湖南省城市霧霾災害形成機理及治理模式

劉蘭芳，譚秉霖

(1.衡陽師范學院 城市與旅游學院，湖南 衡陽 421002；2.長沙理工大學 經(jīng)濟與管理學院，湖南 長沙 410076)

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，城市脆弱性增強，致災因子多樣，災害風險性增大[1]。城市霧霾災害作為典型的城市災害已嚴重影響城市居民的健康與城市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，因此，城市霧霾災害形成機理及治理途徑引起學術界的充分關注[2-4]。許多發(fā)達國家很早就遭遇過霧霾災害。1943年，美國洛杉磯出現(xiàn)的“光化學煙霧事件”，可以說是世界上最早的霧霾災害。1952年12月爆發(fā)的“倫敦煙霧事件”，使得4700多人因呼吸道疾病而死亡，此次霧霾災害成為20世紀十大環(huán)境公害之一[5]。霧霾災害給發(fā)達國家經(jīng)濟發(fā)展造成極大的沖擊，迫使一些發(fā)達國家較早關注霧霾災害形成機制，并痛下決心治理霧霾。20世紀70-80年代，國外發(fā)達國家的學者開始對空氣污染進行研究，他們研究得出石油工業(yè)發(fā)展和機動車輛的使用等能源型污染是霧霾形成的直接原因，為此提出控制大氣污染是治理霧霾的有效途徑[6-7]。國內(nèi)多數(shù)學者研究認為中國城市霧霾災害與廢氣污染物排放有關，且氮氧化物和煙(粉塵)是引起霧霾污染發(fā)生的重要原因，提出減少煤炭消費、增加清潔能源使用是霧霾治理的主要措施[8-10]。

無論是國外還是國內(nèi)，對霧霾形成機理進行了許多研究，也采取了一些措施治理大氣污染，但城市霧霾現(xiàn)象依舊存在，部分城市甚至有加重趨勢[11]。城市霧霾災害的形成受到多種因素的影響，應系統(tǒng)深入研究其形成機理，尋找綜合高效的治理途徑。綜觀國內(nèi)城市霧霾研究成果，研究側(cè)重于國家尺度，研究區(qū)域集中在經(jīng)濟發(fā)達的京津冀[12]、長三角[13]、珠三角等地區(qū)[14]，但霧霾災害形成受到地域的影響，各地霧霾形成的影響因素不同，其治理措施不能千篇一律。湖南省地處中國中南部，其地形特征不同于京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。近年來，湖南省城市霧霾災害頻頻出現(xiàn)，如何防控城市霧霾災害已成為湖南省經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及城市和諧發(fā)展面臨的重大問題之一。本文通過系統(tǒng)深入研究城市霧霾災害的形成機理并提出有效防控城市霧霾災害的對策，為湖南省制定針對性的城市防災減災體系、節(jié)能環(huán)保乃至城市發(fā)展提供決策參考。

1 湖南省城市霧霾災害形成機理

從天氣學角度，“霧霾”是一種發(fā)生在近地面大氣中的天氣現(xiàn)象[15]，其中“霧”是指大量微小水滴浮游空中，水平能見度小于1 km的天氣現(xiàn)象，“霾”一般指是大量極細微的顆粒物浮游在空中，使水平能見度小于10 km、呈黃色或灰色混濁的天氣現(xiàn)象，兩者的共同之處是水平能見度低，形成條件是空氣中有足夠的凝結核，也就是需要充足的水汽與顆粒物質(zhì)。

1.1 企業(yè)排放的煙(粉)塵是霧霾形成的物質(zhì)基礎

霧霾實際上是出現(xiàn)在近地面空氣層的凝結現(xiàn)象，其形成首要條件必須有充足的凝結核。眾多研究表明廢氣與粉塵是霧霾形成的物質(zhì)基礎，尤其是細小顆粒物質(zhì)PM2.5霧霾天氣的“元兇[16-17]。因此“PM2.5年均值(ug/m3)”也被一些學者稱為“霧霾指數(shù)”。不同國家采用的PM2.5標準值不同，世界衛(wèi)生組織(WHO)確定的PM2.5標準值年均濃度為10 ug/m3。中華人民共和國環(huán)境保護部發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》規(guī)定PM2.5濃度二類二級閾值是35 ug/m3。若按這個標準，湖南省14個地級城市2015-2016年PM2.5年均值均超標(表1)，其中長沙、株洲、湘潭、衡陽、邵陽、岳陽、常德等7個地級城市的PM2.5年平均濃度高出全國平均值(46.7 ug/m3)，均遠遠超過WHO確定的標準與國家二級標準。2016年湖南省PM2.5年平均濃度為46.2 ug/m3，PM2.5年平均濃度在全國排名第9位，可見湖南省PM2.5濃度大。湖南省PM2.5濃度大與其以原煤為主的能源結構息息相關(表2)。由表2看出，自2001年以來，湖南省能源消費一直以原煤為主，且占比在58%以上。原煤燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等就是PM2.5的主要來源，從而為湖南省霧霾天氣的形成創(chuàng)造了物質(zhì)條件。特別是2010-2013年原煤消耗巨大，致使2012年湖南省長沙市10月2-12日出現(xiàn)一次持續(xù)性霧霾天氣，2013年共發(fā)生霧霾天氣142 d。另外，機動車輛的迅速增長以及城市建筑施工頻繁也是霧霾災害形成的重要物質(zhì)基礎。

表1 湖南省2015-2018年PM 2.5濃度值(ug/m3)Tab.1 The density of PM 2.5 in Huan Province from 2015 to 2018

表2湖南省2001-2016年能源消費總量及構成Tab.2 The total energy consumption and its composition in Huan Province from 2001 to 2016

表3 湖南省2015-2018年霧霾數(shù)量統(tǒng)計Tab.3 Statistics of urban fog-haze disaster in Huan Province from 2015 to 2018

1.2 氣象條件與地形特征是霧霾災害形成的誘因

以煤為主的能源消費結構為霧霾形成提供物質(zhì)基礎，而霧霾能否在一定的時空條件對城市發(fā)展造成破壞性的影響，還取決于氣象條件是否利于PM2.5等大氣污染物在近地面積聚[18-19]。湖南省屬于亞熱帶季風性氣候，冬季寒冷，近地面溫度低，空氣對流運動弱，同時受到北來的冷高壓影響，風速小，容易造成各種大氣污染物在近地面積聚，誘發(fā)霧霾災害頻繁出現(xiàn)。從歷年湖南省氣象觀測與環(huán)境監(jiān)測可知，冬季霧霾數(shù)量在30 d以上，尤其是1月霧霾頻率最大，而夏季(6-8月)由于地面溫度高，對流旺盛，難以造成大氣污染物在近地面聚集，發(fā)生霧霾災害的概率極小(表3)。

山地丘陵對氣流運行有一定的影響，一般而言，冷空氣遇到山地丘陵時，停滯受阻導致逆溫層的出現(xiàn)，從而利于霧霾天氣的形成。湖南省地形以山地丘陵為主，東、西、南三面環(huán)山，中部盆地丘陵廣布，北部是寬廣的洞庭湖平原。每年冬季，北來的冷空氣從洞庭湖平原長沖直入，進入中部盆地丘陵區(qū)，被南部的高大山地阻擋，停滯不前，使得中部氣層穩(wěn)定，大氣污染物難以擴散，成為霧霾的重災區(qū)。歷史霧霾統(tǒng)計資料表明，位于湖南中部的長沙、株洲、衡陽、邵陽等成為霧霾多發(fā)的城市。

1.3 城市綠色發(fā)展理念薄弱加劇了霧霾災害

綠色發(fā)展已成為當今世界的重要趨勢,其理念是以人與自然和諧發(fā)展為價值取向，以低碳循環(huán)為主要原則，以環(huán)境保護為核心。城市發(fā)展過程中只有遵循綠色發(fā)展理念，才能減輕環(huán)境污染，反之，就會加重城市環(huán)境污染，誘發(fā)霧霾災害的發(fā)生。綠色發(fā)展理念較弱正是湖南省城市霧霾災害發(fā)生的另一誘因。綠色發(fā)展理念薄弱主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是城市居民缺乏綠色出行的意愿。問卷調(diào)查與訪談得知：擁有私家車的居民出行時都是自己駕車，幾乎沒有人士愿意乘坐公共交通出行，同時選擇與他人拼車外出的人員也較小。沒有私家車的人員出行方式絕大多數(shù)是盡可能乘坐出租汽車，僅5%的人員選擇與他人拼車外出。筆者實地考察長沙、衡陽、郴州等城市高鐵站，發(fā)現(xiàn)盡管出租車眾多，但由于絕大多人員不愿意拼車，還是不能及時滿足流動人員的出行需求。由此可見，城市居民外出交通方式選擇愿意，造成城市交通壓力，加劇了汽車尾氣的排放量，致使城市PM2.5濃度超標，霧霾災害頻發(fā)。

二是企業(yè)與居民主動節(jié)能減排意向有待加強。隨著人們生活水平的提高，追求美好生活的欲望越來越強，冬季取暖夏季防暑，各家各戶都擁有數(shù)臺空調(diào)，缺乏從節(jié)能角度控制空調(diào)溫度。盡管相關部門建議大家夏季空調(diào)溫度不得低于26℃，但夏季將空調(diào)溫度設置為18℃的人員比比皆是。寒冷的冬季，居民能源損耗更大，許多辦公室既開空調(diào)又使用高功率的取暖器。一些中小企業(yè)因資金短缺與追求企業(yè)經(jīng)濟效益的原因，不能按照環(huán)保要求進行清潔生產(chǎn)。更有甚者，躲避環(huán)保部門的督查，晚上偷偷大量排放“三廢”。正是由于城區(qū)整體節(jié)能減排意向差，造成大氣污染嚴重，霧霾災害屢屢發(fā)生。

三是城市建設過程中存在舊城改建，規(guī)劃不當、重復建設等現(xiàn)象。一些建筑單位為了減少成本，追求利益最大化，在運輸建筑材料與建筑垃圾的過程中，存在裝載過滿，車輛未密封運輸?shù)炔灰?guī)范現(xiàn)象；也有一些施工單位在施工場地沒有按照行業(yè)規(guī)范安置防塵設施；還有少數(shù)施工場地未能及時清理建筑土方與垃圾，或者未采用密閉式防塵網(wǎng)遮蓋等等。這些不規(guī)范的施工操作導致建筑材料與灰塵等沉積在地面，當車輛經(jīng)過或工人路過時，這部分固體物質(zhì)被擾動而反復揚起，多次沉降，重復污染，致使空中PM2.5、PM10等顆粒物質(zhì)增加，成為霧霾災害的主要致災因子。

2 湖南省城市霧霾災害治理措施

城市霧霾災害治理已經(jīng)引起政府部門的高度重視，也成為城市發(fā)展戰(zhàn)略決策的重中之重，但目前城市霧霾治理的實績卻不樂觀。這說明霧霾災害治理是一項長期復雜的實踐過程，需要在探究霧霾災害形成機理基礎上，尋找科學的治理模式。如前所述，湖南省城市霧霾災害是燃煤排放污染物在特定的氣象條件與地形地貌結構共同影響下的產(chǎn)物。氣象條件是人類無法控制的，而地形地貌結構也是難以大范圍改變，那么改變能源結構，降低煤的消耗就成為城市霧霾災害治理的重要選擇。改變能源結構，降低能耗既要從城市內(nèi)部入手，又要與其它區(qū)域合作，同時還需要企業(yè)降低能耗，也要城市居民具備節(jié)能減排的行為能力。因此，湖南省城市霧霾災害治理模式可從企業(yè)科學技術治理模式、區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新治理模式、城市政府霧霾治理主體責任模式以及城市居民參與治理模式四個方面構建(圖1)。

圖1 湖南省城市霧霾治理模式Fig.1 Management model of urban haze in Hunan Province

2.1 企業(yè)科學技術治理霧霾模式

企業(yè)科學技術治理霧霾模式的行動主體是企業(yè)組織。企業(yè)組織是污染物排放的主力軍，只有企業(yè)降低了污染物排放，才能提高霧霾治理的有效性。這要求企業(yè)不要只顧短期經(jīng)濟效益，而要注重長遠利益尤其是環(huán)保效益。企業(yè)應采取技術革新，加大資金投入進行生產(chǎn)工藝更新，促進產(chǎn)業(yè)向中高端發(fā)展。企業(yè)要加大投資進行科學技術研究，引進創(chuàng)新型人才，提升科學技術水平，提高企業(yè)能源利用效率，從而降低能源消耗強度，對污染超標、效率低下、市場競爭力弱小的生產(chǎn)工藝要堅決清出市場，徹查原有和擴建的燃煤供熱鍋爐房的數(shù)量和規(guī)模，無條件拆除已有的高耗能、高污染的傳統(tǒng)燃煤供熱鍋爐房，關閉不符合供熱專項規(guī)劃要求的燃料設施。積極推廣清潔能源的使用，充分利用光能，通過集中供暖、熱力、熱氣管網(wǎng)和電力輸送系統(tǒng)的建設，建立高強度的電網(wǎng)設施節(jié)約煤炭消費、減少污染物的排放。此外，企業(yè)最高決策者的要有強烈的節(jié)能減排意識，積極主動地利用清潔能源。目前企業(yè)以煤為主的能源消費結構是湖南省霧霾致災因子PM2.5與PM10的主要來源，減少煤的消費量就能降低PM2.5與PM10的濃度，那么調(diào)整能源結構是控制PM2.5與PM10濃度超標的最有效的途徑。清潔能源作為能源結構乃至整個經(jīng)濟結構調(diào)整的依托之一，將成為經(jīng)濟增長的新支點[20]，也是控制環(huán)境污染的重要途徑。

2.2 區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新治理霧霾模式

區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新治理模式的行動主體包括城市屬地政府與鄰地政府。霧霾災害是大氣污染物積聚，而大氣污染具有獨特的流動性，因此城市霧霾僅靠城市自身防控，其效果欠佳，必須充分發(fā)揮鄰近區(qū)域治理霧霾的作用，走區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新治理模式。這就需要各個城市政府部門打破地方保護主義，加強協(xié)調(diào)交流，創(chuàng)建信息共享、交流順暢的協(xié)同創(chuàng)新治理平臺，開展城市霧霾治理研究，根據(jù)不同城市經(jīng)濟發(fā)展特點的差別，制定針對性的霧霾治理具體措施，充分發(fā)揮各個城市治理主體的運作效能，以實現(xiàn)城市霧霾災害治理整體性與具體性的高效統(tǒng)一。

2.3 城市居民參與霧霾治理模式

城市居民參與治理模式的主體者包括社會組織、科研機構以及普通群眾等。城市霧霾的治理涉及內(nèi)容繁雜，從生產(chǎn)作業(yè)到生活方式的轉(zhuǎn)變，從發(fā)展模式到文化觀念的轉(zhuǎn)換，其不僅是經(jīng)濟、環(huán)保與社會層面的問題，更是一個根本性、全局性的問題，因而需要社會各方的支持。首先，城市居民要提高綠色發(fā)展意識。綠色發(fā)展已成為當今世界的重要趨勢,其理念是以人與自然和諧發(fā)展為價值取向，以低碳循環(huán)為主要原則，以環(huán)境保護為核心。城市發(fā)展過程中只有遵循綠色發(fā)展理念，才能減輕環(huán)境污染，反之，就會加重城市環(huán)境污染，誘發(fā)霧霾災害的發(fā)生。正是由于城市居民綠色發(fā)展理念薄弱加劇湖南省城市霧霾災害的頻發(fā)性。為了減少城市車輛尾氣排放，降低霧霾災害風險花性，城市居民應該經(jīng)常選擇公共交通工具，積極響應綠色出行方式。在私家車不斷增多的狀況下，要求城市居民不開車、少開車不是一件容易的事情。為此，城市政府部門要加強積極利用地方電視臺、報刊、自媒體等多種途徑宣講綠色出行的基本常識，發(fā)起綠色出行倡議書活動。只有堅持不懈地宣傳綠色出行的重要性，才能促使人們自覺選擇綠色出行方式，降低車尾氣的排放量。此外，城市居民要自覺遵守政府部門制定的環(huán)境保護相關政策與制度，積極主動地參與到霧霾防治的系統(tǒng)工程當中。

2.4 城市政府霧霾治理主體責任模式

如前所述，城市內(nèi)部綠色發(fā)展理念薄弱是霧霾災害形成的原因，因此城市政府就要承擔霧霾治理的主體責任。城市屬地的政府通過制定城市發(fā)展規(guī)劃，從宏觀層面制定節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，以高新技術產(chǎn)業(yè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)業(yè)?？梢圆扇〗?jīng)濟、法律以及行政等多種手段在霧霾治理的過程中發(fā)揮主導作用。其次，加強對所管轄企業(yè)的技術指導，強化對污染物的檢測與監(jiān)控，建立相關的信息發(fā)布平臺和治理數(shù)據(jù)庫，及時向相關企業(yè)反饋污染物排放數(shù)據(jù)，調(diào)動企業(yè)組織節(jié)能減排的主觀能動性。此外，城市政府部門可以制定、頒布相關政策、問責制度以及獎懲制度，約束企業(yè)組織以及城市居民在霧霾治理過程中的社會責任與行為規(guī)范。通過落實霧霾治理問責制度，對治理主體的業(yè)務績效進行考核，對不達標排放污染物的企業(yè)及相關負責人進行處罰，對積極響應政府號召、創(chuàng)新生產(chǎn)方式、減少污染物排放的企業(yè)及管理人員進行獎勵，從而實現(xiàn)霧霾治理的有效性。湖南省要高度重視能源結構調(diào)整，從城市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，從能源供給側(cè)角度，統(tǒng)籌做好新能源與常規(guī)能源的平衡，因地制宜發(fā)展太陽能、風能、水能、生物能等清潔能源。湖南省地屬亞熱帶地區(qū)，光熱與風能資源豐富，具備太陽能、風能、光伏發(fā)電的優(yōu)勢條件，目前這些清潔能源因投入較大而開發(fā)利用程度不高。為此，各級城市政府部門要加大力度引進資金，對太陽能、風能、生物能等可再生能源進行系統(tǒng)整合優(yōu)化，建立城市分布式能源供應系統(tǒng)，促進能源的綜合梯級利用。對能源供給側(cè)進行重新規(guī)劃，加大對可再生能源基礎設施的建設，加快電網(wǎng)架構建設，提升氣源管線運營能力，保證清潔能源供應的及時性與可靠性。要以推進供給側(cè)改革為主要目標，在化解產(chǎn)能過剩同時提高供給質(zhì)量和效率，要通過市場化的手段徹底淘汰高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和優(yōu)化升級，以推動制造業(yè)智能化、綠色化、服務化發(fā)展為著力點，提高能源供給質(zhì)量，實現(xiàn)霧霾安全治理目標。

3 結論

湖南省各個城市均出現(xiàn)了霧霾災害，尤其是冬季霧霾災害發(fā)生頻率最高。霧霾災害反復出現(xiàn)，其直接原因是大氣中PM2.5等顆粒物質(zhì)以及有毒氣體濃度嚴重超標。這些物質(zhì)濃度超標與企業(yè)科技水平與生產(chǎn)工藝、城市綠色發(fā)展理念息息相關。具體來說就是企業(yè)欠規(guī)范、低水平的生產(chǎn)工藝以及以煤為主的能源結構導致其煙(粉)塵排放量大。因此，積極發(fā)展清潔能源是湖南省治理霧霾災害的關鍵所在。此外，綠色發(fā)展理念薄弱對霧霾災害形成起著強化作用。2018年以來，湖南省強化了“兩型社會”建設理念，霧霾災害有所緩解，正說明了節(jié)能減排在治理霧霾災害中的積極作用。霧霾災害治理是一項長期復雜的艱巨任務，需要城市之間區(qū)域合作治理、城市內(nèi)部整體治理、城市企業(yè)科技創(chuàng)新治理以及城市居民積極參與治理等多種模式。只有全社會認識到霧霾風險性，共同踐行節(jié)能減排，才能根治霧霾災害。