近日，由中国科学院院士、北京大学讲席教授、北京大学长沙计算与数字经济研究院首席科学家陈松蹊领衔的环境统计团队发布第十份空气质量评估报告，基于连续8年对全国空气监测站点，尤其是重点监测区域空气质量的数据统计研究，分析PM2.5、PM10、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)和臭氧(O3)六种空气常规污染物的浓度情况，反映了我国区域空气质量变化动态和后续污染治理需注意的问题。
这次报告在去年《空气质量评估报告(九)》的评估城市(京津冀晋鲁豫陕皖苏沪和内蒙古四市)的基础上增加了江西省11个地级市，从而将研究范围进一步扩大至九省三市的“3+110”个城市、770个空气监测站点，由此，研究区域涵盖了全国超过40%的人口。报告基于2013年3月到2023年2月共十年的监测数据，沿用前九份报告的统计学方法，对污染物浓度进行气象调整，剔除气象因素的影响，并在研究中剔除了春季期间沙尘天气对以PM10为主的六种污染物浓度影响，以最大程度地评估空气污染物的真实变化情况。
在这份86页的报告中，“反弹”成为一个高频词，先后出现了70次，多项指标显示，2022年(季节年，下同)没能延续近些年的向好趋势;各地区在不同污染物的治理成效上，也体现了明显差异，出现分化。中国空气污染治理这场长跑，尚处于焦灼而关键的时刻;后疫情时代，生产生活的恢复也带来空气污染“抬头”的趋势，如何在发展的同时保护生态、优化环境，是我们每个人不可回避的责任。
报告内容摘要
一、“反弹”成2022年空气污染高频词
2022年，PM2.5、PM10、二氧化硫和春夏臭氧均出现规模性反弹，涉及污染物种多、涵盖范围广。其中，基于经过气象调整的年平均值统计，PM2.5在北京、陕西和山西三省市反弹，“3+110”城市中有37个城市出现年均浓度上升;PM10在北京、山西、陕西、河南和河北五省市反弹，56个城市出现年均浓度上升;二氧化硫在上海、山东、河南、天津、江苏、北京、河北和陕西八省市反弹，63个城市出现年均浓度上升;春夏八小时臭氧在上海、江西、陕西、江苏、安徽、河南、北京和山东八省市反弹，“3+110”城市中有78个城市出现年均浓度上升。从极端污染情况看，PM2.5的年均90%分位数浓度在北京、山西、陕西三省市反弹，35个城市出现90%分位数浓度上升。春夏八小时臭氧的90%分位数浓度在北京、上海、河南、山东、江苏、陕西、江西七省市反弹，有66个城市出现90%分位数浓度上升。
图1：九省三市去除气象因素影响后PM2.5和八小时臭氧(春夏)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
三省市PM2.5反弹
北京、陕西和山西2022年PM2.5年均浓度均出现了反弹回升的情况，这是自2015年以来不多见的。其中，北京和陕西的年均浓度分别上升了3.2(10.2%)和3(7.2%)微克/立方米;山西小幅上升了0.6(1.2%)微克/立方米。天津、河南和江西PM2.5浓度虽未反弹，但基本比2021年未有改善。河南、山西和陕西的降幅在10%以内。
这次 PM2.5浓度反弹主要发生在冬季，相较于 2021 年冬季，华北地区、陕西、河南、山西和山东均出现浓度上升的情况，其中，北京、天津、陕西、河南、山西、山东和河北的浓度分别上升了 8.7(28.4%)、8.2(17%)、10.4(16%)、11.7(15.1%)、8.4(14.6%)、7.1(11.5%)和 4.7(9.1%)微克/立方米。除此以外，北京和陕西在其它三个季度也出现较大反弹。整体来说，2022 年 PM2.5的反弹受到取消疫情管控、恢复生产生活的影响。另外，由于华北地区在 2021 年(季节年)冬奥会期间实施了管控措施，导致2021年冬季 PM2.5浓度大幅下降，这也导致华北地区各省市 2022 年冬季 PM2.5浓度出现反弹。
五省市PM10反弹 PM10−2.5仍是首要污染物
2022年可吸入颗粒物PM10浓度在北京、山西、陕西、河南和河北五省市出现反弹，自2013 年后少有如此规模的上升。整体上，2022年“3+110”城市PM10年均浓度的增幅均值为1.5%。从纵向排名来看，2022年PM10年均浓度排名前三的省市分别是山西、河南和陕西，均不低于88微克/立方米。PM10在这五个省市的反弹原因主要来自于两方面，一是PM2.5的显著上升或下降放缓，二是PM10−2.5(指PM10中空气动力学直径大于2.5微米的颗粒物)的增加，相较于2021年，共有64个城市的PM10−2.5年均浓度上升，这导致“3+110”城市的年均PM10−2.5浓度平均上升2.4(7.6%) 微克/立方米。PM10−2.5与臭氧已成为当前的两个主要污染物。
可吸入颗粒物PM10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易产生不利影响，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。因此，我们建议加强对工业源排放、建筑工地、地面扬尘、野外生物质和垃圾焚烧的管理，以有效减少PM10−2.5的浓度。
图2：九省三市去除气象因素影响后PM2.5和PM10年平均浓度时间序列(微克/立方米)
八省市二氧化硫首次反弹 一氧化碳持续改善
与PM2.5和PM10在部分省市的反弹相呼应，一改自2015年以来的下降趋势，2022年二氧化硫浓度在八省市也出现了反弹，冬季情况尤为明显。上海、河北、陕西和天津分别增长了25.3%、24.8%、19.8% 和 12.9%;河南、北京、内蒙古四市、山东、江苏和江西的上升幅度在10%以内;仅山西和安徽的二氧化硫浓度有所下降，降幅介于2.9%~3.6%。从春夏秋三季来看，北京、天津、山东、河南、江苏、上海和安徽的二氧化硫浓度已经出现了增长，增幅在1.2%∼4.6%之间。所以，二氧化硫浓度的反弹并非只发生于冬季，尽管2022年二氧化硫浓度整体反弹幅度只有1.7%，但涉及的时间和空间范围较广，打破了原来稳定下降的趋势，值得关注。
2022 年，九省三市中仅上海的一氧化碳年均浓度上升了0.07(9.5%)毫克/立方米，其余省市的一氧化碳浓度均有改善或持平，“3+110”城市降幅均值为5.1%。
两省二氧化氮小幅反弹
2022年，“3+110”城市二氧化氮年均浓度同比下降1.7(5.5%)微克/立方米，上海、安徽和江苏的下降最为明显;与此同时，内蒙古四市和山西的年均浓度则分别反弹了1(3.4%)和0.6(1.7%)微克/立方米。
八省市春夏臭氧上升
2022年“3+110”城市春夏八小时平均臭氧浓度整体比2021年上升了2.9(2.7%)微克/立方米，春夏臭氧90%分位数浓度整体平均比2021年上升2.5(1.7%)微克/立方米，“3+110”城市中有78个城市的春夏臭氧浓度增加。江西、陕西以及长三角地区的江苏和安徽的春夏八小时平均臭氧浓度分别上升了7.5(8%)、5.3(4.4%)、9.7(7.8%)和4(3.3%)微克/立方米。河南、北京和山东的反弹幅度较小，分别上升了2、1.4和1微克/立方米。九省三市中仅内蒙古四市、山西、天津和河北的春夏八小时臭氧有下降，但降幅仅在1.1%∼2.9%之间。
图3：九省三市去除气象因素影响后二氧化氮和八小时臭氧(春夏)年平均浓度时间序列(微克/立方米)
二、不同区域空气质量变化特点
PM2.5和臭氧同高同低
我国仍然面临PM2.5和臭氧的复合型污染问题。“3+110”城市中PM2.5浓度高的城市臭氧浓度也高，如“2+26”城市、汾渭平原11市和苏皖鲁豫交界地区;而PM2.5浓度低的城市臭氧浓度往往也低，如长三角和冀晋鲁豫陕的边缘城市。这说明有必要通过协同控制措施，治理PM2.5与臭氧两种污染物。
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图4：“3+110”城市2022年(左)和2021年(右)PM2.5秋冬和8小时臭氧春夏平均浓度的联合分布图
上图是“3+110”城市2022年和2021年PM2.5秋冬和8小时臭氧春夏平均浓度的联合分布。左图的联合分布呈现出三个峰值，将“3+110”城市明显地分成三个群体。一个是主要由“2+26”城市、苏皖鲁豫地区和8个汾渭平原城市组成的高PM2.5和高臭氧群(双高群);一个是主要由长三角和北方六省边缘地区城市构成的相对低PM2.5和低臭氧群(双低群);第三个是主要由江西城市构成的集群，其春夏臭氧平均浓度显著低于前二者。北京虽然属于“2+26”城市，但依然保持在双低群，格外亮眼。
数据可视化让城市空气质量一目了然
为了方便各级部门了解2022年的六种污染物情况，同时考虑过去六年的浓度变化情况，找到每个城市突出的污染问题，研究团队绘制了六种污染物气象调整后的浓度的监视坐标图和“3+110”城市2021年超标污染物情况的汇总表。报告显示：长治、鹤壁、临汾、渭南、西安和运城6市四种污染物过高;三种污染物超标的有22个城市;两种和一种污染物超标的各有32和34个;安康、承德、池州、抚州、赣州、汉中、黄山、吉安、景德镇、九江、六安、南昌、商洛、上饶、铜陵、新余、宣城、宜春和鹰潭19个城市无超标污染物。超标城市数最多的污染物是8小时臭氧(春夏)，有91个城市超标;其次是PM10−2.5(59个)和PM2.5(24个)，一氧化碳(7 个)和二氧化氮(5 个);二氧化硫仅有2个城市超标，说明对该污染物的治理效果显著。这也说明“3+110”城市的臭氧污染已经超过PM2.5成为首要大气污染问题。这对各城市在下一步的大气污染治理中选定重点治理方向有所帮助。
图5：“3+110”城市 2022 年超标污染物词云图
三个重点监测区域污染差异变小
京津冀及周边地区“2+26”城市、汾渭平原11市和苏皖鲁豫交界地区均是生态环境部大气污染治理的重点监测区域。2022年，“2+26”城市和汾渭平原在PM2.5、二氧化硫、二氧化氮和一氧化碳的平均浓度上表现较为接近，PM10污染以汾渭平原(104.6 微克/立方米)污染程度最高，“2+26”城市(92.7微克/立方米)次之;春夏八小时臭氧则以“2+26”城市(144微克/立方米)污染程度最高，汾渭平原(139 微克/立方米)次之。苏皖鲁豫交界地区的六种污染物浓度均较低，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。
图6：“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)
从未来污染治理来看，至2021年，三个区域的二氧化硫浓度均已达到较低水平，下降空间有限。但三个区域的臭氧平均浓度仍保持在较高水平，臭氧污染治理将是未来三个区域的共同挑战。此外，“2+26”和汾渭平原地区的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，将成为未来进一步的工作目标。虽然苏皖鲁豫交界地区的六种污染物浓度最低，但伴随着区域间污染差异的缩小和臭氧平均浓度的反弹，苏皖鲁豫交界地区较其他两个区域的优势不再显著，应继续保持并加强在大气污染治理方面的工作力度。
三、疫情放开影响初现
图7：“3+110”城市2021年各季节PM2.5“人努力”和“天帮忙”指数地图
延续之前的传统，报告通过结合原始污染物浓度与气象调整后的污染物浓度，计算“人努力—天帮忙”指数。2022年，“3+110”城市夏季与秋季“人努力”的比例较多(98/113、89/113)，其中多数城市夏季排放在2021年基础上进一步减少，说明我们的减排政策在持续发挥着作用。主要的几个反弹城市为萍乡、廊坊和上海。上海此时会出现反弹可能由于春季经历过过于严重的封锁政策，在部分放开后居民消费出现反弹，但反弹总体不大。真正严重的反弹出现在冬季，在疫情放开之后，113个城市中的74个城市的本地排放出现了反弹。反弹最严重的滨州本地排放上涨了35%，其余还有东营、渭南、延安、沧州、晋城、汉中、安阳、新乡和北京这9个城市的本地排放上涨了超过25%，可见疫情放开造成的巨大影响。从区域上看，74个排放反弹的城市大部分分布在研究区域的北部，较南部的几个城市本地排放还有一定下降。这可能是由于北方许多城市在冬季本就容易产生大量排放，疫情放开的刺激使得排放增加的效应被放大导致的结果。
四、极端污染情况值得重视
极端污染是衡量空气质量的另一重要标准，报告显示，虽然“3+110”城市过去七年PM2.590%分位数已有显著下降，但仍有17个城市浓度超过100微克/立方米。而在污染最严重的冬季，其平均值可达123.7微克/立方米;有33个城市超过150微克/立方米，这意味着这33个城市在冬季平均至少有9天时间达到重度污染。
“3+110”城市中有66个城市春夏八小时臭氧90%分位数浓度出现反弹，上海市反弹最大，达24.5(14.5%)微克/立方米;23个城市反弹超过2019年。2022年春夏臭氧的极端污染区域仍集中在京津冀及周边地区，其中天津、北京、山东90%分位数浓度最高，分别为206、201和201微克/立方米。相比2015年，2022年北京、上海和内蒙四市的春夏八小时臭氧90%分位数浓度分别下降了6%、3% 和1.8%，其他八省一市均无明显改善。
在污染物平均浓度普遍改善的情况下，空气污染治理考核标准应该从平均浓度向分位数浓度转变，进而同国际上的考核指标接轨，同时能进一步减轻污染对人体健康造成的危害。
陈松蹊 院士
中国科学院院士，北京大学讲席教授、北京大学统计科学中心联席创始主任、北京大学长沙计算与数字经济研究院首席科学家。中国统计学会副理事长，中国概率统计学会理事长。
主要研究方向为超高维大数据统计分析、环境统计、非参数统计方法等，在超高维假设检验方法和非参数经验似然方法方面取得丰硕成果，推动了统计学的关键性发展。曾获lowa State University教员杰出研究奖、第七届厉以宁科研奖、2017年教育部自然科学一等奖。研究成果得到了国内外同行的高度认可，入选斯坦福大学2020全球前2%顶尖科学家榜单，美国科学促进会会士、美国统计学会会士、数理统计研究所会士、伯努利学会科学书记。