京津冀城市群受高浓度污染物排放和不良扩散天气条件的影响，区域大气环境质量与污染治理一直备受关注。2013年国务院发布的《大气污染防治行动计划》明确要求，到2017年京津冀区域PM2.5浓度平均下降25％左右。秋冬季燃煤排放的有效控制是实现这一目标的关键。2016年2月国家环保部在《京津冀大气污染防治强化措施（2016-2017年）》中提出将京昆高速以东，荣乌高速以北，天津、保定、廊坊市与北京接壤的区县之间区域划定为禁煤区（约10,000km2）；2017年10月底前，完成对禁煤区内散乱污企业的清理，完成农村散煤清洁化替代和燃煤锅炉窑炉“清零”任务。国家能源使用统计结果，2016年京津冀煤炭消费量为9928万吨，2017年煤炭消费量降低了10.2%，约1014万吨；其中，工业用煤下降529万吨，家庭和其他散煤下降485万吨，河北为京津冀区域煤炭消费下降量贡献60%。

　　在国家重点研发计划课题（2016YFC0202001）与中科院战略先导专项任务（XDA23020301）等项目资助下，我所辛金元研究员团队于2016-2019年在我国东部区域开展大气环境关键要素同步观测实验，系统解析了京津冀区域禁煤区设立前后2016、2017年秋冬季细颗粒物（PM2.5）和金属元素（Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Ba、Tl和Pb）浓度和来源的变化。研究结果表明，禁煤区设立后， 2017年秋冬季PM2.5浓度和PM2.5中元素浓度的降低率分别高达63.5%和43.0%，区域空气质量提升效率远高于煤炭消费下降率10.2%。同时，重金属元素的致癌风险降低了36.3%，非致癌风险降低了49.3%。利用PMF方法解析PM2.5中20种金属元素来源发现，2017年北京地区的燃煤排放量比上一年降低了60.3%，降低幅度最大；其他地区燃煤源的相对占比没有下降，但2017年金属元素总浓度下降，实际的燃煤排放量降低了13.5-36.8%（图1）。PM2.5中的重金属元素可通过呼吸系统影响人体健康，通过健康风险评价模型的评估发现Cr、As、Cd在京津冀地区具有潜在的致癌风险，Ni元素不具有致癌风险，禁煤区设立后，燃煤源的致癌风险降低了30.7-48.3%（图2）。研究结果再次揭示了大气污染排放管控与大气PM2.5浓度下降的非线性关系，当污染排放总量控制达到一定水平，不足以激发大气污染与边界层稳定结构的反馈过程，区域大气的自净能力可高效扩散降低PM2.5浓度；针对快速发展中的城市与城市群区域，科学地设立禁煤区、严控散煤排放，可高效地提升区域环境质量和民众健康效益。

图1：禁煤区设立前后2016年（a）和2017年（b）秋冬季京津冀典型地区PM2.5中金属元素浓度变化与来源解析。饼图的面积代表20种元素总浓度。

图2：京津冀地区禁煤区设立前后2016、2017年秋冬季PM2.5中金属元素的致癌风险（a）和非致癌风险（b）。其中扇形面积的大小代表风险的高低。

图3：京津冀区域禁煤区设立的显著环境效益与健康效益

　　Citation：

　　Ruirui Si; Jinyuan Xin; Wenyu Zhang; Tianxue Wen; Shihong Li; Yining Ma; Xinrui Wu; Yukun Cao; Xiaojuan Xu; Hairong Tang; Jing Xu; Xingru Li; Yuesi Wang; Fangkun Wu (2021). Environmental and health benefits of establishing a coal banning area in the Beijing-Tianjin-Hebei region of China. Atmospheric Environment, 247, 118191. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118191