中外團(tuán)隊(duì)獻(xiàn)策協(xié)同治理臭氧與PM2.5

目前，我國(guó)以降低細(xì)顆粒物(PM2.5)為首要目標(biāo)的大氣污染防治措施取得了顯著的成效，但近地表臭氧污染問(wèn)題卻越發(fā)突出。如何實(shí)現(xiàn)PM2.5和臭氧污染控制的“雙贏”是我國(guó)當(dāng)前大氣污染治理面臨的新挑戰(zhàn)。近日，哈佛—南信大空氣質(zhì)量和氣候聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究人員提出了改善我國(guó)當(dāng)前臭氧和PM2.5污染的協(xié)同控制策略。相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然—地球科學(xué)》。

2013~2017年，中國(guó)PM2.5濃度下降了30%~40%。然而，近地表臭氧污染在同一時(shí)期惡化。近地表臭氧作為二次污染物，是由氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)在陽(yáng)光照射下通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，高濃度臭氧會(huì)危害人體健康和陸地生態(tài)系統(tǒng)。而模型模擬表明，臭氧的增加可能是由PM2.5的減少引起的。

因此，制定協(xié)同控制策略，首先需要從科學(xué)上厘清臭氧和PM2.5的關(guān)系。研究人員之前已通過(guò)數(shù)值模擬證明了PM2.5對(duì)臭氧生成的抑制作用。在此基礎(chǔ)上, 美國(guó)哈佛大學(xué)教授Daniel J. Jacob團(tuán)隊(duì)和南京信息工程大學(xué)教授廖宏團(tuán)隊(duì)及清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作者，利用生態(tài)環(huán)境部2013~2018年夏季每日的PM2.5和臭氧的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從觀測(cè)上證實(shí)了華北地區(qū)高PM2.5條件下地表MDA8(日最大8小時(shí)平均)臭氧濃度受到較強(qiáng)抑制。分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的具體機(jī)制是PM2.5通過(guò)對(duì)過(guò)氧化氫自由基和NOx的非均相吸收，抑制了臭氧的化學(xué)生成。

此外，PM2.5對(duì)臭氧的抑制還會(huì)使臭氧生成更易受到VOCs排放的影響，即臭氧對(duì)NOx減排的敏感性降低。因此，研究人員表示，在減排NOx控制PM2.5污染的同時(shí)，需要控制VOCs排放，以減緩臭氧污染。

“根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2018~2020‘三年行動(dòng)計(jì)劃’的目標(biāo)，2020年P(guān)M2.5濃度、NOx和VOCs排放量相對(duì)于2017年需分別降低8%、9%和10%。而2013~2017年P(guān)M2.5快速降低造成的華北地區(qū)臭氧增加約為1 ppb/年，我們希望量化降低PM2.5對(duì)臭氧污染的影響。”廖宏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

對(duì)華北地區(qū)的模擬研究表明，在氣象條件不變的情況下，“三年行動(dòng)計(jì)劃”降低PM2.5濃度、減排NOx和減排VOCs，會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)平均夏季臭氧濃度分別增加0.6 ppb、減少0.5ppb 和減少1.0 ppb。這表明僅減排NOx不足以抵消PM2.5降低帶來(lái)的臭氧上升，只有在NOx和VOCs同時(shí)減排時(shí)，才能在PM2.5濃度降低8%的同時(shí)有效地遏制臭氧的上升趨勢(shì)(華北地區(qū)臭氧平均值相對(duì)于2017年降低0.9 ppb)。

“特別是在PM2.5濃度較高的時(shí)期，PM2.5下降造成的臭氧上升會(huì)更加明顯，此時(shí)減排VOCs將更有效。但據(jù)近期研究表明，VOCs排放量仍在增長(zhǎng)，而我們的數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)，同時(shí)減排NOx和VOCs，才能更有效地實(shí)現(xiàn)灰霾和臭氧治理的雙贏。”廖宏說(shuō)，“而‘三年行動(dòng)計(jì)劃’要求減少10%的VOCs排放，這有助于扭轉(zhuǎn)臭氧的長(zhǎng)期增長(zhǎng)，而且大力減少能，同時(shí)形成臭氧和二次有機(jī)氣溶膠的高活性芳香烴揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，這對(duì)降低臭氧濃度尤其有效。”

據(jù)了解，哈佛—南信大空氣質(zhì)量和氣候聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成立于2017年，兩校在人才培養(yǎng)和科學(xué)研究方面開(kāi)展了諸多實(shí)質(zhì)性合作。實(shí)驗(yàn)室博士李柯為論文第一作者，本研究得到基金委重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目資助。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41561-019-0464-x