近日，北京大学讲席教授、大数据分析与应用技术国家工程实验室核心成员陈松蹊院士团队第九份《空气质量评估报告》出炉，通过对污染物进行气象调整，客观评估了分布于“八省三市”的102个城市近9年来六种常规空气污染物（PM2.5、PM10、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧）的污染情况，分析其中可能存在的问题。我们摘选报告的主要内容，用数据为大家解读真实的空气质量变化。
采用数据说明：本报告所使用的污染物数据来自于生态环境部在八省三市（河北、河南、山东、山西、陕西、安徽、江苏全部地级市，内蒙古四市，以及北京、天津、上海三市）的全部“3+99”城市698个监测站点。本报告比报告（八）新增内蒙古四市，研究区域涵盖全国超过40%的人口。报告选取的数据时段为2013年3月至2022年2月。
图1：“3+99”城市区划及其站点分布（△代表空气质量监测站点，•代表气象站点）（图中红色区域为京津冀周边地“2+26”城市，黄色区域为汾渭平原 11 市，蓝色区域为苏皖鲁豫交界地区，绿色区域为长三角地区，灰色区域为区域内其他城市）
总结与建议
（一）春夏臭氧现下降迹象
臭氧浓度在经历了从2013年—2018/2019年的显著上升后，在2020—2021年出现下降的迹象。有89个城市的2021年春夏臭氧浓度低于2019年水平，平均下降8.7微克/立方米（标准差0.54，6.2%）；如果看极端浓度，有87个城市的2021年春夏臭氧90%分位数浓度低于2019年水平，平均下降13.9微克/立方米（标准差0.79，6.9%）。2020年已经出现春夏臭氧下降的苗头，有77（80）个城市低于各自2019年的平均（极端）浓度。
2021年，除内蒙四市外的7省3市春夏八小时臭氧均有改善。相比2020年，上海春夏平均臭氧浓度下降15.9微克/立方米；北京、天津分别改善8.2和6.1微克/立方米；江苏下降5.3微克/立方米，其他省市改善不超过3微克/立方米。
然而冬季臭氧浓度仍在显著增加：相比2020年，2021年有95个城市增加，“3+99”城市平均浓度增加13%（7.8微克/立方米）。尽管冬季臭氧浓度普遍较低，但其继续增加说明生成臭氧的前提物仍然需要进一步管控，上述春夏臭氧的减少是脆弱的。
2015年在“3+99”城市气象调整后的臭氧年平均浓度最高的前十个城市中，山东占其中5个城市，其余有3个在江苏、1个在山西、1个在内蒙古。而2021年浓度最高的前10个城市中除了安徽淮南均在山东，山东应采取有效措施治理臭氧。
（二）臭氧和PM10−2.5成为主要污染物
自2013年开始，通过实施大气国十条所推动的煤改气、散煤治理、燃煤超低排放的防治策略，二氧化硫、一氧化碳和PM2.5的浓度大幅度降低，但臭氧浓度则有显著的上升。尽管过去两年春夏臭氧的上升被遏制，但尚未形成稳定的下降趋势。如图2所示，以春夏臭氧平均浓度为标准，在本报告所涵盖的102个城市中有87个春夏臭氧超标，是六种污染物中最高的。第二突出的污染物是PM10−2.5，有52个城市超标。相比之下作为考核指标的PM2.5超标的城市只有30个。
（三）PM2.5继续显著下降、河南浓度最高
2021年八省三市PM2.5浓度仍保持了下降趋势，与2020年相比北京和天津改善最为显著，年均浓度分别下降了10.2（24.4%）和8.9（17.8%）微克/立方米；陕西和山东次之，年均浓度分别下降4.9和4.8微克/立方米；其余省市在年均浓度上也有一定改善，河北、江苏、河南和山西较2020年分别下降3.4、3.3、3.3和3.0微克/立方米；上海、内蒙四市和安徽下降2.1、1.7和0.6微克/立方米。2021年PM2.5的下降一方面得利于自2014年开始的煤改气、散煤治理、燃煤超低排放和节能改造等举措，也由于经济防缓的影响。华北城市2021季节年年PM2.5的下降也受到冬奥期间管控措施的影响。
图2: “3+99”城市 2021 年超标污染物词云图及各污染物超标情况。城市名称中，绿色代表无污染物超标，黄色代表 1 个污染物超标，橙色代表 2 个污染物超标，红色代表 3 个污染物超标，黑色代表 4 个污染物超标
经过八年治理，八省三市PM2.5污染已有明显改善。与2015年相比，北京改善最为显著，PM2.5累计降幅达58.3%；上海、河北、山东和天津改善次之，分别下降46.3%~44.6%；河南、江苏累计下降39.8%、39.2%；安徽、陕西、内蒙四市和山西改善最低，累计下降29.5%~22.5%。
河南自2017年超过河北后就一直是八省三市最高的，而河北近两年已降到第四高。2021年河南PM2.5年平均浓度达52.3微克/立方米。其他省市年平均浓度都降至50微克/立方米以下，年均浓度从高到低依次为山西（45）、山东（45）、河北（43）、安徽（41）、天津（41）、陕西（41）、江苏（37）、北京（32）、内蒙四市（31）和上海（29）。北京市PM2.5年均浓度已经低于长三角地区的江苏、安徽。
（四）PM10−2.5下降缓慢
尽管过去六年PM10显著下降，但PM10中空气动力学直径大于2.5微米的颗粒物，即PM10−2.5的下降速度远低于PM2.5的下降速度。相较于2015年，“3+99”城市中有18个城市PM10−2.5年均浓度上升，PM10−2.5的平均浓度六年累计降幅只有12微克/立方米（25.1%）。可吸入颗粒物PM10−2.5对呼吸道疾病患者，尤其是哮喘，慢性支气管炎和肺气肿患者可以导致急性发作。2020年，中国慢阻肺（肺气肿及慢性支气管炎两种主要形式）患者数目已经超过1亿人，哮喘患者数目达6千5百万。我们建议加强对地面扬尘，野外生物质或垃圾焚烧，建筑工地和工业源排放的管理，以有效减少PM10−2.5的浓度。
图3：八省三市去除气象因素影响后PM2.5、PM10年平均浓度时间序列（微克/立方米），实线（虚线）代表在 5% 统计学显著水平比上年有（无）显著增加或减少
（五）二氧化硫和一氧化碳
各省市近些年逐渐推行燃煤综合治理和排放改造举措，得益于此，八省三市二氧化硫浓度近八年稳步显著下降，河北、河南、山东、山西较2015年降低75.4%~72.7%；陕西、安徽、江苏和内蒙四市则分别下降56.5%、63.8%、69.6%和47%；北京、天津和上海较2015年分别下降69.6%~65.4%。相比2020年，八省三市二氧化硫浓度仍保持了下降趋势，山西和河北平均浓度分别下降5.3和4.6微克/立方米，降幅分别为26%和31.9%；内蒙四市和山东则分别下降2.3（13.9%）和2.2（15.7%）微克/立方米；其他省市改善幅度则在2微克/立方米以内。
北京在八省三市中二氧化硫浓度最低，年均3.5微克/立方米，比第二低的上海还低2.3微克/立方米。区域性二氧化硫的显著下降是八省三市自2013年大气污染治理的最大亮点，也是区域范围颗粒物浓度显著下降的主要推手。
一氧化碳的下降幅度低于二氧化硫，但同样显著。相比2015年，河北、河南、山东、山西和陕西降低48.7%~43.6%；安徽、江苏和内蒙四市则下降30.1%~20.2%；北京、天津和上海较2015年分别下降47.9%、33.8%和20.7%。相比2020年，八省三市一氧化碳浓度仍有改善，全年平均浓度下降幅度在0.02—0.15毫克/立方米之间，其中河北、山西和北京降幅超过10%，分别为16.3%、10.5%和10.1%，其他省市降幅则在10%以内。截至2021年，八省三市年均浓度均已降至1毫克/立方米以下，北京年均浓度已降至0.62毫克/立方米。
山西和内蒙四市二氧化硫仍有改善空间，其年均浓度分别为15.1和14.3微克/立方米，远高于其余省市（排名第三的山东为11.8微克/立方米，其余省市均不超过10微克/立方米）。山西近七年一氧化碳虽然下降明显，但仍是八省三市中浓度最高的地区，达0.94毫克/立方米。由于一氧化碳也会促进臭氧的生成，我们建议通过有效减少一般工业排放、机动车排放和生物质燃烧来使一氧化碳也有更显著的下降。
（六）二氧化氮首显改善
2021年，八省三市二氧化氮浓度首次发生一致性的改善，河南、河北和陕西改善最为显著，年均浓度下降5.9~5.1微克/立方米（降幅16.7%~13.1%）；山西、安徽、山东改善4.1~3.8微克/立方米（降幅11.7%~10.4%）；天津、江苏和内蒙四市下降3.5-1.7微克/立方米（7.8%~5.5%）；北京和上海只降低1.5（4.4%）和0.4（1%）微克/立方米。
相比2015年，北京二氧化氮年均浓度下降最为显著，累计减少34.9%；河南、河北和山东改善程度次之，分别下降32%~22.4%；江苏、上海、陕西、内蒙四市和安徽也有一定改善，累计下降16.2%~10.6%；天津改善微弱，6年累计下降6.8%；山西浓度不降反升，累计增加0.3%。
2015年，在“3+99”城市二氧化氮年平均浓度排名最高的前十名中，河北、河南分别有4个城市，其余2个城市在山东和江苏。2021年年平均浓度最高的排名前十位中无河南和山东城市，山西、陕西各有3个城市出现在前十位，其他城市是河北唐山、安徽合肥、江苏常州和天津。另外2021年排名前27的城市中有7个省会城市、2个直辖市，这在其它污染物是没有的，侧面说明了机动车排放对二氧化氮浓度的重要影响。
鉴于本研究涉及的国控站点多在城市中心区，其所度量的二氧化氮主要源于机动车排放，故机动车排放的控制应是下一步大气治理的重点。
图4：八省三市去除气象因素影响后二氧化硫（微克/立方米）和一氧化碳（毫克/立方米）年平均浓度时间序列，实线（虚线）代表在 5% 统计学显著水平比上年有（无）显著增加或减少
（七）极端污染
极端污染是衡量空气质量的另一重要标准，如美国环保署的考核指标是对PM2.5日均浓度98%分位数浓度不超过35微克/立方米，8小时臭氧每年第四高日均浓度不超过137微克/立方米。报告给出了各市PM2.5和8小时臭氧的90%分位数浓度，用以衡量污染最严重的10%天数的情况，这比98%分位数是较为宽松的标准，但比均值浓度要严格。
伴随PM2.5均值浓度下降，“3+99”城市90%分位数均值从2015年的130.7微克/立方米下降至2021年的83.1微克/立方米，降幅达36.4%。2021年PM2.5极端污染仍以京津冀及周边地区较重，其中河南和天津90%分位数浓度最高，分别为99.7和99.3微克/立方米；河北、山东和山西极端污染情况次之，分别为89.9~86.1微克/立方米；北京、陕西和安徽略低，介于78.9~74微克/立方米；江苏、内蒙四市和上海则不超过70微克/立方米。
图5：八省三市去除气象因素影响二氧化氮和八小时臭氧（春夏）平均浓度时间序列（微克/立方米），实线（虚线）代表在 5% 统计学显著水平比上年有（无）显著增加或减少
图6：八省三市去除气象因素影响PM2.5和八小时臭氧（春夏）平均 90% 分位数浓度时间序列（微克/立方米），实线（虚线）代表在 5% 统计学显著水平比上年有（无）显著增加或减少
相比2020年，2021年春夏8小时臭氧的90%分位数浓度在安徽和内蒙四市有反弹，分别增加5.7和2.9微克/立方米；其他省市则有所下降，其中以北京、上海和天津降低10.7、22.2和8微克/立方米最为显著。相比2015年春夏，北京和上海分别下降9.5%和15.2%，其他八省一市均无显著改善迹象，其中，安徽和天津春夏8小时臭氧90%分位数浓度分别上升38.7%和20.7%，极端污染恶化最为严重；其他省市则有不同程度的恶化趋势，其中山西和陕西上升明显，分别上升13.9%和10.3%；河北、河南和山东也略有增长，增幅分别为8.7%、6.2%、5.5%；江苏和内蒙四市则无显著改变。
（八）三个重点监测区域污染差异变小
过去几年京津冀及周边地区“2+26”城市、汾渭平原11市以及苏皖鲁豫交界地区均作为生态环境部大气污染治理的重点区域被评估。
图7: “2+26”城市、汾渭平原和苏皖鲁豫交界地区六种污染物年平均浓度时间序列图（一氧化碳的单位为毫克/立方米，其余污染物的单位为微克/立方米）
2021年均浓度上，PM2.5、二氧化硫、一氧化碳和二氧化氮“2+26”城市和汾渭平原污染各有高低差距不大；PM10污染以汾渭平原污染程度最高，“2+26”城市次之；春夏八小时臭氧则以“2+26”城市最高，汾渭平原次之；苏皖鲁豫交界地区在六污染物中均为浓度最低，且在颗粒物和二氧化氮污染上显著优于“2+26”城市和汾渭平原。
相较2015年，PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮四污染物均以“2+26”城市改善最大，降幅分别为43.6%、39.6%、76%、28.9%；PM2.5、PM10和二氧化氮以汾渭平原改善最小，降幅分别为26.3%、20.5%、7.9%；二氧化硫则以苏皖鲁豫交界地区改善最小，累计下降71.8%；一氧化碳以汾渭平原改善最大，累计下降52%，苏皖鲁豫交界地区改善最小，累计下降37%。8小时臭氧以汾渭平原恶化最多，六年增加41.6%；苏皖鲁豫交界地区增加较少，六年增加18.6%。
从2015到2021年，三个重点监测区域间的污染差异正逐步缩小。从浓度极差的角度（即三个区域平均浓度最大值与最小值之差），PM2.5，PM10、二氧化硫、二氧化氮和臭氧（春夏）五个污染物的极差分别从20.2、31.5、12.6、11.4、18.7微克/立方米下降至2.7、11.2、1.6、6.8、13微克/立方米；一氧化碳则从0.56毫克/立方米下降至0.12毫克/立方米；只有PM10和臭氧（春夏）的极差相对较大。
PM2.5与臭氧协同污染治理将是三个区域的共同挑战。“2+26”和汾渭平原城市PM10、一氧化碳和二氧化氮污染水平较苏皖鲁豫交界地区仍有差距，可成为未来进一步的工作目标。苏皖鲁豫交界地区虽然在臭氧外的五个污染物有着最低的浓度，但伴随着区域间污染差异缩小，较其他两个区域不再呈现出显著优势，故该地区应保持污染治理力度，确保污染浓度的进一步降低，避免被超越。
（九）提高空气质量“良”的标准
“3+99”城市涵盖中国污染最严重的区域，这些城市的空气质量数据验证了中国的空气质量已有非常显著的改善。我们认为目前以PM2.5为75微克/立方米作为日尺度空气质量“良”的上限过于宽松，建议使用50微克/立方米为空气质量“良”的上限。
我们注意到印度和孟加拉国相应的PM2.5“良”的上限标准分别为60和65微克/立方米，均比中国目前使用的WHO“过渡时期”的初级指标所建议的75微克/立方米严格。我们建议使用WHO“过渡时期”第二级指标所给定的50微克/立方米作为“良”的上限。这样将提高大气污染预警提示的范围，以减少中国公民的长期污染暴露水平。大量科学研究发现长期暴露在PM2.5浓度35至75微克/立方米的空气中会对人体健康造成伤害。随着我国PM2.5的持续下降，提高“良”的标准就更加迫切。我们自2018年的报告就开始这一呼吁，希望能得到管理层的重视。
（a）平均浓度
（b）90%分位数浓度
图8: “3+99”城市2013-2021年平均浓度和90%分位数浓度变化趋势，蓝色区间为“3+99”城市年均浓度10%-90%分位数区间，白色折线为“3+99”城市逐年平均浓度，黑色虚线为第四章设定参考标准，除一氧化碳外污染物浓度单位为微克/立方米，一氧化碳为毫克/立方米
课题组成员：
孙浩轩，北京大学前沿交叉学科研究院硕士研究生
罗山杉，北京大学前沿交叉学科研究院硕士研究生
张馨语，北京大学光华管理学院本科生
詹皓翔，北京大学数学科学学院本科生
林鸿斌，北京大学数学科学学院本科生
陈涵玥，北京大学元培学院本科生
赖弘越，北京大学元培学院本科生
童培峰，北京大学光华管理学院博士研究生
郭斌，西南财经大学统计研究中心、统计学院副教授
陈松蹊，北京大学数学科学学院、光华管理学院、统计科学中心讲席教授，课题负责人
（原题为《陈松蹊团队发布〈空气质量评估报告九〉——“3+99”城市2013—2021年区域大气污染状况评估主要结果》）
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