「大氣國十條」五年考，北方33市治霾成效排名與分析

「竹外桃花三兩枝，春江水暖鴨先知。」春天氣候轉暖，萬物復甦，本該是風和日麗、春光明媚，然而霧霾和沙塵接踵來襲，讓北方的人們猝不及防，首都更接連發布幾次空氣重污染預警。剛度過一個「藍冬」，霧霾是否又要抬頭？經過多年治理，空氣究竟改善多少？就在我們困惑不解之際，陳松蹊教授團隊的《空氣質量研究報告（五）》得出了最新研究成果，這些對上億條數據的統計學分析結果，將幫助我們像小鴨探知春江水暖一樣，更加準確而深入地了解空氣質量，了解我們所處的環境。

系列報告回顧

《空氣質量評估報告：北京城區2010-2014年PM2.5污染狀況研究》（2015年3月）

《空氣質量評估報告（二）：中國五城市空氣污染狀況之統計學分析》（2016年3月）

《空氣質量評估報告（三）：北京地區2013-2016年區域污染狀況評估》（2017年3月）

《空氣質量評估報告（四）：京津冀2013-2016年區域污染狀況評估》（2017年8月）

空氣質量評估報告（五）：「2+31」城市2013-2017年區域污染狀況評估

內容介紹

1、172個站點1億2千萬條數據，多方位評估「京津冀大氣污染傳輸通道」33個城市空氣質量

2013年9月，國務院發布《大氣污染防治行動計劃》（簡稱「國十條」）。2017年是「國十條」第一階段目標的收官之年，為了順利完成「國十條」制定的目標任務，2017年3月環保部協同有關部門和省市制定了《京津冀及周邊地區2017年大氣污染防治工作方案》。該方案的實施範圍為「京津冀大氣污染傳輸通道」，包括北京，天津，河北省的石家莊、唐山、廊坊、保定、滄州、衡水、邢台、邯鄲市；山西省的太原、陽泉、長治、晉城市；山東省的濟南、淄博、濟寧、德州、聊城、濱州、菏澤市；河南省的鄭州、開封、安陽、鶴壁、新鄉、焦作、濮陽市，即「2+26」城市。

為了綜合評估京津冀周邊城市的污染狀況，報告在此基礎上保留了《空氣質量評估報告（四）》中的河北省北部3個地級市張家口、承德、秦皇島。另外為了使山東濟南和濟寧之間沒有「空隙」，又加上了同山東濟南接壤的泰安、萊蕪2市。所以本報告覆蓋的是「2+31」城市。

基於172個國控空氣質量監測站點污染物監測數據和43個氣象站點過去七年的氣象數據（數據總量超過1億2000萬條），報告綜合評估了這33個城市過去五年（2013年3月至2018年2月）空氣質量實際狀態和變化趨勢。（註：部分城市在2013年3月份並未開始污染物監測，且存在數據缺失，這些城市的數據從開始監測的時刻算起。）

報告的具體目標：

• 描述過去五年「2+31」城市六種常規污染物去除氣象因素影響後的時間和空間分布特徵；
• 分析京津冀及周邊晉魯豫地區每個城市、每個省份和整個地區六種常規污染物的濃度變化趨勢，科學計算該區域「國十條」第一階段目標的實現情況；
• 對「2+31」城市空氣質量情況做出整體總結，為京津冀及周邊晉魯豫地區空氣治理提出切實可行的建議。

報告所使用的污染物數據來自於環保部所屬的國控站，共172個監測站點（不包含背景站）， 選取的數據時段為2013年3月到2018年2月，涵蓋5個完整的季節年（從每年3月份到次年2月份）。報告分析了PM2.5、PM10、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)六種空氣質量常規污染物的變化情況，本文中我們將介紹PM2.5、PM10和二氧化硫的結果。

由於氣象條件對觀測到的空氣質量濃度影響很大，報告沿用以往的統計學方法，對污染物濃度進行了氣象調整，從而剔除氣象因素對空氣質量的影響。值得一提的是，本次報告採用了2011年3月到2018年2月累計七年的小時氣象數據（比污染數據多2年），以構造更穩定的基準氣象條件，來計算各季度空氣污染物的濃度。

下圖給出了這172個污染物監測站點加7個背景站（紅色圓點）和43個氣象站點（藍色三角形）的位置。總體可以看出，污染物監測站點與氣象站點地理位置比較相近，匹配度高。從中我們也可以看到目前的國控空氣質量監測站點過於集中在城市中心，分散度不高。

▲ 京津冀及周邊晉魯豫33個城市區劃及其站點分布（ ● 代表空氣質量監測站點，▲代表氣象站點）

2、東風西風有差異，科學鑒定風向對空氣質量的影響

該報告首次計算了五個主要風向下的污染物氣象調整濃度，讓我們得以了解各城市的污染輸入和輸出方向（具體請點擊「閱讀原文」，下載報告全文）。以PM2.5為例，在各個季節靜風下濃度（靜風下不易擴散）都顯著高於其它風向，而不同城市有利減輕污染的風向不同。比如，對於河北北部城市來說，西北風普遍最有利於PM2.5的擴散，東南風普遍較為不利；對於東部沿海城市來說，東北風普遍較好。見下圖：

▲ 京津冀及周邊晉魯豫地區33市2014年到2017年氣象調整後PM2.5季節平均濃度(微克/立方米)地圖

33城PM2.5濃度具有明顯的季節和區域特徵。太行山東側從保定向南到河南北部和山東西部為PM2.5高濃度區域， 尤其在污染最嚴重的秋冬兩季。 這一高濃度區域的PM2.5水平在過去四年呈下降趨勢，其中河北省的下降主要發生在2015和2017年，而河南北部和山東西部發生在2016年和2017年。山西省過去四年的PM2.5改善甚微。

3、PM2.5污染排名刷新，誰在逆勢坐「前排」？

▲ 京津冀及周邊晉魯豫地區33市氣象調整後PM2.5季節年平均濃度(微克/立方米)年際變化、城市排名圖

? 新鄉、濮陽、鶴壁和晉城4城市因為2014年某些季度數據缺失而僅給出2015年至2017年平均濃度，2014、2017季節年的排名均以當年濃度為基準

從城市排名上看，廊坊、天津和北京的排名下降（改善）幅度最大，其中廊坊和天津在2017年退出最嚴重16強行列，北京更是從第17名下降至第30名，達到了「國十條」設立的2017年年均值60微克/立方米的目標。在2017年退出最嚴重16強行列的城市還有淄博、唐山和濟南，它們分別從2014年的第14、11、16名下降至第18、21、22名。

相比之下，焦作（第19上升至第5）和開封（第22上升至第11）的排名上升幅度最大。2017年加入前16名的還有濮陽、晉城和新鄉，這些城市由於2015年之前數據缺失嚴重，它們的PM2.5年均濃度是從2015年開始的。

4、二氧化硫改善情況，成大氣污染治理最大亮點

京津冀各城市自2013年起逐漸推行「煤改氣」、「煤改電」和燃煤脫硫。得益於此，京津冀二氧化硫的降低趨勢顯著，尤其是沿太行山地區。晉魯豫地區中，山東九市的二氧化硫濃度降低也很顯著，近兩年每年降幅均超過25%。區域性二氧化硫的顯著下降是京津冀和晉魯豫過去五年大氣污染治理的最大亮點，也是區域範圍PM2.5和PM10顯著下降的主要推手。我們注意到雖然山西省二氧化硫濃度在2017年下降很多，但是並沒有反映到PM2.5和PM10上，並且出現PM2.5不降反升的情況。山西省的情況值得進一步研究。

▲ 京津冀及周邊晉魯豫地區33市氣象調整後二氧化硫季節年平均濃度(微克/立方米)年際變化、城市排名圖

? 新鄉、濮陽、鶴壁和晉城4城市因為2014年某些季度數據缺失而僅給出2015年至2017年平均濃度，2014、2017季節年的排名均以當年濃度為基準

33個城市二氧化硫的排名與PM10、PM2.5的排名出入較大。唐山市的顆粒物濃度較低，但是二氧化硫濃度在2017年位居第四位。非常明顯的是，北京市的二氧化硫情況從2014年到2017年在所有城市中排名最末，即濃度最低。

對於二氧化硫的排名，2017年較2014年退出最嚴重16強城市有秦皇島、焦作、濟南和德州。進入最嚴重16強城市有晉城、滄州、長治和新鄉，其中滄州和長治也是所有33個城市中排名上升最多的城市，均上升了14名。

5、各城市空氣質量改善顯著，但是不均衡

經過五年的治理，京津冀地區PM2.5和PM10污染已經有了明顯改善。京津冀13市PM2.5和PM10平均濃度分別從2013年的103.78微克/立方米和178.35微克/立方米下降到2017年的64.05微克/立方米和114.72微克/立方米，降幅達32.28%和35.68%；北京市PM2.5平均季節年濃度從2013的84.2微克/立方米下降到2017年的55.3微克/立方米，均達到了「國十條」設立的2017年目標。

▲ 「2+31」城市氣象調整後PM2.5、PM10和二氧化硫年平均濃度時間序列（微克/立方米）

? 虛線表示變化在統計學意義上不顯著

沿太行山脈：保定、石家莊、邢台、邯鄲和衡水

環渤海：唐山、天津、滄州，北京和廊坊

河北北部：張家口、承德和秦皇島

河南：安陽、鶴壁、焦作、開封、濮陽、新鄉、鄭州

山東：濱州、德州、菏澤、濟南、濟寧、萊蕪、聊城、泰安、淄博

山西：太原、陽泉、長治、晉城

山東9城市和河南7城市也完成了「國十條」所規定的PM2.5下降20%的目標。相比之下，山東和河南的減少程度低於京津冀。京津冀平原上「2+8」市PM2.5四年累積降幅為31.2%，而山東、河南、山西省分別為26%、20%和2.6%。PM10四年累積降幅京津冀平原上「2+8」市為28.3%，而山東、河南、山西省分別為19.4%、15.3%和4.9%。魯豫16市PM2.5年平均值每年減少5微克／立方米左右，遠小於京津冀平原上「2+8」市平均每年減少10微克/立方米的水平。山西省近兩年PM2.5濃度在持續增加！這些反應了京津冀及周邊晉魯豫大氣污染治理的不平衡。山西省要加大顆粒物治理的力度。

2017年秋冬兩季京津冀魯豫地區PM2.5濃度下降明顯，沿太行山脈、環渤海、河北北部、山東和河南這五個區域PM2.5秋冬兩季四年累積降幅分別為29.1%、29.2%、22.5%、22.6%和14.4%。山西省不降反升，秋冬兩季四年累積增幅為3.9%。相比 2016 年，2017 年秋冬兩季京津冀魯豫地區PM2.5濃度明顯下降,這跟工業供暖季限產有很大的關係。沿太行山脈、環渤海和河北北部三個區域PM2.5分別下降 20.5%、21.9%和 13.5%。山東、河南分別下降 5.0%和5.2%，而山西升高了9.0%。

儘管過去四年PM10有顯著的下降，但2017年「2+31」城市中仍有29個城市的PM10的年均濃度在100微克/立方米以上。近兩年幾乎所有「2+31」城市PM2.5在PM10中的比例有下降的趨勢，說明PM10減少程度低於PM2.5。

6、治理大氣污染的根本，能源使用與監測還需這樣做

「京津冀大氣污染通道」的33個城市，為什麼在5年當中空氣改善情況出現明顯差異？這和能源使用情況密切相關。我們知道，化石類能源燃燒所產生的排放是產生大氣污染物的主要原因，為此報告進一步分析了2011年以來京津冀晉魯豫四省二市的煤炭消耗及主要工業產品產量情況。

▲ 京津冀晉魯豫四省二市年度煤炭消費量(萬噸)

? 1995-2014年數據來自國家統計局網站，2015-2017年數據來自中國煤炭資源網

從上圖可以看出，這些城市的煤炭消耗量有增有減。京津冀三省市從2013年的3.9億噸下降到2017年的2.9億噸，降幅為25.6%；晉魯豫三省從2013年的9.5億噸到2017年的9.2億噸，僅下降了3.2%，低於全國同期的6.9%；而山東省每年超過4億噸以上的巨大消耗量是影響四省二市煤炭下降幅度的主要原因。

▲ 冀晉魯豫四省「其它類」年度煤炭消耗總量（萬噸）

繼續對煤炭數據進行分析，可以發現近幾年煤炭消費的下降主要在含散煤的「其它類」。河北、河南和山西從2014年開始「其它類」煤炭消耗均有顯著的下降，目前三省均控制在每年1300萬噸以下；而山東「其它類」煤炭消耗過去幾年變化不大，高居4500萬噸左右。因此，報告建議將京津冀、山東、河南和山西的煤炭消耗量納入重點監測指標，同時將降低煤炭消耗的重點放在山東省的「其它類」，以促進「京津冀大氣污染傳輸通道」的大氣污染防治取得進一步成效。

根據「國十條」給北京市設定的2017年目標（60微克/立方米），以及考慮到近幾年我國空氣質量的改善情況，報告認為以75微克/立方米作為二十四小時「優良空氣」的上界已過於寬鬆，應對該標準進行調整。建議使用WHO「過渡時期」第二級指標所給定的50微克/立方米作為「良」的上限。這將為下一步的大氣污染防治提供新的目標和動能。

下期內容預告

二氧化氮和臭氧最新情報和城市污染預警坐標

課題組成員

劉慧傑，北京大學前沿交叉學科研究院碩士研究生，主要完成人

郭斌，西南財經大學統計學院副教授，主要完成人

葉方舒，北京大學環境科學與工程學院本科生

李一溪，北京大學城市與環境學院本科生

鄭翔宇，北京大學光華管理學院碩士研究生

何婧，西南財經大學統計學院助理教授

王恆放，Iowa State University統計系博士研究生

陳松蹊，北京大學光華管理學院、統計科學中心講席教授，課題負責人

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