我們背後有兩千多名全國一流的大氣、氣象等科學家，霧霾的原因基本搞清楚了。”在今年的全國兩會上，談及大氣污染防治工作近年來取得的成就，全國政協委員、生態環境部大氣司司長劉炳江説。
2017年兩會期間，國家領導人發出“懸賞令”，表示“如果有科研團隊能夠把霧霾形成機理和危害性真正研究透，提出更有效的應對良策，誰攻克，重獎誰。”為此，2017年9月，大氣重污染成因與治理攻關項目（以下簡稱攻關項目）正式啟動，按照1+X模式，以中國環境科學研究院為主要依託單位，聯合直屬單位、相關高校和科研院所等290多家單位，以國內頂尖研究團隊為主體，設立了四個專題共28個課題，組建了28個跟蹤研究工作組深入“2+26”城市一線，進行駐點研究和技術指導。
科研團隊不辱使命，一年多時間，攻關項目通過努力，深化了對重污染成因的科學認知、建立了更加精細化的城市排放清單，構建了重污染天氣聯合應對和長期空氣品質改善決策支持技術體系，提出了“一市一策”工作機制，解決了各地“有想法、沒辦法”的問題，為打贏藍天保衛戰提供了堅實的科技支撐。
深化對京津冀及周邊地區大氣重污染成因的科學認知
2017年以前，京津冀及周邊地區秋冬季PM2.5爆髮式增長機制的全局性、整體性的科學共識沒有形成，使社會上甚至科學界對大氣重污染的成因有著各種解讀，給公眾和管理部門造成困擾。
攻關項目實施以來，通過相互客觀印證的大氣污染及邊界層氣象同步觀測和數值模擬研究，從宏觀、中觀和微觀層面系統梳理了秋冬季大氣重污染的成因，初步闡明瞭重污染過程中的物理、化學機制及其綜合作用，基本實現了空間上城市尺度、時間上過程尺度的重污染過程精細化定量化描述，形成了大氣重污染成因的基本科學共識。
在宏觀層面上，認識到京津冀及周邊地區的“背風坡”地理地形和污染物高排放強度是造成秋冬季大氣重污染頻發的主要原因。研究表明，京津冀及周邊地區“2+26”城市佔全國國土面積不到3%，但排放了全國10%以上的二氧化硫（SO2）和揮發性有機物（VOCs）、15%以上氮氧化物（NOx）和一次顆粒物，區域內的污染物排放強度高出全國平均水準3~5倍，是造成區域上大氣重污染頻發的內在原因。
從中觀層面上看，秋冬季PM2.5的爆髮式增長歸因于本地積累、區域傳輸和二次轉化的綜合作用。污染物排放強度大的地區，一旦氣象條件趨於不利，則首先形成本地積累型污染，即大氣污染的“熱點地區”。攜帶高濃度污染物的氣團沿氣壓梯度向下風向傳輸，則會導致下風向城市出現區域傳輸型污染。此外，SO2、NOx等氣態污染物在適宜條件（如高濕）下反應生成硫酸鹽、硝酸鹽等二次組分，則造成二次轉化型污染，同時二次組分吸濕增長，導致污染加劇。
在微觀層面上，攻關項目初步闡明瞭秋冬季PM2.5爆髮式增長的物理和化學機制，對部分關鍵途徑實現了定量表徵。在物理機制上，分析歸納得出近地面風速小于2 m/s、相對濕度高於60%、近地逆溫、邊界層高度低於500米等不利氣象條件的出現，是形成本地積累型污染的氣象成因；針對太行山前污染輸送帶（西南通道）的初步定量分析顯示，京津冀及周邊地區各城市受區域傳輸影響，全年平均貢獻在20%~30%左右；而在重污染期間，區域傳輸影響總體提升15&~20%左右，北京最高可達60%~70%。在化學機制上，深入探究了PM2.5中硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽和二次有機物等主要二次組分的生成機理。硝酸鹽的日間生成主要通過氣相中NOx被自由基氧化，夜間生成則通過五氧化二氮（N2O5）和氣態硝酸（HNO3）與顆粒物中液態水的多相化學反應，即氣相氧化過程是NOx向硝酸鹽轉化的核心驅動力。硫酸鹽的生成主要通過SO2的氣粒間多相化學反應，包括氣相氧化、介面過程和液相反應等，硫酸鹽的生成速率和顆粒物的相態、含水量、酸鹼度和組分特徵相關，而液相反應貢獻較大。銨鹽的生成主要通過氨與大氣中含硫、含氮等酸性成分的化學反應，隨著區域內SO2的濃度不斷下降，大氣中富氨程度升高，更易於硝酸鹽等其它二次無機組分的生成。在PM2.5的有機組分（OM）中，由VOCs氧化生成的二次有機顆粒物約佔30%~50%，其生成速率在高濕條件下顯著加快。
此外，不利氣象條件和重污染之間還存在“雙向反饋”機制。不利氣象條件導致污染積累、傳輸和二次轉化，而重污染會導致近地面逆溫增強、邊界層內湍流強度減弱和濕度增加，使氣象條件變得更為不利，加劇PM2.5污染程度；因此從另一個角度來説，污染減排也有助於減緩氣象條件的不利程度。
研究表明京津冀及周邊地區秋冬季重污染過程中PM2.5的組分特徵也發生了顯著變化。隨著“2+26”城市SO2濃度的大幅下降，同時NOx濃度下降趨勢不顯著，硝酸根離子在PM2.5中的佔比已經超過硫酸根離子，成為最重要的二次無機組分。
建立更加精細化的城市排放清單
隨著污染減排的持續深入，京津冀及周邊地區大氣污染源的結構正在發生深刻變化。污染物底數不清、特徵不明以及治理和監管技術不足等是彼時工作面臨的難題。
首先是建立了2016年、2017年“2+26”城市精細化的大氣污染源排放清單。攻關項目採用統一的清單編制方法、排放因子及活動水準數據收集手段，加大對規模以下企業以及散煤燃燒、餐飲油煙和工地揚塵等面源的調查摸排力度，是迄今為止在京津冀及周邊地區調查污染源類最全、參加人員最多、調查企業數量最大、收集數據量最大的一次。
在此基礎上，攻關項目編制了“2+26”城市2016年、2017年精細化排放清單。排放清單中包含工業點源總計7.6萬個，其他工業源2.7萬個，餐飲企業10.6萬家。清單結果顯示，2017年“2+26”城市共排放SO2、NOx、PM2.5、PM10、VOCs、NH3、BC、OC和CO等污染物分別為102萬噸、252萬噸、157萬噸、348萬噸、240萬噸、159萬噸、14萬噸、23萬噸和2138萬噸。
從污染物排放的空間分佈來看，區域內污染物排放量最大的城市依次為唐山、天津、石家莊、邯鄲、淄博，排放強度最大的城市依次為唐山、淄博、濮陽、安陽、濱州。鋼鐵及焦化行業主要分佈在唐山和津冀魯豫交界地區，是這個區域各項污染物排放強度高的主要原因；玻璃行業集中在邢臺、淄博、衡水等地，是這個區域NOx、一次PM2.5排放高的主要原因；石化化工主要集中在淄博、天津、滄州、石家莊等地，是這個區域VOCs排放強度高的主要原因。
從重點行業排放主要污染物來看，區域NOx排放來源中移動源約佔50%，此外電力、鋼鐵、鍋爐、焦化佔比較高；一次PM2.5排放中除揚塵外，主要來自民用燃燒、鋼鐵、生物質燃燒和其他工業源；VOCs排放主要來自石化化工、道路移動源、焦化、溶劑使用和其它工業源；NH3排放主要來自農業源（佔85%），其中畜禽養殖佔57%，氮肥使用佔20%。
從城市污染源結構特徵來看，探索性地將“2+26”城市按污染源結構特點劃分為6種類型。其中，天津、石家莊、唐山、邯鄲、濟南、淄博、安陽等城市為綜合工業污染類；北京、滄州、鄭州等城市為偏機動車及溶劑類；邢臺、太原、長治、陽泉、晉城、聊城、濱州等城市為偏煤焦鐵類；廊坊、衡水、濟寧、德州、新鄉等城市為偏溶劑使用類；保定、鶴壁、焦作等城市為偏建材污染類；菏澤、濮陽、開封等城市為偏農業及石化化工類。
此外，攻關項目通過努力還初步厘清區域內能源、産業、交通三大結構特徵，提出了深化治理的重點區域和重點行業。
研究表明，區域內能源消費結構較為單一，煤炭消費比重大，煤焦生産、石油冶煉等能源加工企業集中。京津冀晉魯豫六省市2016年單位國土面積煤炭消費量高達2000噸/平方公里，一次能源消費中山東、河北、河南、山西的煤炭佔比都超過3/4。從能源消費結構來看，六省市可分為煤炭依賴型和煤油氣綜合型，其中北京、天津、山東屬於煤油氣綜合型，山西、河南、河北則屬於煤炭依賴型。
在産業結構方面，區域內鋼鐵産能巨大、冶金企業扎堆，鋼鐵、焦化、冶金、水泥等高污染、高能耗産業在唐山和晉冀魯豫交界地區高度集中，晉冀魯豫交界地區小冶金企業扎堆且裝備、治理、管理水準落後，且焦炭——鋼鐵、炭素——電解鋁産能的配比不合理，是下一步産業結構調整的重點區域。
在交通結構方面，區域內大宗物料運輸量大，煤炭、鋼鐵、金屬礦石等運輸佔到京津冀貨物運輸量的42%以上，且來自山西、內蒙等地的煤炭等大宗生産原料運輸以柴油貨車為主，區域內柴油車NOx和顆粒物排放分別佔汽車排放總量的65%和99%，是下一步交通結構調整的重點。
在重點污染物方面，研究表明，苯、甲苯、二甲苯、乙烯、甲醛等是京津冀區域VOCs污染治理的關鍵控制物種，汽油轎車、橡膠品製造、煉焦、瀝青鋪路、化學原料製造、涂裝等是關鍵控制源類。京津冀區域大氣NH3排放主要來自農業生産，農業源佔比達85%以上，其中畜禽養殖佔比57%，氮肥施用佔比20%，是NH3減排的重點管控對象。
攻關項目還提出了重點行業最佳可行技術和綜合整治方案，評估了各種措施的減排潛力。並提出VOCs及氨排放深化治理技術。
攻關項目實施以來，針對上述問題開展重點研究，首次採用統一的方法標準編制了“2+26”城市排放清單，大幅提升清單的時空解析度，更好地支撐精細化的污染源管控，並提出了京津冀及周邊地區非電行業重點排放源及重點污染物的強化管控措施。
構建重污染天氣應對和長期空氣品質改善決策體系
2017年以前，京津冀及周邊地區在秋冬季重污染天氣應對工作中面臨預測預報時效性不足、應急減排清單不實、應急效果不顯著等問題，在區域空氣品質持續改善方面缺少對“2+26”城市的中長期持續改善路徑研究。攻關項目的實施使污染預報準確度和時長取得技術進步，並建成了會商分析系統、預案修訂更加細緻，重污染天氣應對能力顯著提升。
首先是預報更加精細，形成了現有7天高精度多模式數值預報為主，以10天歐洲中心及韓國大氣環流預報分析為輔的綜合預報體系，將預報時長由7天延伸為10天，並增加後續1周～2周的趨勢分析，大大提高了預報的時效性，有力支撐污染提前預判。
為使應急措施更加精準，攻關項目建立了重污染天氣應急措施修訂技術體系，從摸清污染源基本情況、確定應急減排底數、夯實應急管控措施、減排效果評估等方面進行全鏈條梳理，實地調研重點行業“一行一策”和典型企業“一廠一策”應急預案，建立應急管控措施清單和減排量核算方法，系統評估應急預案實施效果及存在問題。
“2+26”城市修訂後的應急預案管控企業數從不到1萬家增加到近5萬家，主要污染物減排比例大幅提升；應急管控措施有效性顯著提高。
基於更加精準的預報體系，針對京津冀及周邊地區秋冬季每次大氣重污染過程，攻關聯合中心及時組織相關成員單位開展專家會商，對污染過程的發生發展、來源成因、管控對策、應對效果等問題進行深入分析，形成基本科學共識，及時發佈專家解讀，為重污染天氣管理決策和輿情應對等工作提供有力的科技支撐。
此外，攻關項目還提出了長期空氣品質改善的實現路徑和減排需求。
要實現此目標，在末端排放控制持續加嚴的同時，産業、能源、交通結構將發生根本性變化。在末端控制方面，到2035年，火電、鋼鐵、水泥、工業鍋爐、主要行業工業窯爐基本實現超低排放，VOCs排放控制水準達到歐美水準。在産業結構調整方面，鋼鐵、水泥、平板玻璃等産品産量在目前基礎上要減少30%以上；在能源結構調整方面，煤炭消費量佔區域能源消費總量比重需降至40%以下；在交通運輸結構調整方面，純電動車佔比要提高到35%以上。
綜合考慮PM2.5年均濃度影響要素，初步核算結果表明，在“2+26”城市PM2.5年均濃度達標約束下，SO2、NOx、一次PM2.5、VOCs及NH3年度環境容量分別為105萬噸、159萬噸、79萬噸、163萬噸和81萬噸。
摸清污染特徵和來源提出“一市一策”解決方案
科學攻關的成果最終要落實在支撐地方環境管理方面，摸清了污染成因，細化了排放清單，制定了重污染應對體系，基於此，攻關項目基本摸清了“2+26”城市污染特徵和主要來源，提出了“一市一策”綜合解決方案。
結合“2+26”城市的污染特徵，攻關項目每個城市布設3個~5個採樣點，共設採樣點109個，在2017年~2018年秋冬季進行連續採樣，共採集約2.6萬個樣品，基於源譜庫、源清單、空氣品質模型和受體模型組成的精細化源解析技術體系，完成了對“2+26”城市2017年~2018年秋冬季顆粒物的來源解析研究。
在此基礎上，攻關項目全面推進“一市一策”跟蹤研究工作，支撐地方科學決策與精準施策。40個城市跟蹤研究工作組的科研人員深入一線，重點針對重污染天氣應對和空氣品質持續改善兩方面，為地方提供“一市一策”跟蹤研究指導工作。工作組幫助京津冀及周邊地區、汾渭平原24個城市建設和完善大氣污染防治綜合指揮平臺，形成有效應對重污染天氣、大氣污染精細化管控的能力。帶動地方人才隊伍建設，依託顆粒物來源解析、清單編制與“一市一策”跟蹤研究，帶動地方人才隊伍建設，實現人才持續保障。
各城市跟蹤研究工作組基於當地能源與産業結構特點、交通與重點行業分佈現狀，結合城市空氣品質與污染源管理實踐，形成了28份技術支撐報告，報送生態環境部和各地政府，有效支撐“2+26”城市打贏藍天保衛戰三年作戰計劃的編制。此外，各工作組對所在城市大氣污染防治工作開展跟蹤評估，持續支撐各地三年作戰計劃的實施。
在攻關項目實施期間，攻關聯合中心構建立體觀測、實驗室模擬和數值模擬相結合的綜合研究系統，識別京津冀及周邊地區秋冬季大氣重污染來源和主要成因，實現空間上城市尺度、時間上污染過程尺度的精細化描述，建成綜合科學決策支持系統，形成科學結論，回應社會關切，支撐京津冀及周邊地區大氣污染防治的科學決策和精準施策，為其他區域提供科學指導與行動指南，打好藍天保衛戰，保護公眾健康。
據了解，攻關項目近期組織了由攻關聯合中心主任、副主任、總體專家組成員及課題負責人等組成的專家團隊16批（次）、225人（次）赴“2+26”城市及汾渭平原11城市開展現場技術指導，推廣攻關各課題取得的成果，交流跟蹤研究工作經驗，幫助地方解決大氣污染防治的技術難點。 童克難
“2+26”城市在2017年實施了秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動，成效顯著。從“2+26”城市2016年、2017年排放清單比較來看，2017年PM2.5、PM10、SO2、NOx、NH3、VOCs等污染物排放量同比下降6%~31%。
