近年来，由于经济快速发展和城镇化进程的加快，颗粒物、氮氧化物(NO_X)、二氧化硫(SO₂)、挥发性碳氢化合物(VOC_S)等大气污染物排放总量不断增加，在不利气象因素的共同作用下，我国部分地区频繁出现灰霾天气现象，对环境、人体健康、气候、交通和农业生产等方面产生不良影响。本文通过文献调研，分析灰霾天气的成因及其影响因素，提出相应的防治对策。

1 灰霾天气定义及其主要成分

灰霾是由大量悬浮颗粒物组成的气溶胶系统，与不良气象条件共同作用形成的一种危害型天气现象^[1]。霾的气象学定义为^[2]：大量极细微的颗粒物的干尘粒等均匀地浮游在空气中，使水平能见度小于10.0 km的空气普遍浑浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色。

灰霾的成分非常复杂，其主要成分是以空气动力学直径小于2.5 μm的细颗粒物(PM_2.5)为主的大气气溶胶^[3]，空气中PM_2.5浓度过高是灰霾天气频发的主要诱因^[4]。PM_2.5主要包括有机碳、炭黑、粉尘、硫酸盐、硝酸盐、铵盐六类物质，其中含碳组分和SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺三种水溶性离子所占比例大于PM_2.5的50%^[5]。当PM_2.5浓度升高时，由于细颗粒物对光的散射作用和吸收效应使大气能见度明显降低，其线性相关系数达0.96^[6]。

根据大气气溶胶形成机制的不同，可将其分为一次气溶胶和二次气溶胶两类，其中二次气溶胶指NO_X、SO₂、VOC_S等一次污染物在阳光照射下经复杂物理、化学过程形成二次颗粒物。二次气溶胶是我国灰霾天气形成的重要成因^[7]，灰霾天气发展时大气中包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐等粒子的二次气溶胶含量迅速增加，对灰霾的形成具有重要作用，其中硫酸盐、硝酸盐两类气溶胶成分对消光作用的贡献在华北地区达40%~50%^[8]，在南京地区甚至高达60%以上^[9]。有研究表明，我国大气中一半以上的PM_2.5是二次气溶胶^[10]。

2 灰霾天气成因分析

目前较为公认的灰霾成因是：各种污染源排放的大气污染物，在特定气象条件作用下，经过一系列复杂的物理、化学过程，形成细粒子，并与水汽相互作用产生大气消光现象^[11]，包括工业废气、汽车尾气、燃煤采暖废气、建筑及道路交通扬尘等在内的人类生产、生活活动排放的大气污染物，当其排放量超过大气自净能力和承载能力时，颗粒污染物浓度将持续升高，如果同时出现静风、逆温、高湿等不良气象条件，则容易出现灰霾天气^[12]。

2.1 大气污染物的大量排放是灰霾天气形成的内因

工业化、城镇化及人类日益增多的生产、生活活动造成大气污染物排放量持续增长是灰霾天气出现频率增加的主要原因^[13]，我国灰霾天气形成时期大致与工业化进程同步。研究发现^[14-15]，1975年以后我国年霾日明显多于1956年—1975年之间，1998年至2013年年霾日更是持续增多，大陆东部大部分地区超过100天，其中部分大城市区域超过150天，灰霾污染的发生与经济活动密切相关；对我国30个省^[16]和112个城市^[17]的相关数据分析发现，工业增加值比重对霾污染和大气中PM_2.5浓度有显著影响。与此同时大气污染物排放量不断提高，以SO₂为例，从1995年到2012年我国排放量增加了13.7%。在京津冀、长三角、珠三角地区该现象尤为突出，三地区约占全国国土总面积的8%，煤炭消耗量、汽柴油消耗量分别占全国的42%和52%，钢铁、水泥产量分别占全国的55%和40%，NO_X、SO₂和颗粒物排放量均占全国的30%左右，单位面积大气污染物排放量是其他地区平均水平的5倍以上。这些大气污染物的大量排放，是导致这三个地区灰霾天气频发的重要原因。

随着生产发展的需要和人们生活水平的提高，近年来我国汽车保有量不断提高。截至2016年6月底，我国汽车保有量达1.84亿辆，较2011年底增加0.78亿辆，汽油消耗量也由2011年的0.77亿吨增加至2014年的1.05亿吨，造成汽车尾气排放量逐年增加。以北京市为例，机动车尾气排放的NO_X、VOC_S、PM_2.5分别占相应类别污染物总量的58%、40%和22%。研究发现：重度霾期间，与机动车尾气排放相关的硝酸盐气溶胶浓度明显增高^[7]；机动车保有量对灰霾污染和大气中PM_2.5浓度有显著影响^[16-17]。

我国北方很多地区冬季采用燃煤方式进行取暖，由于热效率低和房屋保暖性能差等原因，造成煤炭消耗量和污染物排放量明显增多。根据《中国采暖炉具行业发展报告(2016)》相关数据^[18]，我国约有9 300万户农村家庭冬季采取分散式取暖，其中约6 600万户采用燃煤方式取暖，散煤年用量约2亿吨，其中灰分和硫分含量高的劣质散煤近80%，节能环保炉具普及率仅占23%。据推测，散煤直燃的污染物排放量是同等重量燃煤工业锅炉燃烧污染物排放量的10倍左右。

工业废气、汽车尾气、燃煤采暖废气等污染物排放除直接增加大气中颗粒物含量外，废气中所含NO_X、SO₂、VOC_S等污染物还可在特定条件下转化为硝酸盐、硫酸盐等较稳定的二次颗粒物，导致二次气溶胶的生成，使原本就很严重的大气污染状况变得更为复杂，进一步加重灰霾天气^[19]。

建筑施工和道路交通扬尘对灰霾天气的形成也发挥一定作用，据北京市环保局发布信息，2012年—2013年北京地区大气中PM_2.5年均有14.3%来自于城市扬尘^[20]。对我国2003年—2013年30个省的相关数据分析发现，城市建筑施工对霾污染有显著影响^[16]。

近年来，我国PM_2.5浓度一直在世界范围内处于较高水平，环境容量较小，利于灰霾天气的形成。根据美国航空航天局发布的2001年—2006年全球平均PM_2.5浓度卫星遥感图分析^[21]，全球大部分地区年均PM_2.5浓度小于10 μg/m³，我国PM_2.5浓度居世界前列，中东部地区污染程度更为严重，特别是华北平原PM_2.5浓度水平位居全球首位，平均值达80 μg/m³。

2.2 不良气象条件和地形地貌是灰霾天气形成的重要外因

大气环流异常导致静稳天气(静稳天气指近地面大气层大范围出现气压场均匀稳定、静风或风速较小的天气超过24 h)增多，有利于灰霾天气形成及其程度的加重。冬季影响京津冀地区的主要大气环流因子是西伯利亚高压和东亚冬季风，在出现厄尔尼诺现象的年份，西伯利亚高压和东亚冬季风减弱，冷空气难以向南延伸，容易出现静稳天气。一旦出现静稳天气，则大气边界层污染物的稀释扩散运动将受到明显抑制。气象监测资料显示：2015年发生1998年以来最强的厄尔尼诺事件，使我国北方地区冬季频频出现静稳天气，灰霾污染事件频发。2016年厄尔尼诺切换为拉尼娜状况，延续了气候异常，秋冬季冷空气较常年明显偏弱，湿度偏高，地面风速偏小，大气中层温度偏高导致逆温现象偏重，大气扩散能力降低，导致12月份多次发生重度灰霾过程。此外，近地大气中颗粒物积聚使太阳辐射更多地经反射、散射过程返回外空间，到达地面的辐射能量减少，进一步促进静稳天气的形成，甚至导致逆温现象发生^[22]。

正常情况下，大气温度随高度升高递减，高度每增加100 m，气温降低0.65℃，这种特性有利于地面热空气的垂直流动和污染物的从低空向高空的垂直扩散。因辐射逆温、平流逆温、锋面逆温、地形逆温等原因，可在一定范围内出现大气温度随高度升高而升高，即上层气温高于下层气温的逆温现象。逆温条件下，大气处于稳定状态，污染物被阻滞在低空，难以通过垂直运动得以扩散稀释，形成地面空气严重污染，催生灰霾天气形成^[23]。

当空气相对湿度较高时，大气污染物经非均相化学反应生成更多的二次气溶胶^[24]，容易导致灰霾天气发生。高湿条件下，水汽为NO_X、SO₂等气态污染物向硝酸盐、硫酸盐颗粒物转化提供吸附与反应场所，并加剧非均相反应进程，加速二次气溶胶的形成^[25]。2013年1月华北地区重度霾过程相关监测数据显示：在不同时段，相对湿度的变化和PM_2.5地表浓度的变化是相互呼应的，随相对湿度的增减PM_2.5地表浓度发生相应的升降^[26]。有研究表明，颗粒物表面在相对湿度升高时酸化程度提高，可加快气态SO₂向硫酸盐颗粒物转化的进程^[27]和二次有机气溶胶的形成^[28]。王文华等^[29]对京津唐地区的大气颗粒物进行分析发现，霾天颗粒物以富硫颗粒为主，在一定的二氧化硫浓度下，大气湿度越大，颗粒物硫酸盐化现象越明显，生成大量的硫酸铵盐。此外，大量水汽还可使干细粒子吸湿膨胀，提高其消光效率，降低大气能见度^[30]，并延长气溶胶粒子的滞空时间^[7]。

廖晓农等^[31]认为冬季霾过程形成与维持的气象学机制主要为近地面大气层内有逆温层、地面弱风场和底层大气湿度增大。这一观点在多项研究中得到证实，如：高怡等^[26]发现，2013年1月华北地区重度霾过程中，1 km下大气层存在明显逆温层(最大逆温达9℃)，平均风速较历史平均值偏低1 m/s，最大风速较历史平均值偏低3 m/s，相对湿度较历史平均值高20%~40%；对北京、南京、重庆、广州4城市1994年—2013年监测资料分析发现^[15]，较高的相对湿度、低风速、低层大气稳定时更易产生霾日。

不利的地形地貌也是催生灰霾天气的重要原因。如京津冀地区，北侧为燕山山脉，西侧为太行山脉，“弓状山脉”对北方冷空气的阻挡作用和背风坡的气流下沉作用导致污染物难以扩散，加之华北平原弱东南风使污染物和水汽在山前快速积聚，有利于灰霾天气形成^[20]。在四川盆地，由于盆地地形容易导致逆温现象的发生，也使其成为我国四大严重灰霾地区之一^[32]。另外随着城市高层建筑日益增多，由于其阻挡和摩擦作用使风流在经过时水平方向上风力明显减弱、风速降低^[33]，导致大气污染物难以向城市外围扩散，从而在城区范围内造成高浓度污染，这也是除污染物集中排放以外同一区域内大中城市灰霾天气明显多于乡村的重要原因之一^[34]。

3 灰霾天气防治对策

灰霾污染曾在西方国家工业化进程中多次发生，历史上曾经发生过比利时马斯河谷烟雾事件、美国多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件等多起恶性烟雾污染事件，特别是1952年发生的伦敦烟雾事件，造成12 000多人非正常死亡。西方发达国家通过立法和行政手段，采取调整经济结构与能源结构、发展节能环保技术、加强环境监管与公众监督、推动公共交通等一系列大气污染综合防治措施^[35]，逐步消除了灰霾危害。2014年11月北京APEC会议期间，北京及周边的天津、河北、山东、山西五省市进行区域联防联控，在采取了不同程度的燃煤电力企业停产限产、机动车限行、建筑工地停工等措施后，北京市告别了10月份的多次重度灰霾天气，空气质量持续保持优良等级，北京天空重现一片湛蓝，被人们称为“APEC蓝”。APEC蓝的创举和西方国家烟雾事件治理经验证明，灰霾天气是可以治理的。

灰霾天气成因分析提示，大气污染物的大量排放是灰霾天气形成的内因，不良气象条件和地形地貌是灰霾天气形成的重要外因，外因具有一定程度的不可控性，而污染物大量排放这一内因是可控的，治理大气污染是解决灰霾问题的根本途径。根据灰霾天气成因及国内外相关防治工作经验，提出以下防治对策。

3.1 加强环境保护法律、法规、标准体系建设，切实加大产业政策引导力度，推行绿色发展理念

以新修订的《环境保护法》、《大气污染防治法》正式实施为契机，进一步加快相关配套法规、规章、标准、规范的体系建设，加大环境污染违法行为的处罚力度，大幅提高环境污染的“违法成本”，切实解决违法成本低、守法成本高的问题，促使高污染高能耗企业主动采取环保节能措施，推动产业结构调整和经济转型升级。全面实施污染物排放总量控制制度，完善大气污染物排放指标有偿使用和排污权交易制度，运用市场机制降低污染物排放量。

各地各级政府通过采取税收、财政、信贷、物价等政策层面的倾斜和引导措施，从产业结构调整、区域经济布局、基础设施建设和技术进步等方面着手，引导企业开发低碳技术、发展低碳生产，推进低碳经济发展。积极调整产业结构，通过拓宽清洁能源产业筹资渠道、加快核心自主技术研发、发展延伸产业服务等方法，对风能、太阳能等清洁能源产业进行倾斜，加快其产业发展，从源头降低煤炭、石油等传统能源的消耗及其污染物的排放。

3.2 控制燃煤废气、汽车尾气、扬尘等大气污染物排放量

据《BP世界能源统计年鉴》(2016) 相关数据^[36]，2015年中国占全球能源消费量的23%(中国GDP占全球GDP总量的15%)，煤炭在中国一次能源消费中的占比为64%(全球范围内煤炭在一次能源消费中平均占比为29%)，中国单位GDP能耗和煤炭在一次能源消费中占比明显高于全球平均水平。由于不同能源污染物排放系数不同，煤炭燃烧产生的灰霾组成物质明显高于其他一次能源^[16]，这是我国灰霾污染程度明显高于全球平均水平^[13]的重要原因。有研究表明，煤炭消耗量与灰霾污染程度高度相关，燃煤污染在京津冀地区PM_2.5的来源中占34%^[37]，2003年—2013年我国30个省相关数据也显示煤炭在一次能源消费中的占比对灰霾污染有显著影响^[16]。因此控制燃煤污染物排放对于治理灰霾天气有重要意义。应深入贯彻实施煤炭消费总量控制制度，积极调整能源结构，努力降低煤炭在一次能源消费中的比例。积极推行煤炭洗选加工，限制高硫分、高灰分煤炭开采。严格执行火电、水泥、钢铁、冶金等重点行业技术标准和污染物排放标准，积极研发并推广工业脱硝、脱硫、除尘等污染物防治技术和多种污染物协同治理技术，降低颗粒物、NO_X、SO₂、VOC_S等大气污染物的排放总量。加快城市集中采暖建设，集中供热管网覆盖地区禁止新建分散供热锅炉，淘汰超标排放的燃煤锅炉。在冬季燃煤采暖的北方农村地区，禁止销售劣质散煤，推广优质无烟煤和环保节能炉具。

近年来，汽车保有量的快速增长及与之相伴随的车辆通行不畅导致汽车尾气排放量大幅增加和城市空气质量下降，因此要采取行政与经济手段合理控制燃油机动车总量，实行公交优先战略，大力发展城市公共交通，提高公交出行比例，限制小汽车的使用率。科学规划城市道路设施，保障自行车道和人行道的连续和畅通，开展自行车免费租借服务，引导低碳环保出行模式的形成。加强道路和停车设施的建设，提高道路通行能力，减少因汽车怠速和低速行驶造成的大量尾气排放。全面推广车用燃油国五标准，严格成品油质量监督，严厉打击生产、销售劣质油品的行为。启用更严格的机动车尾气排放标准，尽快强制性淘汰黄标车，通过财政补贴、减免税费等政策倾斜大力推进以液化气、电力为能源的新型环保汽车的使用。

加强对建筑施工工地的管理，施工工地应设置围挡以限制扬尘播散，并通过采取分段作业、择时作业、洒水降尘等措施减少扬尘产生。施工场所的道路、作业区应进行路面硬化处理；城区内施工应使用预混混凝土，严禁现场制备混凝土和砂浆；煤炭、水泥、沙土等易产生烟尘的物料应密闭保存或设置高于堆放高度的遮蔽围挡，建筑土石方、工程渣土、建筑垃圾应及时清运，临时堆放的应和物料采取同样措施进行遮蔽。

为减少道路交通扬尘的产生，应保持道路清洁，增加城区道路洒水和冲洗路面的频率，道路清扫时应采用机械化清扫方式，进行道路施工时应尽量减少道路开挖面积和裸露时间。强化道路两侧的绿化并扩大周围绿地、湿地、水面面积，减少烟尘传播及其滞空时间。运输散装物料应使用密闭车辆和能够有效防治物料撒漏的车辆，并按照规定路线、规定时间行驶。

3.3 建立健全重污染天气监测预警体系，实行区域大气污染联防联治

建立灰霾天气预警预报体系，强化灰霾预测技术研发和业务平台建设，加强环保、气象等多部门之间的协作，建立跨部门信息共享与磋商机制，增强污染物排放和不良气象条件等风险信息研判和预警能力，及时发布预警信息，为动态调控各种应急处置措施提供决策技术服务。建议卫生部门加强与环保、气象部门的信息共享，在环保部门空气质量指数(AQI)的基础上推出空气质量健康指数(AQHI)^[38]，综合评估PM_2.5等大气污染物的健康危害程度，指导公众采取有效的健康防护措施来预防、控制空气污染造成的健康危害。

大气污染物在大气环流作用下可从一个地方输送到另一个地方导致区域性污染，在京津冀、长三角、珠三角地区部分城市，颗粒物、SO₂、NO_X的外来污染源贡献率分别达30%~40%、12%~20%、16%~26%^[39]，京津冀及周边地区也经常同时出现重污染天气，我国2003年—2013年30个省的相关监测数据也显示灰霾污染程度在地域上呈现高—高聚集现象^[16]，因此单个城市独自采取措施治理灰霾难以达到理想效果，必须推动区域联防联治，建立长期稳定的区域协作机制，统筹区域污染治理和区域联动应急响应。

3.4 加强个人防护，预防控制灰霾天气健康危害

灰霾中悬浮颗粒物的粒径和成分是决定其健康危害的关键因素，特别是PM_2.5可以深达肺泡并进而进入血液循环，可导致呼吸系统、循环系统相关疾病的发病率、病死率的提高，PM_2.5上吸附的多环芳烃、重金属等有害因子还可导致肿瘤、智力发育障碍等其他疾病的发生^[40]。全球疾病负担评估项目研究显示，PM_2.5已成为我国第四位健康危害因素，2010年我国有120万人的死亡与PM_2.5污染有关^[41]。因此，加强个人健康防护对于预防控制灰霾天气和PM_2.5的健康危害至关重要。首先，减少户外活动时间，紧闭门窗。保持门窗紧闭可减少室外PM_2.5向室内的渗透并降低室内PM_2.5浓度^[42]，因此灰霾天气条件下公众特别是老人、儿童、呼吸系统疾病患者、心脑血管疾病患者等高危人群应尽量减少户外活动时间，紧闭门窗并减少通风换气时间，进行通风时应注意避开早晚等灰霾高峰时段。必需外出时，应尽量选择公交出行方式，不骑自行车、不开私家车，减少PM_2.5等大气污染物的吸入量，并为减少污染物的产生做出自己的贡献。其次，科学佩戴防霾效果较好的口罩。有研究表明，科学佩戴口罩可减低对颗粒物的暴露程度，改善心血管疾病症状^[43]。但不是所有口罩都有PM_2.5防护效果，中国消费者协会2013年对37款市售口罩的测试结果显示^[44]，仅有不足30%的口罩具有较好的防霾效果且佩戴舒适。购买口罩时应选择有较好的防霾效果、呼吸阻力小、与自己脸型匹配的型号，佩戴时应注意保持口罩与面部的密合性。最后，科学饮食，提高机体抗霾能力。灰霾天气时，宜选择清淡且富含维生素的饮食，少吃刺激性食物，多喝水，多吃具有清肺化痰功能的水果和富含维生素D的食品，并可适当食用具有抗氧化作用的营养品以减轻颗粒物导致的心肺健康损害^[45]。

灰霾天气的形成是大气悬浮颗粒物污染与不良气象条件共同作用的结果，其成因虽然复杂，但仍然是可以防控的，减少污染物排放量是治理灰霾的根本策略。灰霾防治是一项系统工程，需要提高全民的防治素质和责任意识，需要各级政府和各行各业的通力协作，依靠法制化管理和科技进步，经过一段较长时间的综合治理，才能取得根本成效。