报告，每年有300 多万的过早死亡病例与室外大气颗粒物污染有关。PM2.5 已然成为全球对空气质量指标关注的焦点。从人类历史发展的长河中看，英美等发达国家经历了工业革命、环境污染破坏以及为之付出惨重代价的过程，才换来当今令人欣慰的优质环境。可见经济发展与环境保护是可以共赢的，那么我们需要思考的就是将两者从兵戎相见到握手言和的期限尽可能缩短之道。
纵然环境保护，人人有责，但是提纲挈领，多管齐下方为治理空气污染的当务之急。据统计，中国 60% 的 PM2.5 来自化石燃料的燃烧。钢铁集团才应是值得关注的“纲”。不管借他人之石还是自主创新，调整能源结构，改善生产工艺和设备，节能减排，打造绿色钢铁，保障空气质量已迫在眉睫。
2013年的中国大雾霾事件应时刻警示我们：同呼吸，共命运。我们都在讲中国梦，那么绿色环保钢铁也是我们的一个梦。“路虽远，行则必至；事虽难，做则必成” 。希望在不远的未来，通过科技创新和全民环保，一个崭新的钢铁工业和一片湛湛蓝天呈现在我们的面前。
（特别致谢清华大学环境学院博士生梁春生为本文提供的珍贵资料以及中科云天环保林朋对文中图片的编辑整理）
参考文献：
[1] 段菁春等，以环保约束性指标优化钢铁工业布局. 工程研究—跨学科视野中的工程. 2013. 5(3): 259-264.
[2] 华北钢铁业抹黑京津冀天空. 城市问题. 2013.
[3] 王赣江，陈列子，力推进京津冀钢铁行业治污.中国环境报. 2013: 第002版.
[4] 宋斌斌，京津冀建创新联盟融资300亿促钢铁节能减排.中国工业报. 2015: 第A03版.
[5] 伯鑫等，京津冀地区钢铁行业高时空分辨率排放清单方法研究. 中国环境科学. 2015. 35(8): 2554-2560.
作者：王亭亭，周丹丹，陈援非
中国科学院计算技术研究所，北京中科云天环保（www.yumair.cn）
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