自2011年底以来，公众针对京津冀、长三角等地连续的雾霾锁城事件质疑环保部门观测数据的准确性，随着各地频发的霾污染事件的连续发酵，导致政府部门极为被动。其中最主要原因之一就是对区域大气霾污染形成机制缺乏科学整体的研究，难以给公众合理可信的解释，也无法告知公众如何解决、什么时候解决这一迫在眉睫的霾污染问题。显然，大气霾污染问题的研究和解决路径的阐述，已经成为目前社会和谐发展的迫切需求。大量极细微干尘粒，均匀浮游空中，使空气普遍混浊，水平能见度小于10 km 的现象成为霾。霾污染则是指各种源排放的污染物(气体和颗粒物如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOx)、氨(NH₃)、挥发性有机物(VOCs)、颗粒物(PM)在特定的大气流场条件下，经过一系列物理化学过程，形成细颗粒物，并在水汽的作用下快速吸湿增长，最终导致的严重大气消光现象。霾的本质是大气中高浓度的PM2.5引起的消光造成了大气水平能见度严重下降。PM2.5是指空气动力学直径小于或者等于2.5微米的大气颗粒物(气溶胶)的总称，中文名定义为大气细颗粒物。PM2.5组成极其复杂，几乎包含元素周期表所有元素，涉及万种以上有机物(烃、烯、醇、醛、酮、酸、酯、糖等)和百种以上无机化合物或单质(包括硫酸盐、硝酸盐、氨盐、碳黑、重金属和地壳元素的氧化物等)，名副其实的“小粒子-大世界”。

归结目前研究霾形成的影响因素，可分为两大类，一是以弱风、逆温、高湿等为特征的不利于扩散的气象因素；二是以悬浮的细颗粒物浓度增加为特征的污染因素。气象是外因，具有不可控性；污染是内因，与人为活动密切相关，是可控的。造成中国频繁出现范围大、持续时间长的霾污染事件的根本原因就在于大气中的PM2.5及其前体污染物，如SO₂、NO₂、NH₃、VOC等严重超过了由当地气候、气象和地形等条件决定的大气环境容量，一旦出现不利于污染物扩散的气象条件，聚集在一起的污染物就会经化学反应产生二次颗粒物出现积累，并与一次颗粒物叠加导致大气中细颗粒物快速上升。因此，控制霾污染需要根据区域气候特征决定的环境容量，合理削减各种导致大气细颗粒物的污染物排放，最终降低大气细颗粒物的浓度。然而，大气细颗粒物既有一次源，如工业粉尘、机动车尾气、道路扬尘等，也有二次源，即由于汽车尾气、燃料燃烧、工业废气等排放的一次气态污染物(NOx、SO₂、NH₃、VOCs等)在大气中经过气-粒转化(凝结、吸附、凝聚、均相和非均相化学反应等)生成细颗粒物。现有研究认为，二次源是我国大气细颗粒物的主要来源^[1]，而且气态前体污染物和细颗粒物浓度之间不是简单的线性关系。由于我国霾污染集中爆发的特点有别于发达国家分阶段出现分阶段治理的历程，使得我国霾污染治理难以直接借鉴国外现有经验，需要根据我国的污染状况和不同区域的经济水平，开展霾污染的不同控制策略研究。

近十年来，中国许多大城市，如北京、上海、广州、深圳等地，霾污染天数都超过全年的1/3，有的甚至超过一半。近几年来，重霾污染显示出频次增加、时间增长、面积增大等特点，使治理难度进一步加大。例如，据中国科学院监测数据统计，2013年1月京津冀地区发生了5次强霾污染过程^[2]。其中，北京城区PM2.5超过国家二级标准(75μg·m^-3，拟于2017年实施的环境空气质量标准)共计22天。2013年1月29日的强霾污染过程涉及国土面积达到130万平方公里，几乎席卷了中国中东部地区共计10个省市区，受害人口高达8亿以上。世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中指出：当PM2.5年均浓度达到35μg·m^-3时，人的死亡风险比10μg·m^-3的情形约增加15% ^[3]。国务院于2012年2月29日批准发布了我国新修订的《环境空气质量标准》，新标准增加了细颗粒物(PM2.5) 和臭氧(O₃)8小时浓度限值指标，并计划在2017年开始执行75μg·m^-3和35μg·m^-3的PM2.5浓度日均和年均限值。虽然这已经是全球最宽松的PM2.5控制标准，但在短短5年内全面达标，几乎不可能。由于没有任何的科学基础支撑，亟需对区域霾污染进行全面、长期和系统的科学研究。虽然国际科学界围绕亚太地区的颗粒物先后开展了一系列大型观测实验，例如太平洋地区大气化学与输送研究计划(TRACE-P和INTEX-B)、印度洋试验(INDOEX)、以及针对东亚和西太平洋的大型气溶胶特性观测实验(ACE-Asia)，也在科学上取得了一定成果，但对我国现阶段日趋严重的霾污染治理的参考作用极其有限。由于我国目前大气污染属于高度复合型，将发达国家半个多世纪分别经历的煤烟型污染、机动车燃油型污染和大规模的工业污染，压缩在20-30年内集中爆发，造成环境污染的复杂程度前所未有。发达国家分阶段出现问题，分阶段得到了解决；我们国家往往是老的问题没完全解决，新的问题又叠加上来，造成环保问题层层欠账。目前我国所面临新老环境问题的集中爆发是多年问题积累造成的特有现象，具有中国特色，只能通过长期系统的跟踪研究，才能逐步揭示我国霾污染形成的机制，逐层确定污染原始排放源，整体规划提出分阶段控制策略，分步实施直到彻底消灭霾污染。需要的时间也许是20—30年，也许更长，这不仅取决于科学技术，更主要的是取决于管理水平，更有待遇全民文化素养的提高。

目前针对霾污染的研究还未成系统，现阶段尚存在以下基本科学问题：(1) 致霾颗粒物中各组分的时空分布特征不明晰；(2) 生成致霾细颗粒物的关键前体污染物和关键化学机制不清楚。国外在相对清洁大气条件下获得的大气化学机制，与我国高颗粒物浓度和高气态污染物浓度条件下化学机制的差异还亟待研究。(3) 我国不同区域大气污染物排放特征和污染水平存在巨大差异，霾污染形成关键前体污染物和化学机制在不同区域是否存在差异还不清楚；(4) 致霾细颗粒物中各组分的物理化学性质及其耦合效应不确定，同时缺乏与霾污染消光之间的定量关系；(5) 气态前体污染物传输转化对霾污染形成的贡献缺乏定量观测研究，区域间污染物输送缺乏直接证据；(6) 致霾细颗粒物的来源不明确、源比例不清楚，消光权重缺乏研究；(7) 基于外场观测的源解析结果存在较大的不确定性，其原因主要在于我国排放源清单还存在较大的不确定性和强烈的动态变化。

由于这些基础问题研究的欠缺，不同区域控制方案目前难以明确，研究工作推进缓慢。直观表现出，提出的定性建议多，追踪定量评估反馈少，对大气污染防控措施的制定和实施效果的评价研究更少。大量未知科学问题的存在，造成调控原理不明晰，调控方向不明确，使决策者难以将科学研究结果应用于调控技术措施的制定。目前我国区域大气霾污染研究必须克服零散观测多、系统实验少，定性研究多、定量研究少，措施建议多、付诸实施少等缺点。其中最关键的是加强环境污染治理的监管工作，管理百分百到位，效果才能百分百体现。治理大气污染只停留在制定标准、制定条例和规章制度，不去坚持不懈地监管执行，人民群众就不会看到自由呼吸新鲜空气的希望。

大气霾污染造成了气候、环境和人体健康等诸多方面的负面影响。

(1) PM2.5浓度的增加可能是极端天气事件增加的原因。PM2.5影响大气辐射平衡，大量的细颗粒物漂浮在空中，将本应照射到地面的阳光大部分“散射消耗”掉了，导致大气“变热”，而地面“变冷”，上下对流减弱，逆温加强，大气更静稳。直接后果是，近地面排放的污染物垂直扩散空间从2-3公里，下降到300-400米，污染物被压缩在近地空间，浓度几倍、十几倍增加。同时，大气热力状况分布的长期改变，对气候变化也会产生显著影响。近年来我国降水极其不均匀，东亚冬季风减弱、夏季风增强，与大气中的颗粒物浓度和成分的变化不无关系；

(2) 细颗粒物污染是全球性重要环境问题之一，自1975年以来，除欧洲以外，全球其它地区的细颗粒物浓度都在明显上升。PM2.5浓度的增加会引起大面积酸雨、城市大气光化学烟雾现象，导致大气能见度下降，阻碍空中、水面和陆面交通；还造成生态系统失衡，水体富营养化，植被遭到破坏，粮食产量和品质下降等危害。2009-2011年观测研究结果表明，京津冀环渤海区域大气中的硫(S)、氮(N)、重金属(HMs)和多环芳烃(PAHs)的沉降总量(包括降水、尘和气体干沉降)分别为80-100kg·(ha·yr)^-1、50-80kg·(ha·yr)^-1、0.9-1.2kg·(ha·yr)^-1和0.5-0.6kg·(ha·yr)^-1，是同纬度发达国家的几倍甚至几十倍^[4]。

(3) PM2.5又称为可入肺颗粒，能够进入人体肺泡甚至血液系统中，导致心血管病等疾病。霾污染期间污染物浓度一般要比正常天气里高出几倍到十几倍。特别是受工业污染较重的区域，人们在这种有害烟雾中活动，健康势必受到影响。英国伦敦被浓雾所笼罩，燃煤产生的烟雾不断聚集，造成了数千人死亡的“雾都惨案”。霾污染天气下极易形成二次气溶胶污染，其中硫酸盐和硝酸盐为其主要成分；当二氧化硫在与颗粒物同时被吸入时，会发生协同效应，对人体产生危害更为严重。对广州市肺癌致死率与霾污染关系的研究表明，考虑七年滞后期，肺癌致死率和气溶胶消光系数的相关系数高达0.97^[5]。PM2.5的另一主要成分为含碳组分，尤其是有机碳严重影响人体健康。石油、煤等化石燃料及木材、烟草等有机物在不完全燃烧过程中会产生多环芳烃(PAHs)，排放的PAHs可直接进入大气，并吸附在颗粒物上，随之进入人体。PAHs具有致癌、致突变、致畸作用，其代表物苯并(a)芘(BaP)能诱发皮肤癌、肺癌和胃癌。PM2.5中重金属部分的毒性亦值得注意。如铅对人体神经系统有明显的损害作用，影响儿童的神经系统和智力的发育。其次是土壤和灰尘中铁的环境毒理学效应也已受到普遍重视，一般认为，超细颗粒物表面结合的铁复合物会产生羟基自由基，对肺脏产生氧化性损伤。中科院已有研究证明大气污染与呼吸道疾病死亡率呈现正相关^[6]。北京市近年肺癌患病率显著提高，2012年平均每天确诊104个癌症病人，其中肺癌发病率所占比例最高。2013年发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究指出，燃煤带来的坏空气或许让中国北方5亿居民平均付出“少活5年”的代价。

2000年以来，北京和上海地区年度霾污染天数比例一直徘徊在50%左右，而珠三角地区年度霾污染天数比例也超过了1/3。根据清华大学郝吉明院士2007年的调研报告，我国目前约有86个城市、将近5亿人生活受到霾污染的影响。环保部近期报告，我国有2/3大中城市PM10和PM2.5不达标，影响人数高达8.5亿。显然，大气霾污染问题的研究和解决路径的明确，已经成为我国社会和谐发展的迫切需求。

欧美发达国家曾出现过严重的大气污染问题，代表性事件如1952年燃煤引起的伦敦烟雾事件，以及上世纪40—50年代开始的美国洛杉矶光化学烟雾等。针对这些大气污染问题，以欧美为代表的发达国家逐渐形成了外场观测-实验室模拟-数值模式相结合的闭合研究体系，极大地提高了对大气污染的物理、化学过程的认识，进而通过立法，分阶段建立越来越严格的空气质量标准，采取不同但有针对性的控制措施，历经20—50年才逐渐解决了严重的空气污染难题。

我国城市大气污染虽受以煤炭为主的能源结构的制约，早期呈现出明显的煤烟型污染特征，但是随着中国汽车拥有量的激增，大城市光化学烟雾的影响日渐严重。然而，近年来我国大气污染日益呈现出复合污染的态势，既由于煤烟型污染、转化为煤烟型与机动车尾气污染混合型，再进而转化为多种污染相互叠加的复合型。大气中多种源排放的多种污染物在一定条件下(如温度、湿度、光照等)发生多种界面间的相互作用，彼此耦合构成的复杂大气复合污染体系，导致大气氧化性增强，二次粒浓度增加，进而引起重霾污染频繁出现。

因此，降低我国城市霾污染发生频率，近期需要从以下几个方面进行控制：

(1) 疏通城市道路、提高油品质量和杜绝排污不达标车辆提高是机动车污染控制的关键。机动车尾气直接排放致霾的PM2.5(含碳颗粒为主)及其前体物(NOx、VOCs、SO₂)，对城市圈大气霾污染的形成往往有最大的贡献。但大城市(如，北京、上海和广州)首先要解决道路拥堵问题，而区域和国家尺度首先要提高燃油质量，进而是机动车本身的净化技术。其中，油品含硫量是一个重要指标，含硫量的降低不仅是直接减少机动车硫酸盐和SO₂的排放，更重要的是降低硫及其硫的化合物对汽车三元催化器的损害；而使用低硫柴油，也才有可能普及柴油车氮氧化物催化降解装置的使用。另外，要加快淘汰老旧机动车，发展轨道、电力公共交通，缓解城市交通拥堵；立法控制非道路机动车(工程车、农用车等)和燃油施工机械的污染物排放。和其他污染源相比，机动车尾气污染控制具有技术含量高、易于规模控制和见效快的特点，应该放在目前重中之重的治理位置。

(2) 切实做好燃煤烟气脱硫、脱硝和除尘工作。燃煤电厂烟气排放新标准已经相当严格，采用的除尘脱硫脱硝技术联用给企业带来不小的成本压力。在2013年1月京津冀霾污染期间的观测结果表明，PM2.5中硫酸盐浓度发生了爆发性增长，并且一直居高不下，表明冬季燃煤取暖和工业燃煤的叠加，给环境带来了空前的压力。虽然目前烟气脱硫技术已经普及，但SO₂排放仍在高位运行，远未达到根本控制，有必要对环保技术的应用状况进行调查，发现可能出现的漏洞环节要及时补救，发现违规排放要依法惩治。此外，要尽快推广烟气脱硝技术，遏制NOx排放继续上升的势头，完成“十二五”末消减NOx排放总量10%的约束性指标。

(3) 对工业废气污染控制，应该加快立法和新技术研发。工业(工业锅炉、石油化工、金属冶炼、水泥玻璃等行业)是一次颗粒物和二次颗粒物前体物(SO₂、NOx、VOCs等)的重要来源。由于各行业所需环保技术和成本承受能力各异，废气排放控制立法和技术研发进度参差不齐，建议加快工业行业废气排放控制立法工作，重点研发一批PM2.5及其前体物联合控制技术并推广应用。另外，通过废气排放控制立法也有利于利用市场手段鼓励先进产能，淘汰落后产能，促进产业升级。

(4) 农业区应加强NH3排放的控制，减少生物质的无组织燃烧。NH3排放对于污染物气粒转化及颗粒物吸湿增长致霾具有极大的促进作用，而目前对于农业源NH3排放还缺少相应的控制措施。生物质燃烧排放的颗粒物也是导致霾污染产生的重要原因之一，建议加强大城市郊区的生物质无组织燃烧的管理，开发产业化管理技术。管理方法从限制禁止为主，改变为疏导服务为主，农业面源污染排放的降低才会逐步得到有效的控制。

截止到2010年，中国人口数量已接近14亿，其中超过一半居住在城市。城市化的飞速发展，导致大量能源集中消耗和污染物集中排放。主要体现在机动车数量和燃煤消耗量爆发增长，其次是城市建筑面积的快速增加和道路的扩建。考虑到城市规模大和人口密度高的特殊国情，以及复合污染下单一污染物环境容量下降的情况，中国的每一种大气污染物排放标准，都应该重新审视，制定出比发达国家更加严格的环保标准，并真正执行，才能有效地缓解我国目前严重的大气污染。

在我国以燃煤为主的能源结构近期不可能有太大变化的情况下，应该将大气污染防治纳入国民经济和社会发展规划，作为限制性条件，合理规划各个地区的能源结构，大力实施节能减排，促进资源循环利用，尽可能地增加清洁能源的比重；合理规划产业布局，做到区域间互补；逐步促进产业升级，尽快淘汰落后产能；将环保逐渐转化为创新产业，转变经济增长方式，真正实现可持续发展。在短期内无法大规模调控能源结构的国情下，科学管理尤为重要！严格标准仅是第一步，有法必依，执法必严，违法必究，监管百分百到位，污染才能被遏制在源头。

总体而言，解决大气霾污染问题的最佳途径，第一步是摸清底牌。对现状的认知、评估和趋势预测；第二步是确定基线。明确源头，定量权重，确定控制减排的基准值；第三步是整体规划分步实施。污染源减排要确定总体目标和阶段性目标，做出整体的20—30年长远规划的同时，做好每5年、10年可行的近期规划，避免仅做一个短期难以实现的规划。每一届政府领导，都要负责任期内实现阶段性规划，坚定不移地执行环保政策法规，循序渐进、分步实施，最终使空气质量全面达标。