這份報告是由北京大學統(tǒng)計科學中心與北京大學光華管理學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，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、預警指標之一。
來源：北京大學光華管理學院 作者：光華
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