由于工业排放、煤炭燃烧、汽车尾气等原因，北京以及多座中国大城市的空气污染程度经常超过世界卫生组织制定的健康标准许多倍。
有人可能难以理解中国的空气污染问题为何如此顽固，毕竟中国近年来的治污力度不可谓不大。2013年，网络上甚至冒出了一个新造的英语词来形容北京的严重雾霾——“airpocalypse”，意为“空气末日”。在民众的一片焦虑中，中国政府也出台了大手笔的全国性大气污染防治方案。随着老百姓每天查看空气污染程度预报已经成为了一种习惯，“PM2.5”这个词也走入了千家万户。
首先要承认，2011年以来，中国在降低污染物排放上的确取得了巨大的成功。而且这还是在国民经济持续保持7%以上的增长且煤炭使用量保持稳定的前提之下。比如二氧化硫的总排放量(主要来源是工业和居民燃煤)从2010年的2190万吨下跌到了2014年的1970万吨，与2006年时的2590万吨相比，可以看出中国的二氧化硫排放量一直在稳步下跌。这主要归功于中国对国内发电厂采取了强制脱硫措施。而二氧化氮的排放量(主要来自燃煤和汽车尾气)也从2011年的2400万吨下降至2014年的2080万吨。而这两种气体正是产生大气中含硫、氮颗料(即PM2.5的主要成分)的罪魁祸首。平均来说，全国污染水平已经呈趋平或下降趋势。在北京，PM2.5的平均水平由2012年的每立方米150微克上升到了2013年的162微克，到2015年则下降到了142微克。
那么，如果中国政府果真采取了积极举措治理大气污染，而且全国的平均空气质量也的确有所好转，为什么北京等大城市又接连发布了红色预警呢?政府又应该出台哪些措施进行深入治理?
要回答第一个问题，我们首先要明白一个事实：中国的空气污染问题是受一系列物理和化学因素影响的，这个问题比很多人想象的要复杂得多。首先要把极端空气污染情况与年平均污染水平区分开，虽然前者也会影响后者。尽管红色预警偶有发生，但这与年平均污染水平下降并不矛盾，只要全年其他时间里的污染水平能够下降就可以了。极端污染情况是一个短期事件，通常是由反常的气象条件引起的，比如风力静稳天气。这种气象条件是短暂的，但可能影响大气的化学反应，导致污染水平激增。
在某个区域生成的“雾霾”(主要成份是PM2.5和臭氧)，不仅包括来自于化石燃料燃烧等来源的直接排放，如二氧化硫、二氧化氮等，还包括这些物质与空气中的其它污染物发生化学反应所形成的“二级”污染物，如硫酸盐和硝酸盐颗料物等。
更复杂的是，这些化学反应还会受气象因素的影响。这里的气象因素不仅包括上文提到的静稳天气，还包括相对湿度、云层、逆温等因素。这些物理化学因素在每个地区都不尽一致，科学家尚且难以完全厘清，更不用说政策制定者了。PM2.5的控制在任何国家都是一个循序渐进的过程，需要几十年才能对其产生充分的科学理解，以及出台有效政策进行治理。因为随着国家经济发展方式的变化，问题的本身也在不断变化。
举个例子就可以说明雾霾的化学机制有多复杂，甚至能让辛辛苦苦的治理努力在某种程度上付之东流——我们在大气化学领域的合作专家研究表明，中国虽然成功地削减了二氧化硫的排放量，然而这对华北地区的微量颗料物总量可能毫无影响。因为二氧化硫虽然减少了，另外一种被释放出来的污染物——氨，却通过大气化学反应生成了大量的硝酸氨颗粒。
中国的极端重污染天气主要发生在冬季的北方城市，一般需要比较少见的大气静稳条件(低风速和弱垂直混合)才会发生，这种大气条件又造成了污染物的累积和相互反应。清华大学的科研团队研究表明，PM2.5的辐射反馈也会进一步增强大气的静稳条件——雾霾对光辐射的吸收造成了空气温度的升高，同时降低了地表温度，从而进一步削弱了空气流动，使污染物难以扩散。另外，长期的大气监测数据也表明，东亚地区冬季季风气候模式趋弱、冷锋(即寒流锋面)力度下降以及年平均风速下降等气候因素，可能也是导致冬季华北地区极端重污染天气多发频发的原因之一。
那么，政府下一步应该采取哪些措施呢?上述例子表明，政府应该加大力度降低氮氧化物以及非燃烧性污染物的排放量，比如氨。通过对火电厂的整治，中国在降低氮氧化物排放上已经取得了一些进步，然而随着中国的有车一族越来越多，要想降低汽车尾气的排放却并非易事。如今北京已拥有600余万辆机动车，它们在排放尾气的同时也造成了严重的交通拥堵。虽然北京的公共交通系统也在发展，但要想让更多北京及周边地区的居民放弃开车，或者是转而购买电动汽车，可能还需要实行一些创新政策很多年后才会有效。
另外，人们很少意识到氨也是一种空气污染物，因为它并非是通过燃烧排放的，而主要来自于畜牧业以及化肥的使用。如果政府要对氨排放进行控制，就需要农业部出台一系列新政策。
当然，中国也可以通过使用非化石能源来解决本国的大气污染和气候变化问题。中国在新能源领域的成就早已举世皆知了，在不到10年的时间里，中国的风能发电量已达世界第一，而且仍然在继续大力发展风能。同时，中国的水电发电量几乎翻了三番。目前中国在全球光伏市场上已经处于主宰地位，并且最近又成为了全球第一大太阳能发电国。上周，中国国家能源局宣布，到2020年，中国将向可再生能源领域追加投资3610亿美元。然而由于中国的火电规模实在太大，加之交通运输领域还在持续增长，这些雄心勃勃的计划也只能将非化石燃料占总体能源消费的比例从2014年的12.5%提高至2030年的20%。更何况要想实现这个目标，中国不仅要付出高昂的成本，还要解决一些难度极高的技术挑战，将不太稳定的风能和太阳能整合到不太灵活的由火电主导的电力系统中。
除了技术上的挑战以外，还有一些政策方面的挑战，比如地方政府各行其是、国有行业权力过大等等。举个例子：虽然现有的火电厂的利用率已经出现了下降，而且非化石能源的发电能力也在不断提高，但最近又有100多家火电厂建设项目获得了地方政府的审批。一座新火电厂的运营寿命大约在40年左右，由于中央政府未能有效控制地方决策，这也将给未来中国能源体系向可再生能源转型带来阻碍。这个问题跟中国钢铁行业的产能过剩问题大同小异，中国的钢铁企业大部分都是国有的，这些企业都想通过低价策略销售和出口钢铁，以保证员工就业，所以它们对政府削减过剩产能的做法都很抗拒。因此，中国能否成功降低污染物的排放量，最终要取决于政府能否开辟经济发展的替代途径，并且为烧煤的企业和火电厂提供一种金融方案来关停或减少产能。
雾霾问题给北京带来的政治挑战也是不容忽视的。北京四周都被河北省包围。河北是一个穷省，它的工业部门主要靠煤炭提供能源。河北省的工业排放是北京的主要大气污染物来源，但河北省基本没有什么替代方案能保障这些高污染行业的人员就业。要解开这个死结，就必须创造性地进行改革，并对现有政策做出转变。
上述复杂的科学原理还表明，中国必须加倍努力地研究每个地区空气污染的化学和物理成因。目前，中国政府不仅在国内开展了大量相关研究，同时也鼓励国内科研机构与国外科学家合作研究这一课题。中国可能还得过上几十年才能达到西方发达国家的空气质量，但这些都表明，中国政府已经意识到，国家必须在未来的科技发展上投入重资，以应对雾霾天气给公民健康带来的压力与挑战。
(本文作者Chris Nielsen是哈佛大学中国能源经济环境项目的常务主任。Mun Ho是该项目的一位经济学家，他也是华盛顿未来资源研究所的访问学者。点此查看本文的相关参考文献。)
