对"环境容量"问题的疑问

两位朋友对大气环境容量问题进行学术探讨，这有利于搞清楚雾霾大爆发的根本原因。

从山东省气象部门雾霾研究课题（并得到其它两项相互独立的研究印证）看，山东省全省平均，2013年比前面变化不大的十余年的雾和霾天数之和的平均数翻一番；2014年又翻一番，相当于2012年之前若干年平均的4倍，这相当于大气环境容量至少缩减3/4（见图）。

而2015年因为某种原因，雾霾天数连续两年翻番式上升趋势得到遏制，实现20%的下降，后面持续下降。2015年还没有采取实质性的措施，任何单向变化的常规变量都无法解释这种暴升和两年后的快速下降。正是由于这种雾霾天数暴升又下降的突变，从大气环境容量角度研究，应该很容易判断是什么原因导致这种过山车似的变化，也应该能够迅速和容易的找到雾霾大爆发的真正原因。各位也可以自己判断一下，是什么能够导致这种雾霾天数过山车似的变化。

图：山东省历年雾天数和霾天数之和，2013年之后是明显的突变

老百姓的疑问是：蓝天保卫战的战果不会只是PM2.5质量浓度指标，或者是治理酸雨的二氧化硫、氮氧化物、烟尘（可过滤颗粒物）等指标的数字上的下降吧？华北地区酸雨早就没有了，雾霾虽然程度下降但还是依旧不轻；即使在空气质量优良的日子，看远处灰蒙蒙的情况更是普遍，难道还需要继续用治理酸雨的措施，继续治理雾霾吗？

导致雾霾大爆发的是PM2.5粒数浓度（数浓度），这是可凝结颗粒物造成的，治理可凝结颗粒物才是对症下药。只是因为多年来若干非主要领域的铁腕治霾，以及搂草打兔子式而并非对症下药（可凝结颗粒物）的高成本烟气治理措施，季节性和临时性错峰生产等，使得PM2.5峰值和严重程度有所下降。当然，雾霾天数也一直在下降，就是太慢，即使在空气质量优良的日子，看远处灰蒙蒙的情况很普遍（北京除外，因为禁煤，北京的PM2.5相当于山东半岛的烟台和青岛之间）。

蓝天保卫战目前的战果是，PM2.5比2013年以及雾霾大爆发前下降50%，但霾天数和雾天数之和以及准雾霾天数仍大大高于雾霾大爆发之前。蓝天保卫战任重道远，而并非相关部门孜孜以求的单一PM2.5质量浓度或治理酸雨的其他指标国际领先了，老百姓自然就能见到蓝天了。因为没有对症下药，雾霾治理就做不到快速、低成本、精准。这距离依法、科学和精准治霾的要求相去甚远。

显然，大气环境容量的概念，主要还是纸上谈兵。搞清楚雾霾怎么突然爆发的，对症下药，华北地区目前的大气环境容量会迅速增加一倍以上；而不是要砍掉60%的工业，削足适履，适合环境容量大大缩减后的情况。朋友的疑问见下文。

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最近关于雾霾成因的争议颇多。环境规划院雷宇先生两次通过微文对"环境容量"进行了科普，从"环境容量"角度，解释了雾霾发生的原因："环境容量"短时显著下降的时候，会导致雾霾的发生；京津冀周边区域污染物排放量超"环境容量"仍较多。

对雷宇先生的解释必须予以点赞，理不辨不明。天气不会说假话。二月份，北京是多次发生了较重的雾霾。雷宇先生给出一个概念性公式："大气环境容量降低+排放量并无大幅减少=重雾霾天气"。

雷宇先生说，2月13日和2月15日的短期环境容量能够相差超过30倍。对于如此怵目惊心的数值，笔者不由得想：环境容量降低的时候，是自然本底环境容量就这么低，还是有人为活动因素叠加后导致环境容量显著降低？

如果人为活动因素影响不大，可以排除，再好不过；如果人为活动因素不能排除，我们是否就可以找到治霾的另外一条道路，减少人为活动因素对环境容量降低的影响。这样，我们就可以说，减排之外，治霾还有别的道路可走。

一、短期环境容量下降时，是否有人为活动因素的影响呢？

雷宇先生提出，形成严重雾霾的不利气象条件包括边界层下降、静风和湿度升高三个方面。这三个方面，自然本底因素不必多考虑。人为活动因素会不会产生影响呢？

在自然出现不利气象条件的情况下，人为排放的水蒸气和污染物，污染物包括水溶性离子（也包括可凝结颗粒物在内），会在更低的大气边界层内分布，难以有效扩散。大气中的一次、二次细颗粒物吸湿长大，能在更低的大气边界层内分布，新排放的水蒸气更多在大气边界层内分布，不能有效扩散，会明显提高大气边界层内的相对湿度，促进新排放的污染物继续发生二次复合反应，新生成细颗粒物。同时，雾霾天气下，太阳辐照到地表的热量下降，人们会有更多的能源需求，风光新能源不起多大作用，更多依靠化石能源。化石能源消耗会排放更多的水蒸气和污染物，逆温现象加剧和持续，大气边界层会更低，空气密度变大，流动性变差，能够维持较高的相对湿度、细颗粒物浓度，维持较快的二次复合过程。这样，就形成一种正反馈机制，直至达到一种相对平衡。

人为排放的水蒸气、水溶性离子等，应该能够导致短期环境容量的显著下降。

雾霾的扩散，需要等风，等较大的风，就是等到自然带来的较大的"环境容量"。

因此，应当难以排除人为活动因素在环境容量降低方面的作用。如何衡量人为活动因素对"环境容量"的影响，这是以往讨论环境容量时没有考虑过的，需要专家们用自己的专业能力去分析说明。

2月26日，夏青老师在《记住北京2020春节雾霾》一文中，指出雷宇先生关于"环境容量"解释存在的三点缺失，并给出了今后的研究方向。笔者由衷地对夏青老师的实事求是精神点赞！

二、对长期"环境容量"的分析，无法解释常规污染物远低于历史峰值之后的雾霾暴发

雷宇先生在分析环境容量时提出，京津冀及周边地区2019年度的PM2.5平均浓度为57微克/立方米，这一地区污染物排放强度还是太大，高于大气环境容量60%以上。雷宇先生在《基于全国城市PM2.5达标约束的大气环境容量模拟》一文中，模拟计算了31个省市区二氧化硫、二氧化氮、一次PM2.5及氨的最大允许排放量。

北京、天津、河北、河南、山东、山西6省市2017年（统计数据只显示到2017年，之后的数据应当更低）的污染物合计排放量超环境容量情况为，二氧化硫超-13.5%；二氧化氮超56%；烟粉尘超74.5%。京津冀及周边地区的二氧化氮、烟粉尘排放量仍超环境容量较多，污染物排放量存在结构性超标，需要细分污染物排放情况，进行精细治理。单从2017年度污染物排放量占环境容量看，雷宇先生的结论显然成立。

而按照雷宇先生分析方法的逻辑，细颗粒物超环境容量较多的时候，应当发生在主要污染物排放峰值期间更合理。

全国2017年主要污染物排放量占峰值时期比例分别为，二氧化硫占2006年峰值时的35%；二氧化氮占2011峰值时的52%；烟粉尘占2000年峰值时的35%。

上述6省市2017年主要污染物排放量占峰值时期比例分别为，二氧化硫占峰值时的31.9%；二氧化氮占峰值时的52%；烟粉尘占峰值时（统计数6省市烟粉尘峰值多出现在2014年，2010年之前没有数据，中国环境状况公报公布的烟粉尘峰值出现在2000年，仅有全国数据）的37.4%。

雾霾最严重的2013年，上述6省市主要污染物排放量占峰值时期比例分别为，二氧化硫占峰值时的80.4%；二氧化氮占峰值时的91.8%；烟粉尘占峰值时的68.3%。

显然，常规污染物排放量峰值多发生在2011年之前，常规污染物排放量和雾霾暴发间的相关性不太好。

我们的疑问是，在各项污染物排放量都已经显著低于历史峰值的情况下，为什么是2013年前后，在全国大范围暴发雾霾。到现在，人们对雾霾气象的观感也没有回复到从前。

或许，还有这种可能。2013年之前，细颗粒物浓度缺乏系统的监测数据，无法有效开展回顾性分析。污染物排放峰值时的细颗粒物浓度或许比2013年时还高很多（卫星数据推算的结果确是如此）。

三、能够向大气中大量排放的物质，对雾霾的影响都应当有效甄别

那么，是否也可以表明，除常规污染物之外，还有别的因素影响环境容量，雷宇先生在计算模型中尚未考虑。

化石能源的使用，是雾霾形成的最大来源，这是社会共识。化石能源使用中，向大气排放的较大量的各种物质，都可能是影响环境容量的因素。

经烟囱向大气中排放了包括常规污染物在内的多种物质，最为直观，目前治理相对比较系统。而烟气中除常规污染物外的其它成分中，水溶性离子（含可凝结颗粒物）、水蒸气等对雾霾的影响还是有很大争议，尚不能排除这些因素的影响。同样的质量浓度下，水溶性离子的粒径要远小于烟粉尘粒径值，即粒数浓度要高很多，水溶性离子的吸湿性能更强。

能够进入大气的排放物中，还有别的排放途径，且容易忽略。如，氨法脱硝中过量喷氨比较普遍，过量喷氨导致的氨排放不仅是氨逃逸的问题，更有大量的氨气以铵盐的形式，经由粉煤灰、脱硫废水等外排，并进入大气中；冷却塔除了排放水蒸气（水蒸气不带盐）外，冷却塔还排放有风吹损失液态水，液态水携带循环水中的盐。使用中水、海水的冷却塔系统，循环水浓缩倍率高的冷却塔系统，循环水的水溶性离子浓度非常高，风吹损失雾滴携带的水溶性离子排放量都非常高。这部分水量、盐量的影响不应该忽视。

四、雾、霾、细颗粒浓度等概念的异同

关于雾霾的认识，仍然要说一下标准和前提。2月24日的《"雾霾"？等下，想想再说》一文中有很详尽的解释。气象学上的雾日和霾日是根据能见度、相对湿度等多项气象指标，并排除沙尘、雨、雪等气象日之后确定的。而主管部门的依据只有一条，细颗粒物浓度。主管部门大多不谈雾霾治理，强调细颗粒物浓度超标治理问题。

普通公众对于雾霾的观感认识，更多的是基于目视所见。2013年雾霾大规模暴发；经过多年治理，有了显著改善，但是，依然时常发生，没有恢复到2013年之前的观感。周勇在"今日头条——周勇说"中，给出了山东省多年的雾霾天象的统计数据，也支持公众的这种认识；对雾日、霾日的判断，是以气象部门的分类标准为依据的。

气象部门和环保部门对雾霾认识判断的差异，也是公众困惑的地方，普通公众容易傻傻的分不清。究竟应该以哪个标准，来谈"雾霾治理"呢？这个问题似乎不能和稀泥。

再次感谢雷宇先生对"环境容量"的解释。就环境容量对雾霾的影响问题，希望大家能够更深入讨论下去，并从各种排入大气的物质对雾霾影响角度，更好分析雾霾成因。