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清洁空气法案的故事

看图,这是加拿大科学家 Aaron van Donkelaar 与 Randall Martin用NASA卫星遥感数据做出的图,相关文章发表在《环境健康与展望》上。该研究首次把全世界的PM2.5状况来了个大曝光,抛开遥感数据在预测PM2.5上的技术细节不谈,相信大家都看到那个红得发紫的地方了吧。别紧张,打开随意一个预报空气质量的网站查下数据,80在我国不算严重污染的,超过75不到115那叫轻度污染(新标准,老标准里只有PM10的)。另外这是2001到2006年的数据,那年头各位可能还没听说过PM2.5是个啥,没关系,现在我们已经知道了,这是中国人民的老朋友。

Coursera上开了一门讲化学品与健康的课,这周讲到了米帝的清洁空气法案,这里以史为鉴的聊聊。环境口科班出身不知道八大污染事件的应该比较少,那八个在我印象中带着译制片翻译腔的事件中有五个是大气污染相关的,两个是重金属,一个隶属持久性有机污染范畴。所以,翻旧账的话我们今天的空气不过老牌资本主义国家几十年前的重演,在那个电话跟电报是主流通讯手段的时代,没有那么多的数据让你早上起来一看就心情变坏。所不同的是,我们大概已经清楚自己处在一个几十年后被认为严重环境污染事件之中,用老掉牙的话说就是:

生活中只有一种英雄主义,那就是在认清生活真相之后依然热爱生活。——罗曼•罗兰

其实不管装不装英雄,热不热爱生活,反正真相已经满朋友圈都是了,躲都躲不开。那就看看危害吧:

这是10年导致疾病外在风险的前20及其对寿命的影响的图示,该研究发表于《柳叶刀》,顺带一提,有晚上睡不着的同学可以数数这篇文章的作者。睡得着的我们看看那两个箭头,一个是室内固体燃料燃烧造成的空气污染(做个烧煤的厨子也是要折寿的),另一个是室外颗粒物污染,这哥俩都进了前十。所以基于数据我们可以说空气污染不是好东西。

但一开始我们只能看到污染问题或事件,对其研究又是如何进行的呢?我们看看米帝走的路:

这也是环境科学的研究历史概述,一开始大家都是做调查看现象去确认究竟某种污染物是否产生了危害。有人会说都死人了还说这没用的,但科学研究要求严谨,要控制变量去从现象数据中提炼主要因素去控制,去进行实验室随机试验,这样的结果大概是科研人员认为靠谱的。第二阶段是相关毒理学研究与暴露评价,确定污染组分的效应与环境暴露水平,基于此进行风险评价。这里要说清楚,确定某种污染物的环境暴露水平与危害是科学问题,但风险评价不是自然科学问题,属于决策与管理问题。第三阶段就着手控制了,这一阶段要解决来源问题,另一个需要解决的问题就是复合毒性问题,也就是说你搞清了其中一种或几种组分的危害,他们实际是否能产生危害是需要另外考察的,可能有增强,也可能有拮抗。

米帝在这个过程中就通过了《清洁空气法案》,制定了一系列的标准来阻止空气污染,这个法案算的上科技导向的典范,法案中明确规定各州政府与联邦环保署(EPA)要参照最新的科研成果,现在你去EPA网站转转,你关心的环境问题或污染物大都有专题介绍,下面会有一列参考文献与数据图表都印证了科技导向的原则。你可以自行对比下环保部的网站,你大概可以找到不少验收报告列表,但单纯把项目报告没有整合的放到一个分类下很形式化,专业程度也很差。我们的科学家在政府资助下明明发表了很多高水平文章,却没有把这些发现很好的展示出来,结论都让别的国家拿去借鉴了。法案是不断修订的,也就是具备反馈作用,方法有效果就坚持,与时俱进也很重要,毕竟技术进步每天都在发生。

那么这个《清洁空气法案》究竟管不管用?要知道有标准就有牺牲,实用观点上看不能做亏本的买卖。结果如下:

我们可以看到,米帝的GDP,人口,能源消费,机动车都增长了,但氮氧化物,硫氧化物,一氧化碳及挥发性有机物的排放都下降了。其实不止米帝,你有兴趣可以查下我国的这20年的数据,也是下降的,除了PM2.5跟PM10。因为国内控硫控硝其实开展的也不晚,技术上也有保障,但这PM10与PM2.5的控制技术其实技术也应该是成熟的,但估计经济上不合算或现行产业能源结构有问题,但从前景看,只要法规严格,还是很不错的。

但标准都是有假设的,浓度越低影响越小,但这个正相关是不是线性还是需要研究的,这又回到了风险评价,现行清洁空气法案修正的难点也在这里:

降低同样浓度降低的风险在不同浓度尺度下是不一样的,这笔账一般是决策者自己去算,里面的文章比较多。

最后来点直观的数据:

这是米帝,三三,天朝2010年因颗粒物污染致死的数据,123万,且不论数据真实性,我们确乎已经在一个严重的污染的历史事件之中了。

现在北京空气污染指数195,窗外朦胧,这个无风无雨无奥运的周末又出不去了。

(图片主要来自课程讲义与相关论文)

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10月26日凌晨补充

这篇吐槽写于上周五,一个周没动静,到了这周五突然收到关注,里面确实有不严谨的地方,恕不一一回复,前面有一篇雾霾问答可供参考,以下重点回复几个疑问:

1 关于致死人数

该图下方有数据出处,我也有怀疑,因为没有看到同行评议的论文支持也不能多说什么。个人观点,即使不看另外两国数据,这个数字也不算小了。

2 关于法案的作用

欧美这些年污染物降下来不见得是技术多好,监管多严,一个重要因素是产业结构变了,污染大户都转到别的国家了,所以清洁空气法案的作用要放到大环境下看,我主要是很欣赏EPA科技导向的原则。

3 哪种污染更严重

我之前回答过关于地下水砷污染的问题,老实说,科研人员想拿钱做研究都会把自己的研究领域说的危害巨大才能引起重视拿到经费,这点国内国外都一样,把其中危害摘一段给媒体渲染下就可能失真。水,气,土壤都是环境介质,产生危害的是其中某些污染物的单独或联合作用,所以老生常谈的话就是剂量决定效应。这里的剂量是指污染物的暴露剂量而不是含量,有些污染物毒性很高但一进入环境就降解了,还有些本身毒性不高但一降解毒性就高了,还有些浓度高但生物有效性低,所以问题很复杂,得具体去看。

4 氮氧化物一氧化氮的控制

燃煤脱硫脱硝与汽车尾气脱硝等技术确实在国内是推行的,相信很多人是有体会的,这些指标都是单一成分,技术专一性强,相对容易。PM2.5它就不是一个成分固定的东西,更麻烦的是它属于二次污染物,也就是很多一次污染物在外界环境相对应的气象条件下转化生成的,所以控制这玩意机理复杂,目前搞不清。至于说PM2.5源控制技术是否成熟,我没做过深入调查,结论可能有问题。

5 PM2.5的纬度问题

观察很仔细,你有兴趣可以去看下原文。个人观点,由于PM2.5生成需要外部气象条件允许,有些地方如热带地区可能自然清除可能比较快,还有些地方例如撒哈拉那里的PM2.5基本来自沙漠扬尘,跟工业国家产生的PM2.5成分不一样,排除掉同一纬度有沙漠的地方剩下的基本都在工业区了。

6 关于环境伦理

这个我了解不多,但如果没有技术进步,自然环境是无法负担太多的人类需求的。技术受限下,你不太可能同时享受高能耗的现代生活与优良的环境质量。如果能耗意味着环境质量的下降,那么这是一个零和博弈,你享受了就有人享受不到。现在基本是发达国家在享受,而技术进步的话,是有可能都享受得到的。但仅仅技术进步也不够,还得考虑经济什么的,也是个说不清的问题。

本人水平有限,各位如从事相关研究还请赐教,谢谢!