中國網/中國發展門戶網訊 大氣污染物不僅危害人體健康，還會對生態系統造成惡劣影響。化石燃料燃燒排放污染物的同時，也會排放大量的溫室氣體，尤其是二氧化碳（CO₂）。溫室氣體雖然不屬于大氣污染物，但其引發的溫室效應不僅會對當前氣候變化造成影響，其影響力甚至可持續數十年，甚至上千年。

20世紀以來，隨著我國經濟的迅猛發展，空氣質量出現惡化。2013年1月，席卷大半個中國的重霾污染成為我國決心治理大氣污染的導火索。為了應對大氣重污染，國務院先后印發并實施了《大氣污染防治行動計劃》（2013—2017年）和《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》（2018—2020年）。2017年和2020年底，中國工程院分別對這2次清潔空氣行動計劃的實施效果進行了評估，結果證實了大氣污染治理的有效性。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》（以下簡稱《十四五規劃》）將碳達峰、碳中和（“雙碳”）目標上升到國家發展的戰略高度；這一目標的落實需打破環境（大氣污染物）和氣候（溫室氣體）的界限，使得減污降碳協同增效成為未來工作的重中之重。

基于以上背景，本文詳細分析了清潔空氣行動計劃實施以來我國大氣污染物和溫室氣體的時空變化趨勢。結合《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》分析了我國產業結構調整和末端治理實施情況對大氣污染物和溫室氣體時空格局的影響，闡釋出這一演變趨勢背后出現的問題，并提出了初步解決方案，期望能為我國減污降碳協同增效目標的實現提供科學依據。

大氣污染和溫室氣體時空演變

我國東部平原地區人口眾多，重工業發達；中西部地區人口稀少，經濟發展相對落后。基于此，本研究以“胡煥庸線”為分界，將我國大陸分為東部地區（北京、天津、河北、黑龍江、吉林、遼寧、山東、河南、安徽、湖北、湖南、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西）和中西部地區（山西、內蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、四川、重慶、貴州、云南、西藏）。其中，中西部地區南、北產業結構有巨大差異：西南地區以水力發電為主，重工業較少；而西北地區以火力發電為主，重工業較多。因此，將中西部地區以昆侖山—巴顏喀拉山—岷山—大巴山為界，分為西北地區（山西、內蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆）和西南地區（四川、重慶、貴州、云南、西藏）。基于以上地理劃分，本研究以2013年和2020年大氣污染物和溫室氣體數據為基礎，對3個區域大氣污染物和溫室氣體變化趨勢進行統計分析。

大氣污染物

利用我國生態環境部發布的74個重點城市觀測結果，分析了2013—2020年6種主要污染物——粗顆粒物（PM₁₀）、細顆粒物（PM_2.5）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）的年際空間分布變化趨勢（圖1）。

結果表明，我國不同區域一次污染物（PM₁₀、SO₂和CO）和二次污染物（NO₂、PM_2.5和O₃）的變化趨勢有顯著差異。西北地區PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均下降幅度最高，分別為9.8μg·m^?3、5.7μg·m^?3和0.10 mg·m^?3；東部地區PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均下降幅度居中，分別為7.9μg·m^?3、4.3μg·m^?3和0.07 mg·m^?3；西南地區PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均下降幅度最低，僅為6.8μg·m^?3、2.4μg·m^?3和0.06 mg·m^?3。西北地區典型一次污染物PM₁₀、SO₂和CO濃度的年均降幅顯著大于東部和西南地區，這表明西北地區對以SO₂和PM₁₀為代表的一次污染物控制成效顯著。

與此形成鮮明對比的是，西北地區二次污染物的控制情況。西北地區NO₂和PM_2.5濃度的年均下降幅度分別為0.5μg·m^?3和3.9μg·m^?3，顯著低于東部地區的1.7μg·m^?3和5.3μg·m^?3、西南地區的1.4μg·m^?3和4.1μg·m^?3。

另外，西北地區另一重要二次污染物O₃濃度（8h滑動最大值第90百分位數）呈現顯著的升高趨勢，年均升高幅度達6.1μg·m^?3，顯著高于東部的2.9μg·m^?3和西南地區的0.9μg·m^?3。這一結果表明，西北地區二次污染程度正在惡化。

溫室氣體

利用中國生態系統研究網絡在全國布設的5個區域（河北興隆、吉林長白山、新疆阜康、四川貢嘎山和廣東鼎湖山）背景站的蘇碼罐采樣（每周1次）分析結果，分析了2013—2020年CO₂體積分數的變化趨勢。結果表明，我國東部地區的興隆、長白山和鼎湖山CO₂體積分數平均年際增長值為2.5×10^?6；西南地區的貢嘎山CO₂體積分數年際變化值稍高于東部地區，為3.6×10^?6；特別值得注意的是，西北地區的阜康CO₂體積分數年際變化值高達5.4×10^?6（圖2），顯著高于我國其他地區。這一結果表明，西北地區已經成為全國CO₂排放的重要源區。

成因分析

CO₂和NO₂主要來自化石燃料燃燒。西北地區CO₂濃度大幅升高表明化石燃料在該區域使用量增加，而NO₂濃度下降幅度較低表明該區域可能存在末端治理設施投入和運行不足的情況。以下將結合統計數據，從產業結構調整、末端處理設施運行和投入情況兩個方面討論我國不同地區大氣污染物和溫室氣體濃度變化的成因。

產業結構調整

我國東部地區人口集中，用電負荷大，但能源資源較為匱乏。與之對應，西北地區人口稀少，用電負荷小，能源資源豐富。我國目前重要的能源分配方式之一是將西北地區的能源輸送到東部地區，用于電力生產或其他行業。然而，能源若在西北當地使用則具有降低運輸成本和改善產業和能源結構兩大優勢。因此，立足優勢資源，因地制宜能源高效利用，成為我國產業結構調整的重要手段。

近年來，產業結構調整對能源結構改變的作用體現得淋漓盡致。對比2013年，2019年東部和西南地區能源使用量分別增加11.7%和12.8%。與此同時，西北地區能源使用量增長達27.0%。詳細分析能源消費結構可以發現，西南地區油品和燃氣消耗大幅增加，增加幅度分別達到31.7%和70.2%；西北地區燃氣消耗增加較多，達60.6%。盡管如此，西北和西南地區的油品和燃氣用量合計占當地能源消費的比例不超過5%，所以并不是這2個區域能源消耗增加的主要方面。因此，煤炭使用成為西北地區能源消耗增加的關鍵因子。與2013年相比，2019年我國東部和西南地區煤炭使用量分別從27.1億噸和4.3億噸降低到26.1億噸和3.4億噸。但同時，西北地區煤炭使用量卻從11.8億噸增加到16.6億噸，增幅高達40.7%（圖3）。其中，新疆、寧夏、內蒙古、山西和陜西煤炭使用量增加最為顯著，分別增加66.9%、60.8%、40.4%、40.1%和24.9%。西北地區煤炭使用量的增加決定了該區域溫室氣體的增長趨勢。

詳細分析我國工業產品產量發現，煤炭消費主要集中在電力供應、黑色金屬冶煉及其他無機工業（如煉焦、硫酸、燒堿、純堿、化肥）產業上（圖4）。這些產業在西北地區的增量直接導致西北地區煤炭使用量的增加。與2013年相比，2019年我國東部和西南地區火力發電增加22.9%和?0.9%，西北地區增幅卻高達41.2%。西北地區向外輸出電量由2013年的2957.8億千瓦時增加到2019年的4927.6億千瓦時，增幅高達66.6%。除此之外，西北地區生鐵、粗鋼、鋼材、焦炭、硫酸、燒堿、純堿和化肥產量亦大幅增加，增幅分別為22.4%、31.7%、23.1%、12.5%、24.2%、42.3%、43.4%和25.2%。

綜上，產業結構的調整，特別是電力、黑色金屬冶煉及其他無機化學工業的發展，帶動了煤炭使用的大幅增加，成為西北地區大氣污染趨于嚴重和溫室氣體持續升高的主要原因。

末端治理不完善

雖然西北地區煤炭的大量使用是大氣污染惡化的主要原因，但如果末端治理設施能同步跟上并嚴格管理，西北地區大氣污染應能得到有效緩解。事實上，統計2013年和2019年工業廢氣處理設施裝機情況可以發現，與2013年相比，2019年我國東部地區廢氣末端處理設施套數增加109.5%，西南和西北地區僅增加75.0%和64.3%。更糟糕的是，東部地區工業廢氣治理運行費用增加66.1%，而西北和西南地區僅增加48.7和24.9%（圖5）。這說明我國中西部地區不僅工業廢氣治理設備裝機量嚴重滯后，工業廢氣治理運行過程中的后續投入也明顯不足。

由于不同區域燃煤量有較大差異，為了區分單位煤炭工業廢氣處理能力，本研究分別計算燃煤量和工業廢氣治理設施數的比值，以及工業廢氣治理運行費用和燃煤量的比值，以獲得廢氣治理設施負荷和單位煤炭治理投入（圖5）。相比于2013年，2019年東部和西南地區廢氣治理設施負荷分別從16000噸/套和17000噸/套下降到7000噸/套和7000噸/套，廢氣治理設施負荷分別下降54.0%和54.8%，大氣污染物治理效率大幅提升。西北地區廢氣治理設施負荷從31000噸/套下降到27000噸/套，降幅僅為14.4%。較高的廢氣治理設施負荷表明西北地區工業廢氣治理設施裝機量嚴重滯后。除此之外，東部和西南地區單位煤炭治理投入分別從2013年的39.7元/噸和35.4元/噸增加到2019年的68.3元/噸和55.9元/噸，廢氣治理投入分別增加72.2%和57.8%。西北地區單位煤炭治理投入卻變化較小，僅從22.8元/噸增加到24.1元/噸，增加幅度（5.7%）顯著低于東部和西南地區。這一結果也被《2020年度鋼鐵行業環境評估報告》所證實。

綜上，西北地區工業廢氣治理設施裝機量嚴重滯后及后續投入的治理費用不足是導致大氣污染現象向西北遷移的另一重要原因。

對策建議

我國西北地區干旱少雨，生態環境脆弱，空氣質量惡化和氣候變化會讓當地的生態環境雪上加霜。同時，受西風帶影響，西北地區大氣污染物和溫室氣體會向東部地區輸送，從而影響東部地區大氣環境。在電力供應和重工業向西北遷移的同時，末端治理設施處理能力未能及時跟上，兩類因素共同誘發我國大氣污染和碳排放高值區從東部向西北地區遷移的趨勢。防控大氣污染和碳排放向西北遷移：政策是導向，技術是核心，管理是關鍵。為避免西北地區重蹈“先污染后治理”的覆轍，提出2點對策建議。

因地制宜，深化產業結構改革

我國西北地區在清潔能源儲量上擁有2個得天獨厚的優勢：①干旱少云，日照時間長，太陽能儲量豐富，可開發儲量占全國的82.6%。②溫差大，植被覆蓋少，風能儲量豐富，可開發儲量占全國53.5%。雖然西北地區清潔能源儲量豐富，但由于風能和太陽能存在天然的供能穩定性不足，以及電力輸送和存儲技術滯后等問題，“棄風棄電”現象在該區域普遍存在。因此，大氣污染和碳排放高值區向西北遷移并不是因為進行產業結構改革，恰恰是因為產業結構改革不到位、不智能、不徹底。

為了改善這種狀況，應以《中共中央國務院關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》為準繩，改變“西電東送”的格局，推進高耗能產業向西部遷移，讓“西電”就地消納。具體可通過降低東部地區能耗指標，增加西北地區能耗指標，倒逼高耗能產業從東部向西北地區遷移，這將從根本上破解電力遠距離運輸和本地消納的難題，提高清潔能源利用率。這一策略不僅能推進東部地區產業升級、促進西北地區的經濟發展，還能引導重污染企業從“高耗能、高排碳”向“高耗能、低排碳”模式轉變，從而實現在不犧牲經濟發展的前提下達成“雙碳”目標。

秉要執本，推進氮氧化物和揮發性有機物減排

清潔能源的開發和使用不是一蹴而就的。在清潔能源開發的增長期，強化大氣污染物排放的末端處理能力是改善空氣質量的唯一途徑。西北地區應充分吸取東部地區的經驗教訓，提高規模以上行業（尤其是電力和非電工業）大氣污染物末端處理設施的裝機量，增加治理設施運行過程中的資金投入，加強末端治理設施的監管。

大氣污染防治策略執行多年以來，SO₂和PM_2.5減排潛力逐漸被壓縮，氮氧化物和揮發性有機物是目前我國大氣污染物減排的核心物種。依據《十四五規劃》中“氮氧化物和揮發性有機物排放總量下降10%以上”的新要求，建議以黑色和有色金屬冶煉等無機工業為重點推進氮氧化物減排，以黑色和有色金屬冶煉、石油化工、油品儲運等行業為重點推進揮發性有機物減排，最終實現高耗能產業的大氣污染深度治理，促進生態環境治理的協同增效。

（作者：唐貴謙，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院城市環境研究所、中國科學院大學地球與行星科學學院；劉鈺婷，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院大學地球與行星科學學院；高文康，中國科學院大氣物理研究所；王迎紅，中國科學院大氣物理研究所；宋濤，中國科學院大氣物理研究所、國家地球系統科學數據中心；程萌田，中國科學院大氣物理研究所；王躍思，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院城市環境研究所、中國科學院大學地球與行星科學學院；《中國科學院院刊》供稿）

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