PM2.5與臭氧“按下葫蘆浮起瓢”？這可咋整｜深度

大氣網(wǎng)訊:通過持續(xù)治理，令人呼吸困難的PM2.5污染已經(jīng)有了明顯好轉(zhuǎn)。

但如同那句俗話“按下葫蘆浮起瓢”——臭氧污染卻在悄無聲息地抬頭。

一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的PM2.5會(huì)抑制臭氧污染，而隨著PM2.5濃度逐漸降低，對(duì)臭氧污染的控制更應(yīng)受到重視。

如何協(xié)同治理PM2.5與臭氧污染？我們應(yīng)采取什么樣的策略？

本期嘉賓：哈佛-南信大空氣質(zhì)量和氣候聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)

PM2.5受控 臭氧抬頭

回望2013年，國務(wù)院出臺(tái)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出了到2017年可吸入顆粒物濃度的控制目標(biāo)，北京、上海等多個(gè)城市隨即出臺(tái)《清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》（2013-2017）。

一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的對(duì)PM2.5的圍剿隨之展開。這一行動(dòng)將PM2.5定位為對(duì)公眾健康的最緊急威脅，其主要控制排放的重點(diǎn)是燃煤產(chǎn)生的一次顆粒物和二氧化硫（SO2）。

如今五年早已過去，今天，我國城市地區(qū)的PM2.5濃度下降了30-40％，可謂成果顯著。

但與此同時(shí)，地表臭氧濃度卻一再增加。

2018年5月全國367個(gè)臭氧監(jiān)測(cè)城市8小時(shí)滑動(dòng)平均超標(biāo)天數(shù)分布圖（數(shù)據(jù)來自生態(tài)環(huán)境部）

臭氧污染對(duì)人體健康、植被、農(nóng)作物和建筑物均造成了不同程度的不良影響。

圖解由新華網(wǎng)數(shù)據(jù)新聞部與中國氣象網(wǎng)聯(lián)合出品

空氣中的臭氧主要來自氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的光化學(xué)氧化。

2013-2017年期間，中國人為排放的氮氧化物減少了20％，而揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放增加了2％。顯然，僅有排放趨勢(shì)不能解釋臭氧的增加。

研究者將目光聚集了到PM2.5的下降上，使用數(shù)值模型模擬后，他們發(fā)現(xiàn)，臭氧的增加可能與PM2.5的降低有關(guān)，因?yàn)镻M2.5會(huì)清除超氧化氫（HO2）和氮氧化物NOx自由基，阻止它們產(chǎn)生臭氧。

高濃度PM2.5抑制臭氧污染

這項(xiàng)研究由哈佛-南信大空氣質(zhì)量和氣候聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室完成，近日在《自然-地球科學(xué)》期刊上在線發(fā)表。

為了驗(yàn)證PM2.5抑制臭氧產(chǎn)生這一觀點(diǎn)，研究人員選取了2013年至2017年開展清潔空氣行動(dòng)的四個(gè)特大城市群：華北平原（106個(gè)站點(diǎn)）、長三角（84個(gè)站點(diǎn)）、珠江三角洲（66個(gè)站點(diǎn)）和四川盆地（71個(gè)站點(diǎn)）。

在觀測(cè)數(shù)據(jù)中，臭氧與PM2.5濃度通常呈正相關(guān)。這種正相關(guān)性是污染地區(qū)夏季觀測(cè)的典型特征。因?yàn)橄募境粞鹾蚉M2.5污染增長所需的氣象條件類似。

不過，論文第一作者李柯發(fā)現(xiàn)——

華北平原的PM2.5增加到大約100微克每立方米，臭氧水平穩(wěn)定在80ppb（1ppb=十億分之一）左右。

而當(dāng)去除PM2.5對(duì)化學(xué)和光解的影響后，臭氧水平達(dá)到110ppb時(shí)才會(huì)穩(wěn)定下來。

當(dāng)PM2.5超過80微克每立方米時(shí)，相對(duì)于無PM2.5的條件，它可以抑制約25ppb的臭氧。

（縱軸是日最大8小時(shí)平均臭氧濃度，橫軸是24小時(shí)平均PM2.5濃度。左圖為2013-2018年監(jiān)測(cè)到的四個(gè)特大城市群中臭氧濃度與PM2.5的關(guān)系。右圖為模擬的去除了PM2.5光解速率、NOx吸收和HO2吸收影響后，2016年至2017年華北平原臭氧與PM2.5關(guān)系。）

研究人員在模型中進(jìn)行了進(jìn)一步的敏感性實(shí)驗(yàn)，以分離出PM2.5對(duì)臭氧的不同影響。PM2.5對(duì)臭氧的最大影響來自吸收HO2，其次是吸收NOx。PM2.5對(duì)HO2自由基和NOx進(jìn)行了非均相吸收，抑制了臭氧的化學(xué)生成。

減排應(yīng)更具策略性

抑制臭氧污染的手段，就是對(duì)NOx和VOCs進(jìn)行排放控制。而了解了PM2.5對(duì)臭氧生成的影響，就可以使這種減排目標(biāo)制定更科學(xué)、更具策略性。

簡(jiǎn)單地說，由于PM2.5對(duì)HO2和NOx的吸收，臭氧對(duì)NOx減排的敏感性降低。即對(duì)于控制臭氧而言，限制排放NOx就不再那么有效，因此更需要控制VOCs的排放。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部新的《清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》（2018–2020年），相對(duì)于2017年，2020年的PM2.5濃度、NOx和VOCs排放量需要降低8%、9%和10%。

考慮到過去五年，PM2.5快速降低造成華北地區(qū)臭氧增加約1ppb/年，那么如果該目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，在降低PM2.5的同時(shí)，臭氧污染會(huì)受到怎樣的影響呢？

對(duì)華北地區(qū)模擬研究表明，在氣象條件不變的前提下，到2020年的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后，降低PM2.5濃度、減排NOx和VOCs會(huì)導(dǎo)致華北地區(qū)平均夏季臭氧濃度分別增加0.6ppb、減少0.5ppb和減少1ppb。

（紅色三角、綠色三角、藍(lán)色三角、黑色圓心的趨勢(shì)分別表示PM2.5濃度降低8%、NOx濃度降低9%、VOCs降低10%以及以上減排都實(shí)現(xiàn)后，臭氧濃度的變化趨勢(shì)。）

這表明僅僅減排NOx不足以抵消PM2.5濃度下降帶來的臭氧濃度增加，只有同時(shí)減排NOx和VOCs，才能有效遏制臭氧濃度上升的趨勢(shì)。

特別是在PM2.5濃度相對(duì)較高時(shí)，其下降造成的臭氧濃度上升更加明顯，此時(shí)減排VOCs更加有效。

近期研究表明，我國的VOCs排放量仍處在上升態(tài)勢(shì)。

未來，唯有同時(shí)減排NOx和VOCs，特別是減排能同時(shí)形成臭氧和二次有機(jī)氣溶膠的高活性芳香烴VOCs，才能夠更有效地實(shí)現(xiàn)霾和臭氧治理的雙贏！

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