警惕大气污染和碳排放向西北迁移

中国网/中国发展门户网讯 大气污染物不仅危害人体健康，还会对生态系统造成恶劣影响。化石燃料燃烧排放污染物的同时，也会排放大量的温室气体，尤其是二氧化碳（CO₂）。温室气体虽然不属于大气污染物，但其引发的温室效应不仅会对当前气候变化造成影响，其影响力甚至可持续数十年，甚至上千年。

20世纪以来，随着我国经济的迅猛发展，空气质量出现恶化。2013年1月，席卷大半个中国的重霾污染成为我国决心治理大气污染的导火索。为了应对大气重污染，国务院先后印发并实施了《大气污染防治行动计划》（2013—2017年）和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（2018—2020年）。2017年和2020年底，中国工程院分别对这2次清洁空气行动计划的实施效果进行了评估，结果证实了大气污染治理的有效性。2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（以下简称《十四五规划》）将碳达峰、碳中和（“双碳”）目标上升到国家发展的战略高度；这一目标的落实需打破环境（大气污染物）和气候（温室气体）的界限，使得减污降碳协同增效成为未来工作的重中之重。

基于以上背景，本文详细分析了清洁空气行动计划实施以来我国大气污染物和温室气体的时空变化趋势。结合《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》分析了我国产业结构调整和末端治理实施情况对大气污染物和温室气体时空格局的影响，阐释出这一演变趋势背后出现的问题，并提出了初步解决方案，期望能为我国减污降碳协同增效目标的实现提供科学依据。

大气污染和温室气体时空演变

我国东部平原地区人口众多，重工业发达；中西部地区人口稀少，经济发展相对落后。基于此，本研究以“胡焕庸线”为分界，将我国大陆分为东部地区（北京、天津、河北、黑龙江、吉林、辽宁、山东、河南、安徽、湖北、湖南、上海、江苏、浙江、福建、广东、广西）和中西部地区（山西、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、四川、重庆、贵州、云南、西藏）。其中，中西部地区南、北产业结构有巨大差异：西南地区以水力发电为主，重工业较少；而西北地区以火力发电为主，重工业较多。因此，将中西部地区以昆仑山—巴颜喀拉山—岷山—大巴山为界，分为西北地区（山西、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆）和西南地区（四川、重庆、贵州、云南、西藏）。基于以上地理划分，本研究以2013年和2020年大气污染物和温室气体数据为基础，对3个区域大气污染物和温室气体变化趋势进行统计分析。

大气污染物

利用我国生态环境部发布的74个重点城市观测结果，分析了2013—2020年6种主要污染物——粗颗粒物（PM₁₀）、细颗粒物（PM_2.5）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）的年际空间分布变化趋势（图1）。

结果表明，我国不同区域一次污染物（PM₁₀、SO₂和CO）和二次污染物（NO₂、PM_2.5和O₃）的变化趋势有显著差异。西北地区PM₁₀、SO₂和CO浓度的年均下降幅度最高，分别为9.8μg·m⁻³、5.7μg·m⁻³和0.10 mg·m⁻³；东部地区PM₁₀、SO₂和CO浓度的年均下降幅度居中，分别为7.9μg·m⁻³、4.3μg·m⁻³和0.07 mg·m⁻³；西南地区PM₁₀、SO₂和CO浓度的年均下降幅度最低，仅为6.8μg·m⁻³、2.4μg·m⁻³和0.06 mg·m⁻³。西北地区典型一次污染物PM₁₀、SO₂和CO浓度的年均降幅显著大于东部和西南地区，这表明西北地区对以SO₂和PM₁₀为代表的一次污染物控制成效显著。

与此形成鲜明对比的是，西北地区二次污染物的控制情况。西北地区NO₂和PM_2.5浓度的年均下降幅度分别为0.5μg·m⁻³和3.9μg·m⁻³，显著低于东部地区的1.7μg·m⁻³和5.3μg·m⁻³、西南地区的1.4μg·m⁻³和4.1μg·m⁻³。

另外，西北地区另一重要二次污染物O₃浓度（8h滑动最大值第90百分位数）呈现显著的升高趋势，年均升高幅度达6.1μg·m⁻³，显著高于东部的2.9μg·m⁻³和西南地区的0.9μg·m⁻³。这一结果表明，西北地区二次污染程度正在恶化。

温室气体

利用中国生态系统研究网络在全国布设的5个区域（河北兴隆、吉林长白山、新疆阜康、四川贡嘎山和广东鼎湖山）背景站的苏码罐采样（每周1次）分析结果，分析了2013—2020年CO₂体积分数的变化趋势。结果表明，我国东部地区的兴隆、长白山和鼎湖山CO₂体积分数平均年际增长值为2.5×10⁻⁶；西南地区的贡嘎山CO₂体积分数年际变化值稍高于东部地区，为3.6×10⁻⁶；特别值得注意的是，西北地区的阜康CO₂体积分数年际变化值高达5.4×10⁻⁶（图2），显著高于我国其他地区。这一结果表明，西北地区已经成为全国CO₂排放的重要源区。

成因分析

CO₂和NO₂主要来自化石燃料燃烧。西北地区CO₂浓度大幅升高表明化石燃料在该区域使用量增加，而NO₂浓度下降幅度较低表明该区域可能存在末端治理设施投入和运行不足的情况。以下将结合统计数据，从产业结构调整、末端处理设施运行和投入情况两个方面讨论我国不同地区大气污染物和温室气体浓度变化的成因。

产业结构调整

我国东部地区人口集中，用电负荷大，但能源资源较为匮乏。与之对应，西北地区人口稀少，用电负荷小，能源资源丰富。我国目前重要的能源分配方式之一是将西北地区的能源输送到东部地区，用于电力生产或其他行业。然而，能源若在西北当地使用则具有降低运输成本和改善产业和能源结构两大优势。因此，立足优势资源，因地制宜能源高效利用，成为我国产业结构调整的重要手段。

近年来，产业结构调整对能源结构改变的作用体现得淋漓尽致。对比2013年，2019年东部和西南地区能源使用量分别增加11.7%和12.8%。与此同时，西北地区能源使用量增长达27.0%。详细分析能源消费结构可以发现，西南地区油品和燃气消耗大幅增加，增加幅度分别达到31.7%和70.2%；西北地区燃气消耗增加较多，达60.6%。尽管如此，西北和西南地区的油品和燃气用量合计占当地能源消费的比例不超过5%，所以并不是这2个区域能源消耗增加的主要方面。因此，煤炭使用成为西北地区能源消耗增加的关键因子。与2013年相比，2019年我国东部和西南地区煤炭使用量分别从27.1亿吨和4.3亿吨降低到26.1亿吨和3.4亿吨。但同时，西北地区煤炭使用量却从11.8亿吨增加到16.6亿吨，增幅高达40.7%（图3）。其中，新疆、宁夏、内蒙古、山西和陕西煤炭使用量增加最为显著，分别增加66.9%、60.8%、40.4%、40.1%和24.9%。西北地区煤炭使用量的增加决定了该区域温室气体的增长趋势。

详细分析我国工业产品产量发现，煤炭消费主要集中在电力供应、黑色金属冶炼及其他无机工业（如炼焦、硫酸、烧碱、纯碱、化肥）产业上（图4）。这些产业在西北地区的增量直接导致西北地区煤炭使用量的增加。与2013年相比，2019年我国东部和西南地区火力发电增加22.9%和−0.9%，西北地区增幅却高达41.2%。西北地区向外输出电量由2013年的2957.8亿千瓦时增加到2019年的4927.6亿千瓦时，增幅高达66.6%。除此之外，西北地区生铁、粗钢、钢材、焦炭、硫酸、烧碱、纯碱和化肥产量亦大幅增加，增幅分别为22.4%、31.7%、23.1%、12.5%、24.2%、42.3%、43.4%和25.2%。

综上，产业结构的调整，特别是电力、黑色金属冶炼及其他无机化学工业的发展，带动了煤炭使用的大幅增加，成为西北地区大气污染趋于严重和温室气体持续升高的主要原因。

末端治理不完善

虽然西北地区煤炭的大量使用是大气污染恶化的主要原因，但如果末端治理设施能同步跟上并严格管理，西北地区大气污染应能得到有效缓解。事实上，统计2013年和2019年工业废气处理设施装机情况可以发现，与2013年相比，2019年我国东部地区废气末端处理设施套数增加109.5%，西南和西北地区仅增加75.0%和64.3%。更糟糕的是，东部地区工业废气治理运行费用增加66.1%，而西北和西南地区仅增加48.7和24.9%（图5）。这说明我国中西部地区不仅工业废气治理设备装机量严重滞后，工业废气治理运行过程中的后续投入也明显不足。

由于不同区域燃煤量有较大差异，为了区分单位煤炭工业废气处理能力，本研究分别计算燃煤量和工业废气治理设施数的比值，以及工业废气治理运行费用和燃煤量的比值，以获得废气治理设施负荷和单位煤炭治理投入（图5）。相比于2013年，2019年东部和西南地区废气治理设施负荷分别从16000吨/套和17000吨/套下降到7000吨/套和7000吨/套，废气治理设施负荷分别下降54.0%和54.8%，大气污染物治理效率大幅提升。西北地区废气治理设施负荷从31000吨/套下降到27000吨/套，降幅仅为14.4%。较高的废气治理设施负荷表明西北地区工业废气治理设施装机量严重滞后。除此之外，东部和西南地区单位煤炭治理投入分别从2013年的39.7元/吨和35.4元/吨增加到2019年的68.3元/吨和55.9元/吨，废气治理投入分别增加72.2%和57.8%。西北地区单位煤炭治理投入却变化较小，仅从22.8元/吨增加到24.1元/吨，增加幅度（5.7%）显著低于东部和西南地区。这一结果也被《2020年度钢铁行业环境评估报告》所证实。

综上，西北地区工业废气治理设施装机量严重滞后及后续投入的治理费用不足是导致大气污染现象向西北迁移的另一重要原因。

对策建议

我国西北地区干旱少雨，生态环境脆弱，空气质量恶化和气候变化会让当地的生态环境雪上加霜。同时，受西风带影响，西北地区大气污染物和温室气体会向东部地区输送，从而影响东部地区大气环境。在电力供应和重工业向西北迁移的同时，末端治理设施处理能力未能及时跟上，两类因素共同诱发我国大气污染和碳排放高值区从东部向西北地区迁移的趋势。防控大气污染和碳排放向西北迁移：政策是导向，技术是核心，管理是关键。为避免西北地区重蹈“先污染后治理”的覆辙，提出2点对策建议。

因地制宜，深化产业结构改革

我国西北地区在清洁能源储量上拥有2个得天独厚的优势：①干旱少云，日照时间长，太阳能储量丰富，可开发储量占全国的82.6%。②温差大，植被覆盖少，风能储量丰富，可开发储量占全国53.5%。虽然西北地区清洁能源储量丰富，但由于风能和太阳能存在天然的供能稳定性不足，以及电力输送和存储技术滞后等问题，“弃风弃电”现象在该区域普遍存在。因此，大气污染和碳排放高值区向西北迁移并不是因为进行产业结构改革，恰恰是因为产业结构改革不到位、不智能、不彻底。

为了改善这种状况，应以《中共中央国务院关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见》为准绳，改变“西电东送”的格局，推进高耗能产业向西部迁移，让“西电”就地消纳。具体可通过降低东部地区能耗指标，增加西北地区能耗指标，倒逼高耗能产业从东部向西北地区迁移，这将从根本上破解电力远距离运输和本地消纳的难题，提高清洁能源利用率。这一策略不仅能推进东部地区产业升级、促进西北地区的经济发展，还能引导重污染企业从“高耗能、高排碳”向“高耗能、低排碳”模式转变，从而实现在不牺牲经济发展的前提下达成“双碳”目标。

秉要执本，推进氮氧化物和挥发性有机物减排

清洁能源的开发和使用不是一蹴而就的。在清洁能源开发的增长期，强化大气污染物排放的末端处理能力是改善空气质量的唯一途径。西北地区应充分吸取东部地区的经验教训，提高规模以上行业（尤其是电力和非电工业）大气污染物末端处理设施的装机量，增加治理设施运行过程中的资金投入，加强末端治理设施的监管。

大气污染防治策略执行多年以来，SO₂和PM_2.5减排潜力逐渐被压缩，氮氧化物和挥发性有机物是目前我国大气污染物减排的核心物种。依据《十四五规划》中“氮氧化物和挥发性有机物排放总量下降10%以上”的新要求，建议以黑色和有色金属冶炼等无机工业为重点推进氮氧化物减排，以黑色和有色金属冶炼、石油化工、油品储运等行业为重点推进挥发性有机物减排，最终实现高耗能产业的大气污染深度治理，促进生态环境治理的协同增效。

（作者：唐贵谦，中国科学院大气物理研究所、中国科学院城市环境研究所、中国科学院大学地球与行星科学学院；刘钰婷，中国科学院大气物理研究所、中国科学院大学地球与行星科学学院；高文康，中国科学院大气物理研究所；王迎红，中国科学院大气物理研究所；宋涛，中国科学院大气物理研究所、国家地球系统科学数据中心；程萌田，中国科学院大气物理研究所；王跃思，中国科学院大气物理研究所、中国科学院城市环境研究所、中国科学院大学地球与行星科学学院；《中国科学院院刊》供稿）

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