进入21世纪，杭州灰霾天数迅速增加，特别是2003年以来灰霾天数维持高位，大气环境污染令人担忧。杭州灰霾已成为影响人居环境、投资环境，危害人体健康的严重问题。本文对杭州的灰霾天气现状、形成机理和灰霾防控对策三个方面进行了调研，期望对杭州控制大气污染、改善城市空气质量、规划区域经济发展等提供有建议性意见的参考。

    1 灰霾现状和危害

    灰霾是指近地面大气中浮游的大量极细微干尘粒, 使空气混浊水平能见度小于 10 km 的现象。近年来，随着经济快速发展、汽车保有量不断增加和城市化进程化加剧，中国的灰霾污染日益加重，灰霾天气呈现出频率增加、持续时间增长、影响范围不断扩大等特点。灰霾已成为当今影响中国大气环境质量的主要问题之一，也是当下百姓最为关注、但又对其认识最为有限的大气环境问题。

    观测事实表明，中国大陆存在着四大灰霾污染区：长江三角洲、珠江三角洲、华北地区和四川盆地。其中，珠江三角洲是中国灰霾天气出现最为频繁的地区，但近年来，长江三角洲的灰霾事件也频繁发生。针对浙江省灰霾天气演变，牛彧文等[1]研究表明，2000 年之后，浙江省各地区灰霾天数都在迅速增加，其中湖州、绍兴、杭州、嘉兴等浙北城市尤为突出，这几个地区在2000～2007 年之间的灰霾天数比2000 年之前几十年总的灰霾天数还要多。杭州作为浙江省会城市，已经成为霾天气高发区域之一，金均等[2]分析表明，上世纪90年代杭州年灰霾天数只有0～3天，2003年灰霾天数突增到159天，2004～2011年杭州灰霾天数在129～176天，灰霾天数维持高位。

    由于灰霾是一种气溶胶和污染气体造成的城市和区域性污染现象，会对人体健康等造成极大影响，因此已经引起全球普遍关注。2011年9月，世界卫生组织宣布了“世界城市空气质量排名”，在32个参加排名中国城市中杭州排名第15位，位列海口、昆明、上海等省会城市之后。同时，该组织公布首次对全球91个国家的1100个城市采集的空气质量数据显示，全球每年有超过200万人因过多吸入空气中的微小颗粒物而死亡，如果各国加强对空气质量的监控和管理，全球将每年减少130万例因此造成的死亡。而此次采集的空气质量数据显示，发电厂和机动车等排出大量污染物，使许多城市地区空气的微小颗粒物含量不断增加。吴兑等[3]在近十年中国灰霾天气研究综述中提到，灰霾天气中大量极细微的粒子，大部分可通过呼吸道进入人体肺泡，造成对人体健康的伤害，相当大程度上提高了呼吸道发病率和心肺疾病死亡率，灰霾天气和肺癌密切相关，分析广州1954～2005年根据城市观测站大气能见度资料得到的气溶胶光学消光系数与肺癌死亡率的关系时，发现灰霾天气增加后7～8 年，肺癌死亡率明显增加，两者有非常好的7～8年的时间滞后相关。此外，灰霾天气容易让人产生悲观情绪，对心里健康造成影响；灰霾天气会导致近地层紫外线减弱，空气中传染性病菌活性增强，传染病增多；灰霾导致视野能见度低，容易引起交通阻塞，发生交通事故；灰霾天气通过对太阳光的吸收和散射，导致太阳辐射强度减弱与日照时数减少，从而影响植物的光合作用，造成农业减产、绿地生态系统受阻[4]。

    2 灰霾成因分析

    形成灰霾天气，大气污染物的源排放是内因，气象条件是外因。杭州是灰霾天气高发区域,以下从杭州市地形地貌、气象条件、污染物排放及其源解析等因素简要分析杭州灰霾天气的成因。

    2.1 地形地貌

    杭州自西向东地貌依次为山地、丘陵、平原，西部地区植被完好，东部平原地区地势平坦，河网交叉，植被覆盖指数较低，人为活动相对频繁和集中，在湿度、风力条件适宜的情况下，东部地区是扬尘的主要发生地带。

    从地形上看，杭州市区西面三面环山，地势自西南向东北倾斜，夏季盛行西南风，冬季盛行西北风，这种地形与盛行风向不利于大气污染物向外扩散。特别在西南风条件下, 杭州市区处于背风坡，类似盆地。

    因此，杭州地形地貌决定其大气扩散能力弱于开阔平原、沿海地区，大气颗粒物不易扩散，容易聚集在城市区域，对霾的形成有一定促进作用。而像上海、嘉兴等小风频率明显低于杭州，扩散条件就要比杭州好[5]。

    2.2 气象条件

    气象因素上，风速、相对湿度和逆温层是影响灰霾形成的最主要因素。据统计分析，杭州市区静风和早晚逆温频率相对较高, 城区静风频率超过20%,秋、冬季节最高可达24%, 其中地形条件起了一定的作用；而杭州城区7时和19时逆温频率平均达到60.5% 和39.5%[6]。因此，静风和近地面逆温可以认为是造成杭州大气污染物累积的主要气象条件。一方面，水平方面静风现象增多，随着杭州城市化进程加速，高层建筑越来越多，增大了地面摩擦系数，阻碍了风的水平流动，污染物的水平稀释、扩散能力变差，容易在城区内积累形成高浓度污染；另一方面，垂直方向的逆温现象，逆温作用如同“锅盖”覆盖在城市上空，导致人类活动排放的大量颗粒物和污染气象等滞留在近地层。

    从杭州灰霾季节变化上，表现出冬春季出现多，夏秋季少的分布特征，主要是由于冬春季节冷空气活动频繁，空气干燥，气压稳定，风力小，地面附近的颗粒物、汽车尾气难以扩散或稀释，从而导致灰霾天气的出现。而夏秋季雨水充沛，东风气流较多，雨水对空气中的灰尘等污染物起冲刷作用，东风气流加速污染物的扩散作用，不利于灰霾天气的形成。

    近年来，杭州市的城市化发展迅速，伴随城市热岛效应明显加强。由于空气中的含水量（绝对湿度）基本稳定，气温显著上升致使空气相对湿度发生变化。80年代以来，杭州地面空气相对湿度大于90%的出现频率明显下降，幅度达10%左右；而数值在50%～80%的相对湿度出现频率则呈上升趋势。城市气候的这种变化趋势不利于城市雾（RH≥90%）的形成，而增加霾(RH＜80%)出现的可能性。因此，城市空气相对湿度的变化成为杭州雾霾天气演变的一个明显影响因素[5]。

    2.3 大气污染物排放

    大气中的污染物主要来源于自然排放和人类活动的排放。从人类活动因素考虑, 污染物的排放是导致杭州市区大气灰霾天气发生频率升高的直接原因[7]，城市快速发展导致人口集聚、城市化程度提高与不合理的能源消费结构, 造成汽车尾气、道路扬尘、建筑粉尘等大量颗粒物无组织排放, 这都是灰霾天气的重要诱因。

    城市的发展和经济水平与该城市的机动车保有量、能源的消耗量等直接相关。由表1可知, 杭州市1995年的机动车保有与原煤消耗量均位于低水平, 当年没有灰霾天气发生, 随着杭州经济社会的发展, 杭州市机动车保有量、能源消耗量均大幅增加, 2003年后杭州市灰霾天数均达150d以上, 由此可知, 杭州市区灰霾天气发生与社会发展密切相关。

    表1 杭州市机动车保有量、能源消耗量与灰霾天数变化[1]

    年份

    灰霾天数/d 机动车/万辆 原煤消耗/万t 汽油消耗/t 柴油消耗/t

    1995 0 5.8 626 —— ——

    2000 12 9.1 814 32426 90924

    2001 12 35.9 900 35524 92135

    2002 51 43.8 1013 38639 105990

    2003 159 56.2 1105 42814 136836

    2004

    176 68.1 1298 61220 296464

    2005 165 75.9 1458 61272 237887

    2006 159 85.2 1529 67203 221060

    2007 169 95.8 1594 70310 212459

    2008

    158 101.9 1462 69560 214606

    2.4 大气颗粒物污染特征及源解析

    张欣等[8]认为，高浓度的大气颗粒物是灰霾形成的主要因素。大气颗粒物的来源主要有以下三类：一是工厂直接排放的粉尘和机动车的道路扬尘，属于机械污染；二是大气中的二氧化硫、氮氧化物、氨气等形成的气溶胶颗粒，属于化学污染；三是在太阳辐射大气中的多种化学组分发生光化学反应形成的光化学烟雾，属于光化学污染。

    杭州市灰霾天数的增加与颗粒物排放量的增加有着直接的关系。2001年2月～2002年4月，杭州市环境监测站[9]在卧龙桥空气质量监控点对PM2.5和PM10 进行了同步质量浓度监测, 结果表明,大气颗粒物浓度以细微颗粒PM2.5为主, PM2.5年均质量浓度为68g/m3，约为美国1997年提出PM2.5年均质量浓度标准（15g/m3）的4.5倍。大气颗粒物中,5种水溶性离子的浓度排序为SO4-2>NO3-> NH4+> Cl-> F-。

    2003年，王灿星等[10]对杭州城区大气中PM10成分进行源解析，发现道路建筑尘贡献率为22.5%，燃煤尘贡献率为26.2%，汽车尾气尘贡献率为20.8%, 其他二次粒子贡献率为22.3%。汽车尾气尘的比重迅速增加, 而燃煤尘的比重明显降低。

    2006年，包贞等[11]研究人员在杭州市云栖、朝晖2个采样点采集PM2.5样品, 并对样品中的碳组分进行分析, 结果表明，PM2.5中有机碳浓度高于元素碳浓度。杭州市大气污染类型已逐渐从早期的煤烟型污染转变成复合型污染。

    2010年，包贞等[12]利用2006年采集样品，对杭州城区大气中PM2.5和PM10成分进行源解析，结果表明,杭州市PM2.5和PM10污染较严重,其年均浓度分别为77.5μg/m3和111.0μg/m3；各主要源类对PM2.5的贡献率依次为机动车尾气尘21.6%、硫酸盐18.8%、煤烟尘16.7%、燃油尘10.2%、硝酸盐9.9%、土壤尘8.2%、建筑水泥尘4.0%、海盐粒子1.5%。各主要源类对PM10贡献率依次为土壤尘17.0%、机动车尾气尘16.9%、硫酸盐14.3%、煤烟尘13.9%、硝酸盐粒8.2%、建筑水泥尘8.0%、燃油尘5.5%、海盐粒子3.4%、冶金尘3.2%。

    以上分析结果表明，随着杭州城市化的进展, 大气中颗粒物的性质也在发生着变化, 机动车尾气尘等已成为PM2.5的主要成分，因此对大气污染防治对策也需作相应的调整。

    3 美国洛杉矶的“烟雾”治理经验

    美国洛杉矶地区是一个由城市群构成的大都市区，位于太平洋东岸的美国加利福尼亚州南部。自然和人文特征使得洛杉矶成为美国空气质量最差的地区之一。洛杉矶空气污染的突出表现就是城市“烟雾”，多发生于夏季。洛杉矶“烟雾”的主要成分是臭氧和细颗粒物，其主要来自特定污染物和阳光之间的光化学反应过程。因此洛杉矶的“烟雾”治理侧重于控制挥发性有机物、氮氧化物和二氧化硫的人为排放，尤其是以上污染物的机动车尾气排放。自20世纪50年代以来，洛杉矶通过不断的污染治理制度创新和技术创新，大大改善了区域空气质量，目前已基本消灭城市“烟雾”。其主要作法有：

    确立空气质量目标及其实施计划。洛杉矶目前执行的联邦空气质量标准，涉及6种普通污染物：二氧化硫、二氧化氮、臭氧、颗粒物（PM10和PM2.5）、一氧化碳和铅。洛杉矶制定空气污染控制计划，主要内容是瞄准空气质量目标的污染控制措施和达标的最后期限，而且严格执行经审批的控制计划。

    组建强力的区域性空气质量管理机构。洛杉矶地区共有4个郡，面积3万多平方公里。为了有效控制空气污染，洛杉矶地区各郡于1977年联合组建具有高度权威的区域性空气质量管理机构--“南海岸空气质量管理区（SCAQMD）”，将原本分散于各地方的空气质量管理职能集中起来，统一制定空气污染控制政策和计划并监督执行情况，极大地提高了政府管理效能和排放控制效果，为改善区域空气质量和控制城市“烟雾”做出了巨大贡献。

    全方位控制空气污染源。洛杉矶不仅控制工业污染源和道路机动车的尾气排放，而且控制非道路机动车（建筑车辆、港口机械和园艺机械等）的尾气排放。另外，洛杉矶对户外焚烧、加油站和垃圾填埋场实施严格管制，以控制导致“烟雾”的多种污染物的排放。总之，洛杉矶将几乎所有的空气污染源纳入控制范围，力争取得最大的污染控制效果。

    用严格的技术标准和先进的检测方法控制机动车尾气污染。机动车尾气是洛杉矶城市空气的首要污染源，因此机动车尾气污染成为洛杉矶的控制重点。洛杉矶控制机动车尾气污染的技术标准几乎是世界上最严格的，包括燃油经济性标准、燃油标准和排放标准。洛杉矶禁止不达标的新机动车和燃油在本地区内销售；强制柴油卡车安装颗粒物过滤器；对在用机动车实行强制性定期“烟雾”检测和维修。

    积极发挥市场机制的作用。洛杉矶“区域清洁空气激励市场”（RECLAIM）项目是一个由300多家工业企业参与的排放权交易项目。该项目首先向企业分配氮氧化物和二氧化硫排放配额（排放权），然后允许企业通过排放权交易履行减排义务。“区域清洁空气激励市场”项目取得了巨大成功，不仅氮氧化物和二氧化硫的总排放急剧下降，而且减排成本被控制在企业可承受范围，经济增长并没有受到明显影响。例，洛杉矶的旧汽车提前报废项目就是一个利用市场机制的典型案例。

    4 防控对策与建议

    杭州市灰霾与洛杉矶城市“烟雾”发生季节不同，杭州灰霾多发生于每年冬春季，起因是工业污染、机动车尾气、光化学污染等共同作用下的复合污染；洛杉矶多发生于夏季，起因主要是机动车尾气排放导致的光化学污染。但杭州灰霾与洛杉矶“烟雾”的本质都是严重的空气污染，它们的成因与组分具有相似性。因此，对于杭州灰霾治理，洛杉矶治理“烟雾”的经验具有借鉴意义。

    4.1 组建长三角区域性空气污染控制机构

    长三角地区灰霾是一个区域性的空气污染现象，区域内各城市的灰霾是互相影响的。因此，应当考虑组建区域性空气污染控制机构，统筹考虑灰霾防治工作，集中行使区域空气质量管理中的决策和监督职能。该机构成立是落实长三角地区灰霾联防联治的组织保证，对于彻底解决长三角地区灰霾问题至关重要。

    4.2从严控制城市大气污染物排放

    要实现杭州大气污染源解析工作常态化，从源头上定期了解细颗粒污染物的主要成分及其动态变化，为科学制定大气污染防治提供科学依据。要扩展污染源和污染物的控制范围，在确保工业污染排放总量控制、有效控制扬尘污染的基础上，还应当切实地将非道路机动车、露天垃圾焚烧、餐饮业油烟等排放管制纳入控制范围。要控制道路机动车尾车排放，包括提高燃油经济性标准、燃油标准和排放标准，运用排放权交易和补贴手段，对超标车辆实行强制维修或报废，对柴油卡车强制安装颗粒物过滤装置和车载排放自动诊断系统等。

    4.3科学利用扩散气象条件减轻大气污染程度

    大气污染与城市风环境密切相关。Brandt J等[13]研究证实, 城市风向决定着大气污染物浓度分布, 风不断将污染物向下风方向输送, 在污染源下风方向污染的浓度要比其他方向高得多。Paulo Artaxo等[14]通过观测实验证实，大气污染浓度随风速表现出急剧的增加或减弱。因此，在杭州城市规划中，要充分研究城市建设与城市风环境变化关系，科学布局污染型工业企业，建立或恢复城市风通道，卫星城应尽量建在城市热岛环流外，避免交叉污染，从而减少城市大气污染，改善城市大气质量。作为杭州，需特别关注冬春季风环境变化对大气污染扩散的影响。

    4.4 建立灰霾预报预警机制

    加强气象、环保、科研院所等合作，开展大气边界层探测，建立新空气质量标准下的灰霾预报预警机制，特别是对中度等级灰霾以上天气，应实时向公众发布灰霾监测预警信息，及时提醒公众进行预防。灰霾预警技术要在研究城市化发展与大气污染扩散关系的基础上，重点研究细颗粒物（PM2.5）形成机理、生消规律、扩散条件，为开展灰霾天气预警提供技术条件，为大气污染整治和污染控制提供科学依据。

    4.5建立污染源排放控制综合决策系统

    国外有些发达国家，根据不同气象条件对工业及社会生产活动进行动态调控，以此来降低灰霾天气的发生频率，其实质是对大气污染源进行总量调节。如在美国，一旦监测到某区域有气流停滞区时，随即控制该地区的工业气体排放，而当大气条件好、空气扩散能力增强时，再允许正常排放。因此，杭州可以尝试建立集灰霾预报与污染源排放控制于一体的综合决策系统，以增强大气污染调节与应对能力。

    参考文献

    [1] 牛彧文，顾骏强等.浙江城市区域灰霾天气的长期变化. 热带气象学报,2010,26(6):808-809.

    [2]金均,吴建,蔡菊珍等.杭州灰霾天气基本特征及成因分析.环境污染与防治,2010,32(5):61-63.

    [3] 吴兑. 近十年中国灰霾天气研究综述. 环境科学学报. 2012,32(2):257-269.

    [4] 白志鹏,蔡斌彬,董海燕等.灰霾的健康效应.环境污染与防治,2006,28(3):198-201.

    [5] 宋健, 张美根, 张晓山等. 杭州雾霾特征及成因研究.

    [6] 张立峰, 范辽生, 王国华. 城市发展与杭州灰霾天气状况的对比分析.第26 届中国气象学年会大气成分与天气气候及环境变化分会场论文集，2010.

    [7] 余锡刚, 吴建, 郦颖等.灰霾天气与大气颗粒物的相关性研究综述. 环境污染与防治, 2009, 32(2):86-88.

    [8] 张欣，杜丽.灰霾的成因和危害.绿色科普,2010,83-84.

    [9] 焦荔, 祁国伟. 杭州市PM 10 中有机碳和元素碳含量特征.第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会气溶胶技术研讨会论文集,2010.

    [10] 王灿星, 易林, 林建忠. 杭州市区大气中PM 10的污染特征及其源解析. 仪器仪表学报, 2003,24(4):535-536.

    [11] 包贞,焦荔,洪盛茂.杭州市大气PM2.5 中碳分布特征及来源分析. 环境化学, 2009, 8( 2) : 304-305.

    [12] 包贞,冯银厂,焦荔,洪盛茂等. 杭州市大气PM2.5和PM10污染特征及来源解析.中国环境监测, 2010,2.

    [13] PAULO Artaxo, ANDREA D Castanho, M ARCIA A Yamasoe, et al. Analysis of atmospheric aerosols by PIXE: the importance of real time and complementary measurement. Nuclear Instrument and Methods in Research B,1999,150:312-321.

    [14] BRANDT J,CHRIST ENSEN J H,FROHN L M,et al. Air pollut ion forecasting from regional to urban street. scale implementation and validat ion for tw o cities in Denmark .Physics and Chemistry of the Earth, 2003, 28:335-344.