雾霾的成因（雾霾大暴发的根本原因）
最近四年，我们利用空气质量监测数据、气象数据、卫星数据等进行大数据分析，参考国内外期刊上的学术论文，与多个大学、科研机构和企业专家建立了研究网络或联合研究小组，连续几年共同研究雾霾成因。本文涉及所有结论都经过多领域对比研究、多来源数据相互验证，并咨询多个专业专家。即使有局部的、细节性的不确定性，但整体结论应该不会存在问题。
本着雾霾治理，匹夫有责的精神，作为雾霾主因研究的“弱势群体”，对可能来自强势部门的质疑，须遵循举证倒置原则，因为共同目标都是为了雾霾治理。执着于让“弱势群体”去企业或城市验证某些结论，而看不到国内外学术期刊上非常多的研究数据和结论，容易让人产生质疑。把雾霾主因和治理方法的讨论定性为技术和管理范畴的探讨，允许有些许帮助的任何人贡献才智，而不是垄断雾霾治理议题，禁止雾霾主因讨论，是管理部门应有的胸怀。
一、对题目的进一步解读
雾霾（大暴发）：统称能见度小于7.5千米（2012年后自动观测标准）或10千米（2012年前的人工观测标准）的霾、雾、轻雾等。本文中2012年之前人工观测数据中，轻雾都属于雾或霾的统计范围。本研究不再区分霾、雾或轻雾，主要是为了避免因为不同概念或通过定义新的概念，掩盖实际的能见度不达标的天数，造成雾霾大爆发前后霾、雾天数不可比的问题。
（雾霾）大暴发：以每年的霾、雾、轻雾等天数做衡量标准，数倍的突变。2001-2011年间雾霾发生的频率是常规变化，山东在30天左右；2012年是湿烟囱为特征的脱硫脱硝烟气排放范式改变的建设年，由于许多企业在进行技术改造，重雾霾天数变化不大，但轻雾天数开始暴增；2013年至今，包括霾、雾和轻雾的能见度较低的天数开始暴增，且一直在200-300天（山东）的高位徘徊，是雾霾大爆发前的7-10倍，不包括轻雾的雾霾天数也连续两年翻番式暴升，北京之外的华北平原区域类似。这几年雾霾治理的成就，主要表现在重雾霾天数降低，PM2.5质量浓度下降50%。
根本原因：在所有导致雾霾天数暴增的原因中占比70%以上，区别于所有其他贡献很小的原因。
燃煤烟气治理：主要指电力和其它行业采用湿法脱硫、氨法脱硝的大型燃煤烟气治理设施，并非指散煤治理的气代煤、电代煤等零散措施。目前这类大型烟气治理设施大多已进行超低排放改造，但排放的可凝结颗粒物（CPM）和氨过量排放等，照样多到在新冠疫情导致其他经济活动近乎停滞时，仍雾霾频发。燃煤产生但不属于烟气治理技术缺陷的污染物，包括在CPM中。
燃煤（烟气治理）：专门指出燃煤，是为了排除其它因素，如天然气、机动车尾气治理、建筑工地扬尘等其他污染源。
（燃煤）烟气治理：专门指出烟气治理，是为了排除煤炭燃烧量、煤炭燃烧技术、发电技术、建筑工地扬尘、机动车数量等其他变量或环节产生的污染。
缺陷：包括污染物排放治理的技术缺陷、标准缺陷和监管缺陷（或管理缺失）。
技术缺陷，如拆除或没有GGH的湿法脱硫使干烟囱全部变成湿烟囱，湿烟气产生大量可凝结颗粒物（CPM），脱硝过量喷氨导致的多种形式氨/铵排放，有水溶性盐的气溶胶或雾滴被机械携带，湿法脱硫的湿烟羽中形成超细颗粒物等，都属于燃煤烟气治理技术缺陷导致。
标准缺陷，如过低的氮氧化物排放标准导致过量的喷氨，最终通过氨/铵等以多种形式排放到大气中。在雾霾爆发时，严格管控氮氧化物排放而导致过量喷氨，过量氨/铵排放导致更严重雾霾，陷入“死循环”。超低排放要求的过低二氧化硫排放标准，也值得商榷。中国北方属于挥发性有机物（VOCs）控制区，过低的氮氧化物排放标准，导致其过快下降，也导致夏季臭氧浓度升高。
监管缺陷（或管理缺失），二氧化硫、氮氧化物、烟尘等常规污染物（简称常规污染物）治理以酸雨为目标，其治理过程中次生CPM、氨/铵过量排放等污染物，导致危害更大的雾霾。监管只关注三项常规污染物及后来加入的VOCs，忽略了次生污染物对雾霾形成的显著影响，疏于对最重要的污染物管理。除了上面提及的CPM、氨排放外，不受限制的水蒸气排放，会加剧低温季节的相对湿度：不受限制的高空热排放会加剧逆温环境的形成；这两项监管缺陷会加剧低温季节时高湿、静稳气象条件的形成，导致雾霾更早、更多、更严重的发生。另外，广泛使用的冷却塔产生的溶解固相物排放，尤其是采用中水、海水、苦咸水、含盐废水作为补充水，为提高节水率而显著提高循环水浓缩倍率的情况下，也向大气提供了可观的氯离子排放量，氯离子本身就是大气中PM2.5无机盐的重要组成部分。同时，氯离子和氮氧化合物形成的硝酰氯，参与大气中的光化学反应，形成氯自由基，对臭氧形成作用显著。
总之。如果没有燃煤烟气治理多种缺陷造成的非常规污染物的无控制排放，雾霾不会大暴发，也不会持续到现在。
二、2013年中国北方暴发大雾霾并持续至今，是可以确认的事实
首先简要梳理一下电厂和工业燃煤烟气治理的演变过程。
1、2001-2006年：PM2.5质量浓度与煤炭消费量同步上升阶段，PM2.5、二氧化硫、氮氧化物等迅速上升
在这一阶段，随着中国加入WTO，经济快速发展，煤炭消费量快速上升。而PM2.5质量浓度，根据卫星灯光数据和专家数据，也近乎同步迅速上升。卫星捕捉到的华北平原的霾，也从淡淡的霾逐渐变为浓重的霾。2006年成为二氧化硫、烟尘、PM10、PM2.5的峰值年。
由于没有相应的烟气治理措施，煤炭消费在这一阶段与PM2.5质量浓度有很强的因果关系，并同步增长。这一阶段抓控煤的话，就能够明显遏制PM2.5质量浓度的增长。
2、2007-2012：PM2.5质量浓度与煤炭消费量脱钩阶段，脱硫除尘加价政策起了决定性作用
2007年开始，脱硫除尘加价政策作用显现，二氧化硫排放量大幅度下降，卫星灯光数据推算和专家推算的PM2.5质量浓度不再伴随煤炭消费量的上升而上升，而是进入徘徊中逐渐下降的通道。实现这个脱钩，应该说是很重要的胜利。
如果2006年的趋势继续下去，以能见度为代表的雾、霾天数增加，也应该会很快到来，尽管可能与现在的雾霾性质不同，导致的原因不同，更可能是渐变，而不是突变。
这一阶段PM2.5质量浓度与煤炭消费量已经脱钩，抓控煤对遏制PM2.5质量浓度的增长已经开始没有多大效果。
图1 煤炭消费量与PM2.5质量浓度的变化趋势
（图1中PM2.5排放量系根据贺克斌院士图截取的全国数据，煤炭消费量为山东省数据，2000-2006年二者同向变化，2006年之后二者脱钩。山东省PM2.5排放量或质量浓度变化趋势与全国的类似）
3、2013至今：雾霾大暴发并持续阶段，霾、雾和轻雾天数高位徘徊，尽管重雾霾天数下降，PM2.5质量浓度下降50%
进入2013年初，雾霾在华北平原大暴发。2013年1月北京连续25天雾霾。国内外新闻媒体记录了大雾霾的可怕情形。最大的几次雾霾弥漫多个省，横跨上千公里。
这一阶段抓控煤，对PM2.5质量浓度下降50%没有多大贡献，因为上一阶段就脱钩了。散煤治理对PM2.5质量浓度下降应该是作用不小，但散煤燃烧量相对较小，在雾霾大暴发前可能更多，不可能导致雾霾大爆发。
4、以山东为例，2013年和2014年霾和雾的天数连续两年翻番式暴升，能见度低的总天数在雾霾大暴发之后至今没有多少下降。
图2 山东省雾霾天数变化趋势
（图2为几个典型时间段霾和雾日数平均值。2012年后不包括新设的轻雾日数，2011年前为人工观测值，包括能见度小于10千米的轻雾天数）
如果考虑雾霾大暴发后新定义的轻雾（相当于雾霾大暴发之前的雾或霾）天数，2012年后最高年份相当于2001-2011年霾、雾平均天数的10倍暴升，令人难以置信，且持续至今，没有大的下降。
5、铁腕治霾取得一些成绩，但雾霾至今依旧，只是蓝天有所增加，重雾霾天数有较大下降，PM2.5质量浓度下降50%
华北平原在经过8年的铁腕治理后，在超低排放改造、停产限产、大量关闭小散乱污企业、气代煤电代煤等治霾措施下，重雾霾天数有较大下降，PM2.5质量浓度下降50%。只是强调后两者数字变化作为大气治理的成绩，看不到令人难以置信的能见度低的霾、雾和轻雾（轻霾）天数高位徘徊，会导致重大的决策失误。
在北京以外的华北平原城市，在高楼或视野开阔的其他地方，看远处灰蒙蒙是常态。只有在雨雪或大风、降温之后才有几天能见度高的蓝天白云，才似乎回到了雾霾大暴发之前。
山东省发改和环保部门2020年比往年都努力的控煤和监督企业达标排放，当年减煤3800万吨或6000万吨。而大气十条实施期间5年减2000万吨的任务或十三五前4年都没有减下来几吨。但是，山东省的能见度2019年没有明显改善，2020年也差不多，没有收到预期效果，主要还是没有对症下药。
6、以雾霾频发为表征的环境容量大幅降低，是由于非常规污染物浓度和排放量暴升，而常规污染物排放同期大幅度下降，二者由于烟气治理设施的缺陷而成为表面上的因果关系