北大空气质量报告十一：详解疫情前后空气质量变化
从2013年国务院发布《大气污染防治行动计划》开始，我国打响“蓝天保卫战”至今已逾十年。从第一个“大气十条”到不久前发布的《空气质量持续改善行动计划》，空气质量治理程度逐渐深入；从京津冀及周边，到汾渭平原，再到长三角，重要治理区域不断拓宽。
与十年蓝天保卫战同步的是，北京大学陈松蹊教授领导的研究团队从2014年开始，通过一系列统计分析报告不断追踪和评估全国空气质量变化，特别是重点区域的成绩和挑战。他们刚刚完成的《空气质量评估报告（11）》提供了一个全面深入的视角，分析从首个“大气十条”收官以来空气质量的动态，聚焦2017年至2023年的监测数据，清晰展示了疫情这一特殊时期前后的空气质量变化。
此次发布的第11份报告基于生态环境部国控空气质量监测站点的小时频率数据，覆盖了十一省三市（北京、天津和上海三大直辖市及河北、河南、山东、山西、陕西、安徽、江苏、江西、浙江、内蒙古和宁夏），总共“3+130”个城市范围内873个监测站点所采集的数据，涵盖了全国约48.5%的人口。报告根据《行动计划》（2023），将新划定的三大重点区域（京津冀及周边地区、长三角地区以及汾渭平原）作为本次评估重点进行分析。
本文从这份五万多字的报告中摘取了部分重要研究成果，介绍给关心环境和空气质量的各位读者。欲了解全文的读者可在文末下载报告阅读详情（文末另有一个彩蛋）。
“3+130”城市区划及其站点分布
•代表污染站点，△代表气象站点
（图中黄色区域为京津冀及周边地区“2+36”城市，橙色区域为汾渭平原 13 市，紫色区域为长三角地区，灰色区域为“其他城市”）
一、疫情发生前后，空气有何不同
回看2017-2019年，我们的生产生活和空气质量治理还在有条不紊地进行，那三年，PM2.5、PM10、臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）六种主要污染物浓度整体均呈下降趋势，仅有少数孤立的省市和污染物偶有浓度回升。2020-2021年，疫情为经济活动强制按下暂停键，叠加蓝天保卫战带来的污染治理效益，多数城市六种污染物浓度在2021年达到了近10年来的最低水平。
如果将2019年的污染物浓度作为衡量疫情前空气污染水平的基准指标，2023年，“3+130”个城市六种污染物气象调整后的浓度综合降低了10.4%, 其中73个城市平均降幅超过10%（含52个重点城市）。因此，从目前“总成绩”来看，经济活动的持续恢复尚未改变空气质量总体改善的趋势，但一些污染物已现抬头，例如报告发现，有约1/3的城市春夏8小时臭氧（O3）和PM10浓度较疫情前上升，约1/6的城市PM2.5和二氧化硫（SO2）浓度上升……
2022年底我国宣布新冠肺炎防控转为“乙类乙管”，随着复工复产放开，污染物浓度反弹成为主要特征，涉及污染物种类多、覆盖城市范围广，后疫情时代的空气污染抬头成为值得关注的问题。2023年，随着新冠疫情后社会经济活动的进一步恢复，同2022年相比，空气污染出现大范围反弹。“3+130” 城市中有89个城市PM2.5年均浓度显著上升，91个城市PM10年均浓度上升，83个城市春夏8小时臭氧（O3）年均浓度上升，85个城市二氧化氮（NO2）年均浓度上升，70个城市一氧化碳（CO）年均浓度上升，二氧化硫（SO2）年均浓度反弹形势稍弱，也有42个城市年均浓度显著上升。从极端污染（90%分位数浓度）情况看，“3+130”城市中，有86个城市PM2.5浓度上升，85个城市春夏8小时臭氧（O3）的浓度上升。
为此，报告提醒：考虑到近两年的规模性反弹趋势，如果2024年持续2022年、2023 年的反弹力度，会有更多城市的大气污染水平超过2019年疫情前的水平。报告建议相关地区城市优先关注春季颗粒物污染与夏季臭氧（O3）和二氧化氮（NO2）浓度回升问题。
二、部分污染物形势反复，长三角反弹突出
如前文所提到的，2022年起，我国重点区域的空气质量不再延续早期的持续下降趋势，部分省市的多项污染物浓度开始波动回升，对于京津冀及周边地区“2+36”城市、汾渭平原和长三角地区三个重点监测区域，相较2022年，汾渭平原的改善最为显著，除春夏8小时臭氧（O3）外，其余五种污染物年均浓度均下降；而长三角地区反弹最为严重，除春夏8小时臭氧（O3）下降与二氧化硫（SO2）年均浓度变化不显著外，其余四种污染物均反弹。
“2+36”城市、汾渭平原和长三角地区6种污染物年平均浓度时间序列图
（一氧化碳（CO）的单位为毫克/立方米，其余污染物的单位为微克/立方米）
上图的线条走势分别代表了三个重点区域的污染物浓度变化,其中红色线条为长三角。与2022年相比，长三角地区PM2.5和PM10的平均浓度分别上升16.7%和11.5%；与浓度最低的2021年相比，春夏8小时臭氧（O3）的平均浓度上升了5.7%。
颗粒物和春夏8小时臭氧（O3）的情况反复也体现了这几年空气治理的复杂性。2023年，“2+36”（京津冀及周边地区）城市和汾渭平原PM2.5、PM10浓度同比下降，但2022年浓度同比上升。对于三种主要污染物（PM2.5、PM10和春夏8小时臭氧（O3）），2023年“2+36”城市平均浓度均高于2021年水平，汾渭平原则仅PM2.5平均浓度低于2021年水平。11个省份中，目前内蒙古、安徽、江苏、江西和浙江PM2.5、PM10和春夏8小时臭氧（O3）平均浓度均高于2021年水平；河北仅春夏8小时臭氧（O3）平均浓度低于2021年水平；山东、陕西和山西仅PM2.5低于2021年水平；河南和宁夏形势稍好，PM2.5和PM10仍低于2021年水平，仅春夏8小时臭氧（O3）浓度反弹。
报告计算了气象因素对数据影响的“天帮忙”和“人努力”指数。报告指出，由于秋冬季长三角地区有半数以上城市的气象条件对PM2.5浓度下降产生贡献，而对春夏8小时臭氧（O3）而言，长三角地区和汾渭平原有半数以上城市的气象条件有利于臭氧（O3）浓度下降，气象带来的利好可能令真实的污染状况被低估，一旦气象形势转为不利，“人不努力”会表现为更严重的污染反弹。总体来看，长三角地区重点城市本年度污染综合治理情况不甚理想。
三、城市比拼，已拉开一定差距
A. “3+130”个城市空气治理成绩大排名
人们都关心自己或亲友所在的城市这些年来是什么变化趋势，经过十年长跑，空气质量是不是变好了？哪个城市的空气更宜居？为此，研究团队在报告中对地区变化进行了横向纵向的对比，总结了中国“3+130”城市空气质量分布和变化趋势，特别是针对PM2.5和臭氧（O3）两个重要污染物作了季节性和年度变化的详细分析。
“3+130”城市PM2.5秋冬和春夏8小时臭氧（O3）（微克/立方米）平均浓度散点图（左2023年，右2022年）
红色点代表“2+36”城市，棕色点代表汾渭平原城市，紫色点代表长三角地区城市，黑色点代表其他城市
§ 双高群：在图的右上部分，这些地区春夏季臭氧（O3）和秋冬季PM2.5浓度都较高，显示出两种污染物的高浓度共存，主要由“2+36”城市和部分汾渭平原城市组成。
§ 中间群：在图的中心位置，主要包括长三角和北方六省边缘地区的城市，这些城市的PM2.5和臭氧（O3）浓度处于中等水平。
§ 双低群：主要由江西和部分浙江城市组成，这些城市的春夏臭氧（O3）和秋冬PM2.5浓度相对较低，位于图的左下部分。
为了体现污染物浓度变化，让人们直观地看到城市改善状况对比，研究团队给出了“3+130”城市过去四年（相比于2019）或一年（相比于2022）气象调整后的综合改善情况。根据下表，“3+130”城市的四年平均改善率是10.4%。部分城市的一年累计平均降幅为负，这说明相比2022年，这些城市2023年的空气质量变差了。改善排名前三分之一的44个城市中有3/4 是重点城市，本年度取得了较好的污染治理效果，其中京津冀及周边“2+36”城市改善尤为显著，有23个城市进入前1/3排名，而长三角地区仅南京、淮南、蚌埠三市排名靠前；此外还有11个非重点城市进入前1/3 排名（张家口、呼和浩特、朔州、汉中、大同、铜陵、承德、巴彦淖尔、包头、萍乡和忻州），在较轻的污染状态下仍保持了良好的改善趋势。改善排名后三分之一的城市中包含20个重点城市，其中有15个长三角城市，多数位于江苏省；此外还有2个汾渭平原和3个“2+36”城市。
“3+130”城市 2019（2022）-2023年六种污染物气象调整后浓度综合改善情况排名表
括号外为六种污染物2019年到2023年经气象调整后的4年累计降幅的平均值，括号内为2022年到2023年经气象调整后的一年降幅的平均值。红色表示排名前三分之一的非重点城市及排名后三分之一的重点城市。
下图则以词云的形式描述了“3+130”城市2023年的污染物超标情况：
“3+130”城市 2023 年超标污染物词云图
城市名称中，绿色代表无污染物超标，橙色代表 1 个污染物超标，紫色代表 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。
超标标准为：PM2.5：35 微克/立方米；PM10−2.5：35 微克/立方米；二氧化硫（SO2）：20 微克/立方米、一氧化碳（CO）：1 毫克/立方米；春夏两季 8 小时臭氧（O3）：120 微克/立方米；二氧化氮（NO2）：40 微克/立方米。
B.颗粒物污染：高区改善，低区上升
四区域城市PM2.5和PM10年均浓度瀑布图
图中显示2019年实际浓度值与2019-2022年和2022-2023年浓度变化值，红色标记上升，绿色标记下降
2023年，PM2.5呈现高浓度地区浓度下降，低浓度地区浓度回升的总体趋势；其中汾渭平原的改善尤为显著。分区域来看：
§ 京津冀及周边“2+36”城市为2023年平均浓度最高的重点地区，PM2.5浓度均值（标准误差）为48.9(0.9)微克/立方米, 比2022年下降 0.6(0.5)微克/立方米，比2019年下降7.5(0.6)微克/立方米。
§ 汾渭平原2023年浓度均值为46.2(1.7)微克/立方米,比2022年下降4.3(1.3)微克/立方米;比2019年下降8.2(1.3)微克/立方米。
§ 长三角地区2023年浓度均值为40.5(1.3)微克/立方米,比2022年上升5.8(0.4)微克/立方米;比2019年下降2.7(0.6)微克/立方米。
§ “其他城市”2023年浓度均值为34.3(1)微克/立方米, 比2022年上升2.4(0.5)微克/立方米; 比 2019年下降2.3(0.7)微克/立方米。
2023 年，PM10呈现与PM2.5相似的年际变化趋势，即高浓度地区浓度下降，低浓度地区浓度回升。分区域来看：
§ 京津冀及周边“2+36”城市PM10浓度均值（标准误差）为88.9(1.3)微克/立方米, 比 2022年下降2(0.9)微克/立方米，比2019年下降11.5(1.5)微克/立方米。
§ 汾渭平原为2023年平均浓度最高的重点地区，PM10浓度均值为94.9(2.6) 微克/立方米,比2022年下降6.9(2.6)微克/立方米; 比2019年下降6(3.4)微克/立方米。
§ 长三角地区2023年浓度均值为68.6(2.2)微克/立方米, 比2022年上升7.1(0.6)微克/立方米; 比2019年下降2.9(1)微克/立方米。
§ “其他城市”2023年浓度均值为68.2(2.5)微克/立方米, 比2022年上升3.7(0.9)微克/立方米; 比2019年下降1(1.1)微克/立方米。
四、极端污染——待消除的“明患”
极端污染是衡量空气质量的一项重要标准，代表着公众短期暴露在高浓度水平下可能面临的健康风险。报告展示了2023年城市中PM2.5和臭氧（O3）极端污染水平，特别关注浓度最高季节的90%分位数浓度值，其相当于年92-99%分位数水平。90%分位数是指在所有小时观测值中，只有10%的时段超过此数值。这种统计方法帮助我们了解在最严重的污染日里空气质量的表现。
按照国家环保规定，为了保护易感人群的健康，PM2.5的浓度应该在95%的时间内低于日均限值75微克/立方米；而臭氧（O3）浓度则应在90%的时间内低于日均限值160微克/立方米。这些标准确保大部分时间的空气质量也能维持在相对安全的水平。世界卫生组织（WHO）推荐的比较方式则更为严格，它通过将年99%分位数与日均浓度标准进行比较来评估健康风险，这意味着只有1%的时间污染水平会超过这个更高的阈值。
按照以上标准，2023年，我国“3+130”城市中PM2.5日均浓度达标的城市包括内蒙古自治区的阿拉善、鄂尔多斯、赤峰、乌兰察布和锡林郭勒， 江西省的赣州、景德镇，和河北省张家口，均属于非重点城市。以上达标城市中，乌兰察布、张家口、景德镇、赣州、赤峰、锡林郭勒已连续3年达标。臭氧（O3）日均浓度确定达标的城市包括浙江的台州、丽水、舟山，江西的宜春、新余、上饶、景德镇、抚州、萍乡和吉安，宁夏固原，陕西安康和安徽黄山；其中舟山为重点城市。以上达标城市中，丽水、安康、新余、景德镇和舟山已连续三年达标。其余绝大多数城市，在PM2.5和臭氧（O3）的极端污染日，较高的污染浓度仍然可能为公众带来健康风险。
总体来看，京津冀及周边“2+36”城市的臭氧（O3）极端污染情况较长三角地区更为严峻。
十一省三市去除气象因素影响PM2.5和8小时臭氧（O3）（春夏）平均90%分位数浓度时间序列（微克/立方米）
研究团队还对四个季节各城市PM2.5和臭氧（O3）的90%分位数浓度进行了统计，用以衡量极端污染情况。
对于PM2.5，重点关注秋冬季节的污染情况。2023年，秋季和冬季PM2.5的90%分位数浓度超过75微克/立方米的城市数均比2022年增加，秋季共61个城市超标，增加8个；冬季共125个城市超标，增加19个。重点城市中，“2+36”城市、汾渭平原和长三角地区秋季超标城市比例分别为97.4%、69.2%和38.7%，冬季全部重点城市PM2.5的90%分位数浓度均超过国家标准。
对于臭氧（O3），重点关注春夏季节的污染情况。2023年，春季8小时臭氧（O3）90%分位数浓度超过160微克/立方米的城市数为95个，较2022年减少9个；夏季超标城市117个，增加3个。重点城市中， 春夏季节“2+36”城市臭氧（O3）的90%分位数浓度均全部超过国家标准；汾渭平原春季超标城市比例为 84.6%, 夏季全部城市超标；长三角地区春夏季节超标城市比例分别为96.8%、93.5%。就目前的污染形势来看，要在PM2.5和臭氧（O3）方面实现充分的人群健康保护，我国还有很长的路要走。
展望和建议
根据生态环境部相关负责人的公开发言，我国在过去十年间实现显著经济增长的同时，空气质量也有了大幅改善。从2013年到2022年，在GDP翻了一番的情况下，PM2.5平均浓度下降57%，重污染天数减少了93%，空气质量改善速度在全球范围内属于最快，煤源性污染问题已基本得到解决。尽管取得了这些进展，但官方也指出，“大气污染治理的根本转变，即空气质量从量变到质变的拐点还没有到来”，这意味着未来空气质量管理需要科学的度量和评估方法。
“3+130”城市涵盖中国污染最严重的区域，近年空气污染物浓度连续反弹，尤其是低浓度地区反弹加剧的现象，反映出现行国家标准对低浓度城市的约束力不足。在空气质量显著改善的大背景下，报告认为，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/立方米作为空气质量“良”的上限。这是该研究团队连续第七年在系列报告中提出的建议。
气象条件对于空气质量有着重要的影响，且容易对空气污染治理造成干扰，为了解决这个问题，陈松蹊教授及其团队多年来着力于通过大数据统计学方法、建立量化关系模型以寻找气象变量与大气污染物变化之间的关系，力求更精准地反映人类污染排放造成的空气质量数据变化。本次报告，他们对PM2.5和臭氧（O3）两种关键污染物进行了“人努力-天帮忙”指数的深入分析。研究团队呼吁社会各界关注科学评估大气污染的重要性，并共同寻找更高效的解决方案，以便精准定位问题源头，为空气质量治理决策提供有力支持。
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