北京南口風(fēng)口對(duì)中心城區(qū)空氣質(zhì)量的差異化影響與關(guān)聯(lián)性分析

丁 軍 李 冉 劉 薇

(1.北京市社會(huì)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)所，北京 100101;2.中國(guó)林業(yè)出版社，北京 100009 )

北京昌平南口地區(qū)是距離北京中心城區(qū)最近的西北自然風(fēng)口，由于北京西北的西山與東北的軍都山兩大山脈在昌平關(guān)溝一帶交匯，形成了主要的進(jìn)風(fēng)口。北京城市地形依山面向東南傾斜走低，構(gòu)成了面向東南渤海凹向展開(kāi)的半圓形簸箕狀地勢(shì)，學(xué)者稱(chēng)其為“北京灣”。由于北京的這種區(qū)域構(gòu)造和氣候地理位置，以及在北京環(huán)境容量日益超載的嚴(yán)峻形勢(shì)下，南口作為北京中心城區(qū)空氣更新和凈化的主要新風(fēng)資源地，其生態(tài)戰(zhàn)略地位日顯重要。

長(zhǎng)期以來(lái)，城市新風(fēng)資源一直未被學(xué)界和政府所認(rèn)知，對(duì)新風(fēng)資源地的環(huán)境凈化、涵養(yǎng)、保護(hù)和利用，以及與下風(fēng)向城區(qū)的生態(tài)環(huán)境關(guān)系沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)，是導(dǎo)致北京西北風(fēng)口的生態(tài)環(huán)境沒(méi)有得到有效整治和利用的重要原因。

1 南口地區(qū)生態(tài)治理現(xiàn)狀與問(wèn)題

1.1 南口自然地理概況

南口地區(qū)位于昌平西北部，距昌平城區(qū)7.5km，是昌平衛(wèi)星城重要組成部分之一，南距北京二環(huán)德勝門(mén)38km，北距八達(dá)嶺長(zhǎng)城18km，東距明十三陵9km。據(jù)北京市園林局防沙治沙辦公室的資料顯示，南口地區(qū)系北京五大風(fēng)沙危害區(qū)之一，其風(fēng)沙危害區(qū)包括南口西部、南口農(nóng)場(chǎng)、流村鎮(zhèn)、馬池口鎮(zhèn)和陽(yáng)坊鎮(zhèn)。南口鎮(zhèn)屬于昌平區(qū)西部半山區(qū)鎮(zhèn)，因其位于關(guān)溝的南口而得名。南口鎮(zhèn)地域面積201.7km2，其中64%面積為山區(qū)，山場(chǎng)面積120km2，林木覆蓋面積100km2，森林覆蓋率58.41%，林木綠化率76.75%。南口作為北京中心城區(qū)空氣更新的主要源頭，是北京西北生態(tài)帶上重要的生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)。

與北京另外兩大風(fēng)口——西南風(fēng)口三家店和東北風(fēng)口古北口相比，西北風(fēng)口——南口具有如下七大特征:一是距離北京中心城區(qū)最近;二是處于春冬盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)的北京中心城區(qū)的上風(fēng)向①北京市氣象局氣候資料室，《北京氣候志》第72 頁(yè)，北京出版社，1987年。;三是南口地區(qū)同時(shí)還是北京的五大風(fēng)沙危害治理區(qū)之一②“北京昌平今年造林4.5 萬(wàn)畝重點(diǎn)治沙”“新京報(bào)”，2013年4月7日。;四是南口地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)層次偏低;五是北京五大風(fēng)沙危害治理區(qū)之一的康莊風(fēng)沙區(qū)位于南口上游，該區(qū)是北京市降水量最少的區(qū)域③北京市地方志編篡委員會(huì)，《北京志·水利·氣象卷·氣象志》第14 頁(yè)，北京出版社，2003年2月。;六是在北京的三大風(fēng)帶中，南口地區(qū)所在的西北風(fēng)帶風(fēng)速最大，最高曾達(dá)34m/s④北京市地方志編篡委員會(huì)，《北京志·農(nóng)業(yè)卷·林業(yè)志》第17 頁(yè)，北京出版社，2003年2月。;七是東北風(fēng)口古北口下游由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)密云水庫(kù)水源地采取了嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)措施，以及懷柔大型國(guó)際會(huì)議項(xiàng)目的建設(shè)，如世界婦女大會(huì)、APEC 等，東北風(fēng)帶的區(qū)域環(huán)境得到了較好的治理，北京西南風(fēng)口三家店由于世博園大型環(huán)保公益項(xiàng)目的落地，使得永定河風(fēng)沙區(qū)周邊空氣顆粒污染濃度下降了約60%。由于以上七個(gè)方面的疊加影響，南口地區(qū)對(duì)北京中心城區(qū)空氣質(zhì)量影響最為顯著。

圖1 所示為昌平區(qū)2011—2013年的風(fēng)速情況。由圖可知，昌平區(qū)全年以春季風(fēng)速最大，冬季次之，夏季風(fēng)速最小。這三年中，逐月的月最大風(fēng)速都在5m/s 以上，最高值出現(xiàn)在2011年的5月，月最大風(fēng)速為12.3m/s。前十位的月極大風(fēng)速在16.4m/s 以上，其中最高值也出現(xiàn)在2011年5月，為21.5m/s。由此可見(jiàn)西北風(fēng)帶的風(fēng)速之高。

圖1 昌平區(qū)2011—2013年月最大風(fēng)速與前十位月極大風(fēng)速

1.2 風(fēng)沙治理現(xiàn)狀

南口地區(qū)不僅是北京西北強(qiáng)風(fēng)通過(guò)帶，還是北運(yùn)河水系重要的發(fā)源地之一，馬池口還是北京四大應(yīng)急水源地之一，其水源保護(hù)區(qū)面積達(dá)149km2。南口地區(qū)在歷史上由于河流改道、河床退化以及洪水決口泛濫，形成了大面積的沖擊、洪積扇，并隨著長(zhǎng)期的人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化，逐漸形成風(fēng)沙危害區(qū)，成為北京中心城區(qū)揚(yáng)沙揚(yáng)塵的主要來(lái)源。

近20 多年來(lái)，南口地區(qū)形成了以砂石加工廠、砂石屯料場(chǎng)、混凝土攪拌站為主的建材加工和配套產(chǎn)業(yè)，由此給當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境帶來(lái)很大影響。根據(jù)《昌平西部地區(qū)砂石坑修復(fù)規(guī)劃》⑤龍瀛、何永，“昌平西部砂石坑生態(tài)修復(fù)規(guī)劃”，《北京規(guī)劃建設(shè)》，2007年第1 期。所示，位于昌平西部地區(qū)的砂石坑是北京地區(qū)的風(fēng)沙來(lái)源之一。2010年前，在“打造京北現(xiàn)代物流、高端物流、京北高端儲(chǔ)運(yùn)中心”的規(guī)劃指導(dǎo)下，馬池口西部地區(qū)先后聚集了56 家煤場(chǎng)，形成了京北最大的煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)群落。煤場(chǎng)大多坐落在干枯的河道和灘涂露天作業(yè)，風(fēng)天黑風(fēng)驟起、雨天黑水蔓延。而馬池口西部位于南口風(fēng)沙危害區(qū)中部、北依南口風(fēng)口的下風(fēng)向，是關(guān)溝南口風(fēng)口由北向南的強(qiáng)風(fēng)廊道;煤場(chǎng)聚集區(qū)以西還是白羊溝、柏峪溝、興隆口和高崖口溝各大溝口強(qiáng)風(fēng)通過(guò)帶;煤場(chǎng)向東約2km 處便是京密引水渠，一旦山洪暴發(fā)，后果不堪設(shè)想。

2012年以來(lái)，昌平區(qū)政府采取多種措施進(jìn)行綜合治理，在馬池口地區(qū)開(kāi)展植樹(shù)造林活動(dòng)，并清退了54家煤場(chǎng)。2014年，馬池口地區(qū)繼續(xù)清退非法砂石廠23家，并開(kāi)始對(duì)砂石坑進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，使馬池口地區(qū)的揚(yáng)塵惡化狀況得到了一定的改觀和遏制。

1.3 存在的問(wèn)題

1.3.1 對(duì)南口地區(qū)風(fēng)口區(qū)位和風(fēng)資源的重視程度不夠

北京作為一個(gè)承接了2000 多萬(wàn)人口的特大型城市，在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理過(guò)程中，必須充分考慮其自然地理環(huán)境，高度重視其生態(tài)稟賦特征。生態(tài)環(huán)境特別是大氣環(huán)境的治理過(guò)程中，除對(duì)污染源排放重點(diǎn)項(xiàng)進(jìn)行治理外，還要依據(jù)其生態(tài)地理特征和氣象環(huán)流條件，對(duì)重點(diǎn)風(fēng)口地區(qū)的環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)新性的規(guī)劃和治理。但從當(dāng)前的情況來(lái)看，一是風(fēng)資源的重要性尚未得到認(rèn)知;二是南口地區(qū)作為風(fēng)口和風(fēng)沙危害區(qū)，其戰(zhàn)略地位均未得到充分的承認(rèn)。

1.3.2 南口地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃定位與當(dāng)?shù)氐馁Y源稟賦錯(cuò)位

對(duì)南口地區(qū)的規(guī)劃定位存在錯(cuò)位，規(guī)劃定位在追求當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展利益的同時(shí)，仍然缺乏對(duì)城市新風(fēng)資源的認(rèn)識(shí)，忽視了對(duì)北京城區(qū)整體生態(tài)環(huán)境的影響。打造所謂的“高端的、現(xiàn)代的”馬池口煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)中心的規(guī)劃失敗就是一個(gè)典型例證。因此，有必要將南口地區(qū)這一主力風(fēng)口對(duì)北京城區(qū)空氣顆粒污染的影響做更深入的剖析。

1.3.3 風(fēng)沙危害區(qū)的治理手段較為單一

北京對(duì)五大風(fēng)沙危害區(qū)的治理已經(jīng)超過(guò)十年的時(shí)間，主要是通過(guò)采取植樹(shù)造林項(xiàng)目的形式進(jìn)行治理。植樹(shù)造林項(xiàng)目能夠在較短時(shí)期內(nèi)取得一定的生態(tài)效益，在一定程度上遏制風(fēng)沙危害，但此種單一的手段也存在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益不明顯等問(wèn)題。隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)的不斷深化，需要采用更加綜合的手段進(jìn)行風(fēng)口和風(fēng)沙危害區(qū)的治理，如結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃Y源利用，采取更加生態(tài)經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行治理。

2 南口地區(qū)風(fēng)口揚(yáng)塵與高原高空沙塵對(duì)北京城區(qū)時(shí)空污染的差異化分析

2.1 南口地區(qū)風(fēng)口揚(yáng)塵是對(duì)北京城區(qū)顆粒物污染的主要源頭之一

南口風(fēng)沙危害區(qū)土地主要是河灘、沙質(zhì)潮土、沙礫質(zhì)等類(lèi)型，區(qū)內(nèi)特點(diǎn)是干旱多風(fēng)，土壤沙化嚴(yán)重。目前，尚有相當(dāng)面積的卵石荒灘地，平原地區(qū)還有大面積的潛在沙化土地，如裸露的靶場(chǎng)和未硬化的坦克道路面，冬春沙土裸露，風(fēng)來(lái)灰沙驟起。區(qū)內(nèi)因混凝土攪拌站、石料、水泥、彩鋼構(gòu)件等建材產(chǎn)業(yè)的粗放發(fā)展，貨運(yùn)道路運(yùn)輸遺撒、輔路損毀和工地裸露揚(yáng)塵也比較嚴(yán)重，是北京城區(qū)的主要揚(yáng)沙起灰的發(fā)源地。

北京市林業(yè)局對(duì)北京市2000年春季沙塵暴的研究發(fā)現(xiàn)，在高空揚(yáng)塵中，本地污染率占20%，但在低空揚(yáng)塵中，本地污染率高達(dá)80%，市區(qū)日?？晌腩w粒物中“土壤塵”占52%。楊維西研究認(rèn)為，北京沙塵污染中，大概有50%～60%的沙塵是來(lái)自北京以外周邊地區(qū)［5］，值得注意的是，1999年和2000年曾有5 次沙塵是在北京近周邊形成而不是通過(guò)遠(yuǎn)距離輸送而來(lái)［6］。根據(jù)《北京市環(huán)境狀況公報(bào)(2013年)》，2013年空氣中的可吸入顆粒物(PM10)與PM2.5年均濃度分別為108.1μg/m3和89.5μg/m3，但與2013年起實(shí)施的國(guó)家空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)相比，PM10濃度超標(biāo)54%、PM2.5濃度超標(biāo)1.56 倍。因此可見(jiàn)，北京的沙塵主要有內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)來(lái)源，其中細(xì)沙成分主要來(lái)源于本地，微塵顆粒內(nèi)外部均有。而南口是本地?fù)P塵對(duì)北京城區(qū)的顆粒物污染PM10和PM2.5的主要源頭之一。

2.2 南口本地?fù)P塵與高空揚(yáng)塵對(duì)北京城區(qū)顆粒物污染輸送方式的差異化分析

本地風(fēng)口揚(yáng)塵與高空高原沙塵是導(dǎo)致北京沙塵天氣的沙塵的主要來(lái)源，風(fēng)口揚(yáng)塵與高原沙塵都借由風(fēng)力輸送至北京城區(qū)，但兩者在沙塵輸送方式、顆粒物成分等方面有顯著的不同。

本地風(fēng)口揚(yáng)塵與高原沙塵的輸移都要借助于冬春季節(jié)的大風(fēng)，但在輸送的途徑上略有不同。胡歡陵(2001)的研究認(rèn)為，北京地區(qū)近地層輸送通道為120m 以下，較遠(yuǎn)距離的大氣污染輸送主要位于120m 以上的高空［8］。這說(shuō)明，高空高原沙塵的輸送通道屬于遠(yuǎn)地面輸送，在風(fēng)力達(dá)到一定程度才能出現(xiàn)沙塵暴天氣;而本地風(fēng)口揚(yáng)塵的輸送主要以低空近地層為主要通道，在風(fēng)力較低時(shí)仍然能對(duì)城區(qū)造成一定污染。這表明，即使在風(fēng)力減弱的情況下，不僅冬春季節(jié)、而且在秋夏季節(jié)，南口地區(qū)風(fēng)口揚(yáng)塵也是北京沙塵污染的主要來(lái)源之一。

2.3 南口本地?fù)P塵與高空揚(yáng)塵對(duì)北京城區(qū)顆粒物污染成分的差異化分析

由于氣候條件、地理環(huán)境以及下墊面的不同，本地風(fēng)口揚(yáng)塵與高原沙塵在元素成分上具有一定的差異，來(lái)自于地殼源和污染源的污染物元素構(gòu)成具有明顯區(qū)別。根據(jù)韓力慧(2005)的研究，在北京地面揚(yáng)塵中，Zn、S、As、Pb、Cd 的富集系數(shù)為幾十甚至高達(dá)幾百，表明這些元素主要來(lái)自污染源。而Zn、S 在內(nèi)蒙黃土中的富集系數(shù)都接近1，表明這些元素主要來(lái)自地殼源;此外，內(nèi)蒙黃土中Pb、As、Cd 的富集系數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其在北京揚(yáng)塵中的值，說(shuō)明內(nèi)蒙的高空沙塵較少受到人為源影響［9］。在北京地區(qū)來(lái)看，來(lái)自于污染源的污染物排放入大氣中，能夠與大氣中原有的氣溶膠混合形成新的大氣顆粒物，這些顆粒物會(huì)經(jīng)過(guò)干、濕沉降返回地面，并在風(fēng)力或者交通影響下再次產(chǎn)生揚(yáng)塵，重新進(jìn)入大氣中，成為北京城區(qū)揚(yáng)塵中主要的污染物來(lái)源。由此可知，與高原沙塵相比，本地風(fēng)口揚(yáng)塵受到更多的人為污染源的影響。

2.4 北京顆粒物污染濃度的季節(jié)差異化與南口風(fēng)口冬春季節(jié)揚(yáng)塵的關(guān)聯(lián)性分析

北京市顆粒污染物的變化具有典型的季節(jié)性，以2012年的首要污染物PM10為例。中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的數(shù)據(jù)顯示，在主要污染物SO2、NO2和PM10中，2012年全年北京市所有空氣質(zhì)量超標(biāo)日的首要污染物都是PM10，年均質(zhì)量濃度達(dá)到109.0μg/m3，超過(guò)了新國(guó)標(biāo)規(guī)定的年均值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值70μg/m3。其中，全年有84天的PM10日均質(zhì)量濃度超過(guò)新國(guó)標(biāo)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限制值150μg/m3，達(dá)標(biāo)天數(shù)比例為77.0%。

史宇等(2013)對(duì)2012年秋冬季PM10污染特征進(jìn)行了分析，他指出，PM10污染程度在夏季的6～9月較輕，而在春季、秋季和冬季PM10污染均較為嚴(yán)重，其中，4月、5月和12月是PM10污染程度最高的時(shí)段，如圖2所示。

圖2 2012年全市PM10污染特征

從以上數(shù)據(jù)變化可以看出，北京城區(qū)顆粒物污染濃度具有顯著的季節(jié)性，污染嚴(yán)重的時(shí)間主要集中在春季和冬季，而北京冬季和春季礦物氣溶膠的濃度要高于夏季，這恰恰與北京地區(qū)的沙塵污染強(qiáng)烈的季節(jié)性變化相吻合。這說(shuō)明，冬春季節(jié)，隨著大量外地沙塵入侵北京后又混合、夾雜而攜帶北京局部地域產(chǎn)生的本地風(fēng)口揚(yáng)塵，是北京大氣中礦物氣溶膠的主要來(lái)源，也成為北京大氣顆粒物污染的主要來(lái)源之一。但是在夏季，由于降水量大，氣候濕潤(rùn)，而且植被覆蓋比冬天好，不易揚(yáng)沙起塵，因此礦物氣溶膠的濃度要比冬春季少。在本地源中，南口風(fēng)口揚(yáng)塵是重要組成部分之一。

3 研究結(jié)論

3.1 南口地區(qū)是北京中心城區(qū)的“上呼吸道”，對(duì)南口地區(qū)新風(fēng)資源的過(guò)濾、凈化和加濕是改善北京空氣質(zhì)量的一項(xiàng)一舉多得的重要戰(zhàn)略措施

北京空氣污染的主要途徑之一就是在治污減排的同時(shí)，避免來(lái)自城市風(fēng)口的新風(fēng)變成新的污染源，北京的自然地理構(gòu)造決定了對(duì)新風(fēng)資源的過(guò)濾、凈化和加濕，將對(duì)北京的空氣質(zhì)量的更新和提升產(chǎn)生積極、顯著的作用。對(duì)風(fēng)口新風(fēng)資源生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化將有利于城市規(guī)劃的合理布局、當(dāng)?shù)卮址沤?jīng)濟(jì)向生態(tài)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，以及北京整體生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化，是城市健康發(fā)展的百年大計(jì)。

3.2 應(yīng)摒棄傳統(tǒng)思維發(fā)展定式，對(duì)昌平的整體規(guī)劃進(jìn)行戰(zhàn)略性調(diào)整

應(yīng)深刻反思和總結(jié)將馬池口規(guī)劃定位為京北煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)中心的教訓(xùn)和代價(jià)。鑒于昌平西北部是連綿不斷的山脈屏障，空氣的污染集聚和擴(kuò)散除了面向東南進(jìn)入中心城區(qū)，已無(wú)其他的消納空間。應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變將昌平定位于裝備制造業(yè)、能源制造業(yè)、城區(qū)外遷企業(yè)基地等傳統(tǒng)思維定式，引導(dǎo)發(fā)展教育科研產(chǎn)業(yè)園、旅游觀光業(yè)、低密度生態(tài)住宅產(chǎn)業(yè)等，在土地尤為稀缺的條件下，做好昌平市政設(shè)施和生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)建設(shè)工作，研究與海淀區(qū)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)業(yè)和功能的互補(bǔ)和對(duì)接。

3.3 確立科學(xué)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略，積極爭(zhēng)取有關(guān)生態(tài)補(bǔ)償政策的支持

積極爭(zhēng)取北京市乃至國(guó)家生態(tài)補(bǔ)償政策的支持。南口地區(qū)土地沙化僅靠植樹(shù)造林并不能“一招制敵”，“三高”企業(yè)堅(jiān)決清退、沙坑灘涂生態(tài)修復(fù)、全面規(guī)劃生態(tài)濕地的恢復(fù)和涵養(yǎng)，以及北沙河生態(tài)濕地公園建設(shè)項(xiàng)目的落地，方能從根本上遏制南口地區(qū)土地沙化的趨勢(shì)，從而步入環(huán)境優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)優(yōu)化的良性循環(huán)。

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