立秋为漫长的炎天划上了句号
天高气爽、惠风和畅本是值得期待的转变
但对难堪常见蓝天的京津冀而言
却意味着空气可能很快要变“灰”了
今年，《大气污染防治行动妄想》限期将至
而环保部年中宣布的
“PM2.5上半年同比上升14.3%”的新闻
让人不禁为京津冀捏把汗
几年已往，污染有没有镌汰？
咱的空气质量今年能达标吗？
本文先容的北大统计团队最新研究报告
将资助我们寻找谜底
这份报告是由北京大学统计科学中心与伟易博陈松蹊研究团队完成的第四份关于海内重点区域空气质量状态评估的研究报告。前三份报告划分宣布于2015年、2016年和2017年的三月份，此前我们在“伟易博”微信公众号均向读者举行过先容（详见文末列表）。
以下内容摘编自《空气质量评估报告（四）——京津冀2013-2016年区域污染状态评估》，报告研究了六种空气质量通例污染物：PM2.5、PM10、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)的数据，我们这里将着重先容其中PM2.5部分。为利便公共阅读，文中省略了关于研究配景和统计要领的一些详细内容，感兴趣的读者请在点击“阅读原文”下载全文举行阅读。
两点说明：
1、由于2013年1月和2月京津冀地区站点的空气污染物数据有较高比例的缺失，数据质量不高，以是此报告选取的数据时段为2013年3月到2017年5月。因此，报告中使用的“年”并非自然年，而是一年的3月份到下一年2月份的“季节年”，涵盖一个完整的四序。
2、由于空气质量状态受气象条件的影响很大，为了得出并较量某一季节差别年份的空气质量数据，报告沿用前三个报告的要领，对污染物浓度举行气象调解，剔除了气象因素对空气质量的影响。盘算京津冀地区各个都会在可比气象条件下各污染物的平均值浓度和90%分位数浓度，并对其举行较量和剖析（污染物的平均值浓度反应了一个都会空气质量的平均水平，而其90%分位数浓度则描绘了该都会最严重的10%的极端污染状态）。
京津冀地区是中国现在空气污染最严重的区域，也是中国大气污染治理的主要之地。从地理条件来看，京津冀大部分区域（张家口和承德除外）位于华北平原北部，西靠太行山脉，北依燕山，东临渤海，泛起半关闭的地形。京津冀地区的几个主要都会，北京、保定、石家庄、邢台和邯郸都坐落在太行山脚下，大气扩散条件差，很是倒运于污染物的扩散。这一地形因素使得该地区的大气情形承载能力并不高，不适合群集大宗的工业，尤其是炼钢、炼铁、炼焦、造水泥等高污染行业。
然而，2001年后河北省也迅速生长成为一个重工业大省，成为中国以致天下第一的钢铁生产地区。不但云云，华北平原南部的山东和河南也是能源消耗大户。若是遇到倒运的气象扩散条件，过量的排放极易导致京津冀地区一连的极端污染。
京津冀13市PM2.5 2013-2016经气象调解后的年均值浓度转变
2013年头我国建设大气污染监测网络，实时监测包括PM2.5在内的六种通例污染物（PM2.5、PM10、二氧化氮、二氧化硫、臭氧和一氧化碳）的浓度。2013年9月，国务院宣布了《大气污染防治行动妄想》[4]，即“国十条”，设定了天下主要区域2017年空气质量的详细指标：到2017年，天下地级及以上都会可吸入颗粒物（PM10）浓度比2012年下降10%以上 ；优良天数逐年提高 ；京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物（PM2.5）浓度划分下降25%、20%、15%左右，其中北京市细颗粒物年均浓度控制在60微克/立方米左右。现在,我们已经步入了2017年的审核年，人们普遍体贴的问题是“近年来，京津冀地区空气质量是否有所好转，若有好转，改善幅度是几多”,“2017年污染物浓度下降的目的能否实现”。
本报告将通太过析和评估北京市、天津市以及河北省11个地级市共13个都会的空气质量监测数据往返覆以上问题。我们将基于73个国控空气质量监测站点（北京市11个、天津市11个，河北省51个）2013年3月至2017年5月污染物监测数据和25个气象站点已往七年的气象数据（数据总量凌驾4400万条），科学剖析和评估京津冀地区已往四年多空气质量现实状态和转变趋势。
以下三个图是京津冀地区13个都会从2013年3月到2017年5月经由气象调解，以季节为单位的PM2.5季节均值和90%分位数浓度，以此可以剖析京津冀地区PM2.5的情形。
京津冀13市气象调解后PM2.5季节平均值浓度时间序列（微克/立方米）
京津冀13市气象调解后PM2.5季节90%分位数浓度的时间序列（微克/立方米）
京津冀13市气象调解后PM2.5季节平均浓度的转变序列（微克/立方米）
前两张图划分展示了京津冀13个都会已往17个季节（2013年春季至2017年春季）经气象调解的PM2.5均值浓度和90%分位数浓度随时间转变的情形，后一张图展示了各都会调解均值在每个给定季节的时间序列。由此，我们可以总结出京津冀地区已往四年PM2.5浓度具有如下几个特征：
三个区域划分
从京津冀13市PM2.5浓度的季节转变趋势和浓度水平，我们可以清晰地将其划分为三个区域，每个区域内都会间具有相近的PM2.5浓度水平和相似的季节漫衍特征：（1）沿太行山脉的保定、石家庄、邢台、邯郸和衡水 ；（2）环渤海的唐山、天津、沧州，外加北京和廊坊 ；（3）北部的张家口、承德和秦皇岛。三个区域PM2.5污染水平由重到轻划分是沿太行山脉的五个都会、环渤海的五个都会和北部的三个都会。
我们建议，每个区域内的都会实验相同的大气污染防治步伐和战略，有的放矢，提高京津冀大气污染防治的效率。
冬重夏轻的季节特征
京津冀13个都会中，除张家口外，其余12个都会的PM2.5浓度均有较量显着的季节特征，即PM2.5浓度在冬季最高，秋季次之，春季较好，夏日最轻。这一季节特征在沿太行山的五个都会尤为显着。这五个都会冬季的PM2.5平均浓度一样平常是夏日的2到3倍。 相比之下，环渤海区域的五个都会季节转变要显着小于沿太行山的五个都会，它们冬夏日的浓度比一样平常介于1到2之间。北部都会的季节特征越发微弱。
值得一提的是，在PM2.5浓度最低的夏日,平原上的10个都会（除了北部三市）夏日PM2.5浓度在2013年均高于75微克/立方米，平均为90.4微克/立方米，处于中度污染的水平。在2016年，京津冀13个都会夏日的PM2.5浓度平均为54.4微克/立方米，相比2013年下降了39.8%，这反应了区域内空气质量的显著改善。
极端污染情形冬季多发
90%分位数浓度描绘了各个季节的极端污染情形，代表着在这个季节内只有10%的时间PM2.5浓度高于该浓度。我们发明，除了北部个体都会之外，沿太行山和环渤海都会的极端污染在冬季最严重。其中，2013年和2016年冬季最严重的都会是石家庄（90%分位数划分是489微克/立方米和402微克/立方米），2014和2015年冬季最严重的是保定（90%分位数划分是382微克/立方米和340微克/立方米）。2013-2015年，京津冀地区的极端污染严重水平也在一直下降，可是在2016年有所反弹。而对北京的盘算效果显示，其冬季90%分位数浓度从2013年的240微克/立方米下降到2015年的229微克/立方米，但在2016年又上升至261微克/立方米。
以下两个图划分给出了经气象调解后，在一个给定季节下，PM2.5浓度的季均值已往四年的转变 ；以及京津冀13个都会2013年至2016年，经气象调解后的年均值。
京津冀13市气象调解后PM2.5年平均浓度转变序列（微克/立方米）
京津冀13市气象调解后PM2.5四年(季节年)累计降幅及年平均降幅
改善情形在2016年泛起反弹
我们发明，四年来，PM2.5浓度在每个季度平均同比都有一定下降，年均值浓度的下降得益于整体浓度下降，而非某一个季节的孝顺，但下降幅度在2016年有所减缓，部分都会不降反升。相比于2015年，沿太行和环渤海都会平均划分只下降了3.9微克/立方米和3.1微克/立方米，而北部都会上升0.4微克/立方米。这主要是由于2016年秋季和冬季PM2.5浓度的大幅升高。例如，保定2016年秋冬季节PM2.5浓度较2015年划分上升了19.1微克/立方米和19.4微克/立方米，涨幅划分为20.8%和12.4%。石家庄2016年秋冬季节PM2.5的浓度与2015年相比，更是上升了47.9微克/立方米和57.4微克/立方米，涨幅划分抵达66%和46％。
污染降幅最大的都会是……
已往四年，京津冀地区的PM2.5浓度总体有显著降低，13个都会的年平均浓度从2013年的100.1微克/立方米下降到2016年的72.5微克/立方米，降幅凌驾27%。其中沿太行区域五个都会（保、石、邢、邯、衡）的PM2.5平均浓度从2013年的130.6微克/立方米降至2016年的91.1微克/立方米，降幅达30.3%，凌驾京津冀的平均降幅� ；凡澈Ｇ虻奈甯龆蓟幔ㄌ啤⒔颉⒕⒗取⒉祝㏄M2.5平均浓度从2013年的97.1微克/立方米降至2016年的73.6微克/立方米，降幅为24.2%，略低于京津冀的平均降幅。而北部区域的三个都会（张、承、秦）的PM2.5年平均浓度从2013年的54微克/立方米降至2016年的39.9微克/立方米，降幅26.2%，基本与京津冀的平均降幅持平。
分都会来看，石家庄、邢台、邯郸、唐山、廊坊、承德、张家口的降幅均凌驾了27%，其中，邢台降幅最大，累积降幅凌驾了40% ；秦皇岛、天津、保定的降幅介于10%与20%之间 ；北京四年累计降幅最低，仅为6.7%，这导致北京的PM2.5浓度由2013年在13个都会中排名第10上升至2016年的第6名。在13个都会中，石家庄虽然累积降幅为27%左右，但其2013年和2016年的PM2.5调解浓度均居13市之首。
看到这里，心急的小同伴可能想问：说了这么多，京津冀空气质量今年究竟能不可达标？别急，我们用报告里的更多干货让你心里有谱！
整体过关有希望
经由四年的治理，京津冀地区PM2.5和PM10污染已经有了显着改善：13市PM2.5和PM10平均浓度划分从2013年的100.1微克/立方米和182.7微克/立方米下降到2016年的72.5微克/立方米和125.7微克/立方米，降幅达27%和31%。就整个区域而言，只要2017年的颗粒物浓度比2016年没有大的反弹，京津冀地区应该可以完成“国十条”所设下降25%的目的。
北京达标挑战大
需要强调的是，京津冀13市颗粒物污染浓度的改善情形并不平衡。其中北京市PM2.5平均浓度从2013年的82.7微克/立方米下降到2016年的77.2微克/立方米，降幅仅为6.7%，距离“国十条”设立的2017年PM2.5年均值60微克/立方米的目的相距还远。只管2017年春季北京PM2.5的季平均浓度为57微克/立方米，但思量到PM2.5春夏低、秋冬高的季节特征，北京2017年达标将面临极大挑战。
谁在拖首都空气的后腿？
北京市PM2.5平均浓渡已往四年仅下降6.7%，是京津冀13市最低的。然而北京已往四年二氧化硫浓度下降凌驾40%，浓度水平一直处于京津冀13市最低 ；与此同时，反应北京市无邪车排放水平的二氧化氮浓度近四年下降不大。这说明无邪车对北京大气污染孝顺很大 ；现有的无邪车排放治理步伐并不收效。建议北京市使用经济手段替换行政手段镌汰蹊径拥堵和调理车辆的使用量，从而实现二氧化氮浓度的大幅度下降。这将为北京PM2.5下降提供新的途径，同时也能阻止臭氧增添的势头。
源头减排也要着眼鲁豫晋三省
归根结底，大气污染还须从源头预防和治理。得益于京津冀已往四年控制煤炭消耗总量、提高煤炭燃烧效率的步伐，排放羁系力度的加大和排放标准的提高，PM2.5和二氧化硫浓度显著下降。然而二氧化氮的下降很是有限，臭氧污染不降反增（关于臭氧和相关污染物的报告，请关注接下来的微信推送），这提醒了京津冀下一步大气污染防治重点也应放在控制无邪车排放和生物质燃烧上 ；与此同时，冬秋季相对严重的大气污染状态无疑要求进一步镌汰煤炭消耗。现在，京津冀加上晋鲁豫四省二市每年近13亿吨的消耗，远远凌驾了京津冀这个半关闭区域的大气情形承载上限。山东2016年的煤炭消耗量是4.37亿吨，是河北的1.6倍。中国产煤第一大省山西的消耗量略高于河北 ；河南省略低于河北。我们建议将山东、山西、河南三省的煤炭消耗镌汰也列为京津冀大气污染防控的审核、预警指标之一。
课题组成员
陈磊，伟易博博士研究生，主要完成人
郭斌，西南财经大学统计学院助理教授，主要完成人
黄家盛，北京大学数学学院博士研究生，主要完成人
张澍一，伟易博博士研究生
王恒放，Iowa State University统计系博士研究生
何婧，西南财经大学统计学院助理教授
陈松蹊，伟易博、统计科学中心讲席教授，课题认真人
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