大气科学是一门古老的学科。有关天气、气候知识起源于长久的生产劳动和社会生活的经验之中。早在渔猎时代和农业时代，人们就逐渐积累起有关天气、气候变化的知识。中国在公元前 2世纪见于《淮南子·天文训》和《逸周书·时训解》的二十四节气和七十二候，就是从生产和生活实践中总结出来的，它又被用来指导农事活动。后来的工农业生产活动,军事活动，航海、航空、航天活动，以及对海洋、冰川、高原、空间等考察的发展，都为大气科学不断提出新的课题，推动着大气科学的发展。

17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的。17～18世纪，由于物理学和化学的发展，温度、气压、风和湿度等测量仪器的陆续发明,氮、氧等元素的相继发现，为人类定量地认识大气的组成、大气的运动等创造了条件。于是，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段。这是大气科学发展进程中的一次飞跃。1820年，在气压、温度、湿度、风等气象要素的测定和气象观测站网逐步建立的条件下，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开创了近代天气分析和天气预报方法，为大气科学向理论研究发展开辟了途径。这是大气科学发展史上的又一次飞跃。1835年科里奥利力的概念和1857年C.H.D.白贝罗提出的风和气压的关系，成为地球大气动力学和天气分析的基石。1920年前后，气象学家J.皮耶克尼斯、H.索尔贝格和T.H.P.伯杰龙等提出的锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预报1～2天以后的天气变化奠定了理论基础。1783年，法国J.A.C.查理制成了携带探测气象要素仪器的氢气气球。20世纪30年代无线电探空仪开始普遍使用，这就能够了解大气的铅直结构，真正三度空间的大气科学研究从此开始。根据探空资料绘制的高空天气图,发现了大气长波。1939年气象学家C.-G.罗斯比提出了长波动力学，并由此引出了位势涡度理论（见大气动力方程）。这不仅使有理论依据的天气预报期限延伸到3～4天，而且为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。1946年I.朗缪尔、V.J.谢弗和B.冯内古特的“播云”试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧化碳或碘化银,可以使云中的过冷水滴冰晶化，增加云中的冰晶数目，促进降水，从此进入了人工影响天气的试验阶段。
大气科学在很长的发展过程中，先是以气候学、天气学、大气热力学和动力学问题以及大气中的声、光、电等物理现象为主要研究内容，传统称为气象学。随着现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展。50年代以前，大气科学虽然取得了很大的进展，但因受海洋、沙漠等人烟稀少地区缺乏资料的限制以及计算上的困难，还不能摆脱定性或半定性的研究状态。50年代以后，各种新技术特别是电子计算机和气象卫星的采用，大气科学有了突飞猛进的发展，20世纪60年代以后，大气科学术语的应用日益广泛，大大扩充了传统气象学的研究内容。由于各种新技术特别是电子计算机和气象卫星的采用，大气科学有了突飞猛进的发展，主要表现在以下两个方面：
①不断采用新的探测技术，使大气科学进入了宏观越宏、微观越微的新阶段。由于采用气象卫星、气象火箭和激光、微波、红外等遥感探测手段，对大气的观测能力增强了，观测空间扩展了。气象卫星在大气层外探测大气，不仅加大了观测范围，而且极大地丰富了观测内容，如广阔洋面的温度、云的微观结构、大气辐射平衡等。气象卫星已成为现代大气科学发展的支柱之一。
②电子计算机的使用，使大气科学研究进入了定量实验研究的新阶段。大气中各类过程的相互影响，以及大气现象中的跃变形式（如飑线），都存在非常复杂的非线性问题。大型高速电子计算机的问世，为解非线性方程提供了条件。要了解几星期、几个月甚至一年以后的大气可能出现的状态，也需依靠高速计算机获取和处理全球资料，以全球模式进行天气预报和气候预测。电子计算机是现代大气科学发展的另一个支柱。
大气科学的迅猛发展正方兴未艾。随着世界气候计划及其他专项计划的执行,在常规观测系统的基础上，将更多地运用气象卫星、海洋观测卫星、多普勒雷达和各种特殊装备的飞机等多种探测手段，以及新的大气化学观测和分析方法，进行各种特殊项目的观测，如海面高度、太阳常数、云和辐射的反馈、近海面风力、土壤湿度、碳循环等。通过以上观测和计划的执行，将对气候变化和中小尺度天气系统的精细结构及其发生发展原因有更加广泛和深入的研究，研究成果将不断提高对灾害性天气预报的水平，不断预示人类活动对气候影响的可能后果，以防患于未然。如由人类活动造成大气中甲烷和一氧化二氮等微量气体含量的增加而引起的大气温室效应，据估计，可能很快达大气中二氧化碳所引起的温室效应的一半。这些温室效应的总效果可能导致地球气候发生很大变化。对温室效应气体和大气污染等问题的深入研究，使得过去有一定忽略的大气化学的重要性越来越显著，大气化学将会更加迅速地发展。总之，人类生产和生活的发展,将不断提出新的问题和要求，推动大气科学新理论和新分支的发展。大气科学新的发展，必将不断提高它为生产和生活服务的能力，如提高天气和气候预报的准确率、为开发利用气象资源和制定经济政策提供更加可靠的科学依据等，其经济效益和社会效益将不可估量。
总之，人类生产和生活的发展，将不断向大气科学提出新的问题和要求，推动大气科学新理论和新分支的发展。大气科学的新发展，必将不断提高它为生产和生活服务的能力，如提高天气和气候预报的准确率，为开发利用气候资源、制定发展战略和经济政策提供更加可靠的科学依据。

目前我国的大气污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物和烟（粉）尘，它们也是形成 PM2.5 的最重要的组成部分，拉长时间周期，以年为单位重新审视大气污染物排放的治理情况：烟（粉）尘、二氧化硫和氮氧化物的排放量均在减少。

    （1 ） 二氧化硫：2007 年至今，受益于电厂、钢铁、石化等工业污染源的脱硫设施的覆盖率逐渐提升，全国二氧化硫排放量基本呈现逐渐减少的趋势，2015 年排放量为 1852 万吨，较 2007 年减少 25%。

    （2 ） 氮氧化物：氮氧化物的排放量在 2011 年达到顶点（年排放量为 2404 万吨），“十二五“电厂脱硝、非电领域低氮燃烧技术推广后，氮氧化物的排放量开始逐渐减少，2015年排放量为 1851 万吨，较 2011 年减少 23%。

    （3 ） 烟（粉）尘：烟（粉）尘包含燃烧烟尘、工业粉尘和建筑工地、道路扬尘，从长期来看，烟（粉）尘的减排不明显，2015 年的排放量与 2008 年相当。
“十一五“和”十二五“这十年间，二氧化硫、氮氧化物的减排效果明显，烟（粉）尘则稍显逊色，但从”十二五“末至今的政策和执行层面看，燃煤电厂全国范围内的”超低排放“改造；关停小型工业锅炉，并施行”煤改气“、”煤改电“；环保督查全面展开，基本呈现了严要求+强监管的态势，未来仍有较大的减排空间。根据《“十三五”节能减排综合工作方案》的目标，到 2020 年，全国二氧化硫、氮氧化物排放总量控制在 1580 万吨、1574 万吨以内，预计较 2015 年将分别下降15%和 15%。

全国烟（粉）尘、二氧化硫、氮氧化物排放量（万吨）及同比增速（%）

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    相关报告：智研咨询发布的《2018-2024年中国大气治理行业市场深度调查及未来前景预测报告》

    “十二五”期间，火电行业已基本完成脱硫脱硝设施的安装，截止到 2015 年底，我国 6000 千瓦及以上燃煤电厂的总装机量为 9.9 亿千瓦，脱硫和脱硝装机容量分别为 8.2 和 8.5 亿千瓦，渗透率分别达到 83%和 86%。

燃煤电厂脱硫、脱硝装机容量（亿千瓦）及覆盖率

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    根据国家能源局和环保部的统计数据，2015 年全国燃煤电厂完成超净排放改造 1.4 亿千瓦，2016年目标完成 2.5 亿千瓦的改造，由于北京、河北等地区先于全国其他地区启动超净排放改造，因此假设全国 2015 年前已完成 0.5 亿千瓦装机的改造，则 2014-2016 年全国完成超净排放改造的装机约为 4.4 亿千瓦。因此到 2017 年底，全国累计完成改造的装机将过半，超过 5.5 亿千瓦。

    非电行业大气污染治理整体上在“十二五”期间已具有一定的基础，但从各个细分行业排放标准上看，无论是污染物控制指标的数量还是排放的浓度限值，与电力行业的超净排放标准相比，都具有较大的提升空间。

    （1） 钢铁行业环保部出台的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB 28662-2012）
已经于 2012 年 10 月 1 日正式实施。根据《2015 中国环境状况公报》的统计结果显示，从2010 年至 2015 年，安装脱硫设施的钢铁烧结机面积已经由 2.9 万平方米增加至 13.8 万平方米，安装率由 19%增加至 88%。颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的特别排放限值分别是 40，180，300 mg/m 3 。

    （2） 水泥行业的最新标准是在《大气污染防治行动计划》“大气十条”发布以后出台的，《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）已于 2014 年 3 月 1 日正式实施，新建企业自 2014 年 3 月 1 日起，现有企业自 2015 年 7 月 1 日起，其大气污染物排放控制按最新标准执行，同时重点区域企业执行特别排放限值。从 2010-2015 年，安装脱硝设施的新型干法水泥生产线已由 0 增加至 16 亿吨，安装率达到 92%。水泥窑及窑尾余热利用系统的颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的特别排放限值分别是 20，100，320 mg/m 3 ，烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机的颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的特别排放限值分别是 20，400，300 mg/m 3 。

    （3） 环保部发布的《平板玻璃工业大气污染物排放标准》（GB 26453-2011）已经于 2011 年10 月 1 日正式实施。截止到 2015 年底，安装脱硝设施的平板玻璃生产线为 10.6 万吨/日，安装率达到 57%。新建玻璃熔窑的颗粒物，二氧化硫，氮氧化物的排放标准分别是 50，400，700 mg/m 3 。

    在过去的 5-7 年间，燃煤电厂的大气治理经历了从脱硫到脱硝，再到全国超净排放的发展阶段，而非电行业的大气治理远远滞后于电力行业。制约非电行业发展的最核心的因素还是企业的盈利状况，环保投资作为企业的成本端，在微利或者亏损的情况下，行业范围内的污染治理和提标改造缺乏其现实基础，企业增加环保的资本开支的意愿较差。因此在 2010-2015 年间，这一阶段更多的是完成非电行业的环保设施从无到有的过程，但比起电力行业（尤其是电力行业大气治理还有电价补贴），非电的大气治理订单显然不是优质项目，再看清新环境、龙净环保、菲达环保、远达环保等主要的大气治理工程公司，来自非电行业的订单的比例在 2016 年前始终维持在一个相对较低的水平。

    在 2013-2015 年间，下游周期行业的整体盈利状况持续下滑，甚至出现过某些行业全行亏损的状况。但进入 2016 年后，在中央的供给侧改革和环保督查的大背景下，钢铁、金属冶炼、水泥、煤炭等周期行业的盈利状况大幅改善，从各大公司的中报情况来看，2017 年或是钢铁、煤炭、金属冶炼等行业最近 10 年来盈利状况最好的年份，这也为下游行业的大气治理的升级改造提供了现实的经济基础。

燃煤发电行业脱硫脱硝除尘补贴

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    这一轮的大气治理的直接催化剂可以认为是 2016 年底至 2017 年初的供暖季，全国（尤其是华北地区）出现的不同程度的雾霾天气。在 2016 年 12 月 17 日至 2017 年 1 月 7 日大约 20 天时间里，北京市一共出现 14 天的重雾霾，其中 12 月 17 日-21 日 5 天，12 月 30 日至 1 月 7 日连续长达 9天，这也是2014年以后持续时间最长的一次重雾霾污染现象，给人以非常恶劣的的直接感观体验，严重威胁身体健康。环保部发布的 2017 年 1-7 月重点区域和城市空气质量状况显示，京津冀区域13 个城市 1-7 月，平均优良天数比例为 50.6%，同比下降 6.8 个百分点。PM2.5 浓度为 69 微克/立方米，同比上升 11.3%，主要是由于 1-2 月份的重污染过程对于上半年的 PM2.5 浓度贡献大。过去三年（2014-2016 年）北京市年平均 PM2.5 浓度分别是 85，80 和 73 微克/立方米，《大气污染防治行动计划》（“大气十条”）要求到 2017 年，京津冀细颗粒物浓度要下降 25%，其中北京市细颗粒物年均浓度控制在 60 微克/立方米左右，完成目标需较 2016 年同比下降 18%。北京市2017年 1-7 月份 PM2.5 平均浓度为 64 微克/立方米，因此下半年将继续维持强监管和高标准的政策环境。

    2017 年 3 月，环保部发布《京津冀及周边地区 2017 年大气污染防治工作方案》， 规定 9 月底前，“2+26”城市行政区域内所有钢铁、燃煤锅炉排放的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物大气污染物执行特别排放限值。每个城市完成 5-10 万户煤改气、煤改电工程。2017 年 6 月，《关于京津冀及周边地区执行大气污染物特别排放限值的公告（征求意见稿）》出台，首次提出对钢铁、建材、火电、锅炉、焦化、石化和油品储运销等多个行业的无组织排放控制措施要求，同时大幅提高钢铁行业大气污染物特别排放限值要求，并新增平板玻璃、陶瓷、砖瓦工业的特别排放限值。2017 年 8月，环保部发布《京津冀及周边地区 2017-2018 年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动量化问责规定》，规定了“2+26”城市有关党政领导干部在大气污染综合治理工作中失职失责行为的问责工作。

钢铁、平板玻璃、陶瓷和砖瓦工业大气污染物特别排放限值

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    近年来环保部发布的一系列的政策法规是针对京津冀雾霾污染防治，非电行业的大气治理的重要的参考依据，而 2016 年以来的四轮中央环保督察则是给政策法规的落地提供了最现实的执行力。之前出于税收和就业的考虑，地方政府对于工业企业的排污现象的监管和处罚并不到位，同时有别于燃煤电厂，非电行业民营企业占比高，在环保设施的投入和维护方面的主动性相对不高，但区别于过去主要针对企业的监管和处罚，中央环保督察将环保纳入地方政府政绩考核，重点为“督政”，强调“党政同责”、“一岗双责”，对处理不及时、不到位的环保问题及时追责。因此经过这一轮全国性的中央环保督察以后，数万家企业被责令整改和关停，这表明了环保部和地方政府对于违法排污的零容忍的态度。为了提升环境质量，同时倒逼产业升级，此次非电行业大气治理的广度和深度有望持续超预期。

中央环保督查范围

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各批次环保督查结办、处理情况

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    2017 年 6 月，环保部发布关于征求《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》等 20 项国家污染物排放标准修改单（征求意见稿）意见的函，对多个工业行业全面增加无组织排放控制措施要求。同时修改钢铁行业大气污染物特别排放限值，修改平板玻璃、陶瓷行业的大气污染物排放标准，增加大气污染物特别排放限值。“征求意见稿”要求京津冀“2+26”城市于 2018 年 6 月 1 日起执行新的大气污染物特别排放限值。同时要求石化、化工、有色、水泥以及锅炉等排放标准中已有特别排放限值要求的行业，自 2017 年 10 月 1 日起，执行大气污染物特别排放限值。

    此次非电行业大气治理的提标改造时间紧、任务重，短期（至 2018 年底）市场规模约为 300 亿元，远期全国市场可达 850-890 亿元。

    （1） 钢铁行业

    目前全国现有烧结机约 900 台，烧结机面积约 11.6 万 m 2 ，其中 90-180 m 2 烧结机约 500 台，烧结机面积约 5.2 万 m 2 ，180 m 2 以上烧结机约 400 台，烧结机面积约 6.4 万 m 2 。按照烧结机面积平均为 180 m 2 ，若采用电除尘+半干法脱硫除尘+中温 SCR 协同净化工艺，污染治理设施投资约 8200 万元，则全国的投资空间为 528 亿元。京津冀 2+26 城市的钢铁烧结机的数量占全国 40%，京津冀地区市场空间为 211.2 亿元。

    （2） 平板玻璃

    2016 年，我国平板玻璃产量 7.74 亿重量箱，占世界平板玻璃产量的 51%。我国现有平板玻璃企业 222 家，年生产能力 14.1 亿重量箱。按玻璃熔窑的平均规模为 600 t/d 计算，采用“SCR脱硝+湿法脱硫+湿电除尘”技术路线，大气污染治理设施投资为 1400-1800 万元，在现有环保治理设施基础上进行改造的，预计改造费用 600-1000 万元。则全国的改造市场约为19.7-32.8 亿元，京津冀及周边“2+26”城市集中了近 30%的产能，因此京津冀的市场空间为 5.9-9.8 亿元。

（3） 陶瓷工业

    我国是陶瓷生产大国，建筑、卫生、日用陶瓷产量多年居世界第一。据 2016 年统计，全行业约有建筑陶瓷生产线 3400 多条，年产建筑陶瓷 102.64 亿 m 2 ，占世界总产量 2/3；卫生陶瓷隧道窑生产线 200 多条，梭式窑近千座，年产卫生陶瓷 2.27 亿件，占世界总产量近一半；年产日用陶瓷 400 多亿件，占世界总产量 60%以上。陶瓷生产企业需要投入袋式除尘、湿法脱硫、湿电除尘、喷雾干燥塔脱硝等，一条陶瓷生产线的大气污染治理设施投资在 600 万元以上，则全国的投资市场为 204 亿元，假设改造的成本是新建投资的 50%，京津冀的生产线占全国的比例为 30%，则全国的改造空间为 102 亿元，京津冀改造市场为 30.6 亿元。

（4） 砖瓦工业

    我国现有砖瓦企业中隧道窑企业约 1 万家，隧道窑约 2 万条，有些早期建设的断面在 4.6 米以下的隧道窑也逐渐落后面临淘汰，可以改造的隧道窑按 1 万条计，一条窑的脱硫除尘设施投资约为 320-350 万元，由于从目前安装的环保设施看，多数采用的是设施简陋、投资和运行费用低的脱硫除尘一体化技术，因此假设改造成本约占新建投资的 60%，京津冀占全国的比例为 20%，则全国的改造空间为 192-210 亿元，京津冀改造市场为 38.4-42 亿元。