近年来，严重的大气雾霾让国人深恶痛绝，也成政府难题。大气污染的起因众说纷纭，主要有“工业排放”、“区域输送”、“燃煤供暖”和“机动车尾气排放”等不同观点。这些观点着重点不同，研究结果也不同，甚至相互矛盾。典型的例子之一是，不同学者发表的论文认为“机动车尾气排放”对大气污染的贡献从4%到42%不等。为了有效治理大气污染，揭晓其真实主因势在必行。
自2013年，国科大化学与化工学院的研究生杨昆昊和何裕建教授等人用三年多的时间完成了“机动车燃油质量及尾气排放与北京市大气污染的相关性”的研究，论文目前发表在《中国科学院大学学报》（2017，34（3）：P304-317；http://journal.ucas.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=12467）。
课题组的研究表明，北京市四种常见品牌的汽油锰含量超标0.5～1.5倍；ZSH、ZSY和S牌汽油的铁含量略超过标准，其中ZSH超标0.42倍；四种常见品牌的汽油铅含量全部超标，最高超标倍数为2.1倍。
课题组测定了北京市不同品牌燃油中硫、氮含量。北京市国V汽油和柴油标准均规定硫含量为10 mg/kg，测定结果显示S牌汽油的硫含量超过了国家标准；ZSH和BD两个柴油样品的硫含量均明显超标，其中ZSH柴油样品超标1倍，BD柴油样品超标高达33倍。北京市售每种燃油样品中均有较高含量的氮，尤其是S牌汽油其含氮量高达1462 mg/kg。无疑，这将产生较多的氮氧化物污染。但遗憾的是，目前我国燃油标准中没有氮含量标准。
国V标准规定，汽油中芳烃含量标准为40%(体积分数)，折合成质量分数约为50%。课题组研究表明，北京市的ZSH、ZSY和FC三种品牌的汽油芳烃含量分别为56.7%、52.3%和77.1%(质量分数)，均不符合国家标准。几年来的随机样品检测结果表明，北京市面上的汽油基本上芳烃含量明显超标，特别以个体经营的加油站质量为劣。
课题组收集了数千个数据，采用统计的方法研究了北京市2013年11月至2015年10月的各主要大气成分污染状况，并估算了汽车尾气污染物排放的贡献率。结果表明，在供暖季，北京市汽车尾气排放的一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）和二氧化硫（SO2）分别占总CO、NO2和SO2排放的30.1%、72.4%和6.6%；在非供暖季，汽车尾气排放的CO、NO2和SO2分别占总CO、NO2和SO2排放的53.3%、74.3%和20.3%，而北京市汽车碳氢颗粒/化合物（HC）排放全年平均分担率约为67.8%。
北京市夏季和冬季的静稳天气的大气边界层高度分别约600米和400米。这是为什么大家感觉夏季空气相对好而冬季差的主要原因。供暖季大气边界层高度的下降及北京市燃煤排放将协同加剧重污染天气的出现。在无风无雨的静稳天气状态下，一周左右的积累，大气污染即可达重度状态。
图1 北京市2013-2015年所有污染源排放导致的大气NO2变化图
图2 北京市2013-2015年所有污染源排放导致的大气SO2变化图
大气污染物的一氧化碳（CO）、硫氧化物（SOx）和一氧化氮（NO）等均为无色；二氧化氮NO2呈棕红色；NO2可活性参与诱导光反应产生臭氧（O3），呈现淡蓝色；大气碳氢颗粒物（HC）主要为灰黑色。这可合理解释雾霾天的大气常呈棕灰色，而有阳光时略带淡蓝色的原因。即，影响大气可见度的污染物主要是NO2和HC，而汽车尾气对NO2的贡献在72.4%-74.3%，对HC的贡献在67.8%！
课题组对PM2.5值进行了定量模拟，得到了较好的经验式，可较准确地预测北京市大气污染情况（图3）。
图3 理论预测北京市大气PM与实际值对照
这项长达三年之久的研究明确指出，燃油质量不达标和汽车尾气排放是北京市大气污染的主要原因。这与上世纪美国洛杉矶的大气污染起因是一致的。这结果令人意外也不意外。
调查得知，北京市的汽车拥有量近600万辆，每天用掉燃油约200万吨，消耗是惊人的。为有效治理北京市大气污染，根据研究结果，课题组提出了如下治理建议：1）合理降低燃油使用量；2）坚决执行对燃油质量的监管与违法问责制，严防不合格燃油进入市场；3）提高燃油芳烃含量标准至国际标准（35%），增补燃油的氮含量标准（<5 mg/kg）；4）实行更加严格的汽车尾气排放标准；5）淘汰老旧车辆，强制要求厂方给汽车配置三元转换器并定期更换，降低尾气污染物（CO、HC和NO2）排放；6）提高供暖燃煤的质量，降低其S、N含量；6）提高供暖燃煤的燃烧效率，降低CO和HC的排放。
参与本课题研究的成员还有夏赞宇、潘龙、龚玲玲、侯琰霖等人，同济大学化学系何芃和中国科学院理化技术研究所钱越英等协助参加了部分工作。课题分别得到了国家自然科学基金、中国科学院大学生创新实践训练计划和中科院化学所科教融合项目的部分经费支持。
何裕建教授是民盟北京市委员会委员、民盟中国科学院委员会副主委、民盟中国科学院大学支部主委、怀柔区第五届人大常委会委员和城市建设与环境保护委员会委员、中国科学院大学归国留学人员联谊会理事。