藍(lán)天下的污染：臭氧來(lái)襲

上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心大氣監(jiān)測(cè)室主任段玉森記得，2019年5月23日那天，上海市出現(xiàn)了全年唯一的一天重度污染天氣，污染物不是人們耳熟能詳?shù)撵F霾或者叫PM2.5，而是一種令人心懷好感的物質(zhì)——臭氧(O3)。那一天，上海市的臭氧濃度達(dá)到了266微克/立方米，而國(guó)家達(dá)標(biāo)濃度為160微克/立方米。

在距離地球表面20~50千米高度的平流層，包圍著平均厚約3厘米的薄薄一層臭氧，它能吸收太陽(yáng)光中的大部分紫外線，使地球上的生物免受傷害。但在近地面，臭氧卻是一種污染物，盡管它的傷害不足與PM2.5相提并論，但每年在全世界造成100多萬(wàn)人死亡，以及數(shù)百億美元的農(nóng)作物損失。

北京夏季午后的湛藍(lán)天空，往往被人們認(rèn)為是這個(gè)飽受霧霾之苦的城市一年之中空氣最好的時(shí)候。但此時(shí)往往是一天之中臭氧污染濃度最高的時(shí)候。在一年之中，臭氧濃度一般從5月份開(kāi)始增長(zhǎng)，到8月達(dá)到最高點(diǎn)，進(jìn)入秋季后逐步降低。在上海，段玉森也注意到了臭氧加重的一些跡象：在以前極少出現(xiàn)臭氧超標(biāo)的3月和11月，這兩年都開(kāi)始出現(xiàn)了臭氧污染。

今年是“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃”收官之年，當(dāng)中國(guó)的PM2.5治理在多年努力后開(kāi)始取得明顯改善時(shí)，臭氧正在成為新的環(huán)保難題。5月15日，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司司長(zhǎng)劉炳江在新聞發(fā)布會(huì)上表示，與去年相比，2020年大氣污染治理的最大變化，就是要應(yīng)對(duì)臭氧濃度上升問(wèn)題。

一種不分窮富的污染物

中國(guó)的臭氧污染問(wèn)題的浮現(xiàn)，是一個(gè)緩慢而逐漸積累的過(guò)程。一方面，PM2.5的下降使得臭氧問(wèn)題凸現(xiàn)出來(lái)——全國(guó)地級(jí)及以上城市環(huán)境空氣PM2.5年均濃度持續(xù)下降，2016至2020年間累計(jì)下降了21.7%;另一方面，從全國(guó)開(kāi)始監(jiān)測(cè)臭氧濃度以來(lái)，中國(guó)臭氧污染一直在穩(wěn)步而持續(xù)地上升。事實(shí)上，在六種被監(jiān)測(cè)的空氣污染物中，臭氧是唯一一個(gè)不降反升的污染物，且濃度達(dá)標(biāo)城市數(shù)量也在緩慢下降。

今年6月2日，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《2019中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》。《公報(bào)》顯示，2019年，全國(guó)337個(gè)城市中有30%的城市臭氧超標(biāo)，僅次于PM2.5，其中京津冀和長(zhǎng)三角區(qū)域臭氧污染尤為突出。

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、中國(guó)工程院院士郝吉明團(tuán)隊(duì)2020年6月在工程院院刊《工程》上發(fā)表的一篇綜述文章則指出：2013~2017年間，全國(guó)74個(gè)主要城市臭氧平均濃度上升了20%。另?yè)?jù)《南華早報(bào)》報(bào)道，盡管控制其他主要污染物的努力已經(jīng)顯現(xiàn)出了好的轉(zhuǎn)變，香港的臭氧污染自2013年到2018年間增長(zhǎng)了20%，創(chuàng)下了二十年來(lái)的高峰。

生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)司司長(zhǎng)柏仇勇在6月2日的發(fā)布會(huì)上指出，與全球氣候變暖、人為污染排放、及區(qū)域大范圍傳輸?shù)纫蛩赜嘘P(guān)，全球臭氧背景濃度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，平均每年上升1微克左右，這與中國(guó)的情況較為一致。溫度升高有利于臭氧的形成。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，段玉森看到，上海近幾年的臭氧峰值是在2017年，那一年溫度特別高，2018、2019兩年因夏季臺(tái)風(fēng)較多，臭氧超標(biāo)天數(shù)又相對(duì)減少。

極端高溫天氣、氣候變暖等原因帶來(lái)的臭氧污染加劇是一個(gè)全球性、普遍性狀況?！?019全球空氣狀況報(bào)告》就顯示，與PM2.5在不同經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)分化不同，不管是發(fā)達(dá)國(guó)家抑或是發(fā)展中國(guó)家，各國(guó)的臭氧濃度都持續(xù)保持在較高水平。即便在治理臭氧起步較早、花了大力氣的美國(guó)和日本，近幾年也是有微弱的上揚(yáng)。

生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院大氣所所長(zhǎng)雷宇告訴《中國(guó)新聞周刊》，歐洲因?yàn)榫暥容^高，氣溫和輻射相對(duì)較低，總體上臭氧濃度要低一些，中國(guó)與同緯度的美國(guó)具有更強(qiáng)的可比性。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1980年至今，美國(guó)的臭氧濃度在波動(dòng)中緩慢下降， 2019年臭氧日最大8小時(shí)平均濃度約為130微克/立方米，比1980年下降了35%。

國(guó)際非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)亞洲清潔空氣中心中國(guó)項(xiàng)目經(jīng)理萬(wàn)薇負(fù)責(zé)臭氧項(xiàng)目，她說(shuō)，中國(guó)2019年的平均臭氧濃度，接近美國(guó)十多年前即2005~2010年的平均值。

根據(jù)復(fù)旦大學(xué)公衛(wèi)學(xué)院教授陳仁杰等人于2017年末發(fā)表的文章，全國(guó)平均來(lái)看，臭氧濃度每提升10微克/立方米，盡管只是短期暴露，心血管疾病、高血壓、冠心病、中風(fēng)所致日均死亡率就會(huì)分別提升0.24%、0.27%、0.60%、0.24%以及0.29%。

國(guó)際非營(yíng)利性組織健康影響研究所等機(jī)構(gòu)2019年4月份發(fā)布的《2019全球空氣狀況報(bào)告》對(duì)室內(nèi)空氣污染、PM2.5與臭氧三種污染物帶來(lái)的疾病負(fù)擔(dān)進(jìn)行了估算：從全球來(lái)看，在空氣污染物引發(fā)的死亡中，8%與PM2.5有關(guān)，1%與臭氧有關(guān)。1%依然是一個(gè)不小的絕對(duì)值。2017年，臭氧導(dǎo)致約47.2萬(wàn)人死亡，其中大多數(shù)發(fā)生在中國(guó)(38%)和印度(31%)。

陳仁杰告訴《中國(guó)新聞周刊》，目前比較主流的結(jié)論是，臭氧對(duì)人的呼吸道有害，比如引起呼吸道炎癥、肺功能下降，對(duì)心血管的損害目前看法不一致。與顆粒物不一樣，臭氧是一個(gè)很活躍的氣體，很容易跟物體表面反應(yīng)并消失，在室內(nèi)很快地與墻體、桌面、家具、地板這些物品反應(yīng)，因此室內(nèi)臭氧濃度比較低。高臭氧污染的天氣，待在室內(nèi)是防控臭氧最有效的辦法，目前尚無(wú)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)證據(jù)表明戴口罩和使用空氣凈化器可有效防護(hù)臭氧帶來(lái)的健康危害。

臭氧還會(huì)阻礙植物光合作用的能力，進(jìn)而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)作物造成損失。一項(xiàng)由英國(guó)約克大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員2016年底發(fā)表的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，2000年，世界上將近一半的代表性生態(tài)系統(tǒng)暴露在構(gòu)成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的在臭氧水平之中，并預(yù)測(cè)到2050年這一風(fēng)險(xiǎn)將增加。

復(fù)雜的生成機(jī)制

香港科技大學(xué)資深大氣科學(xué)家劉啟漢說(shuō)，“臭氧是個(gè)極大的問(wèn)題。但我們對(duì)構(gòu)成它的組分以及如何控制它們的了解，卻顯得那么不足。”極端天氣增多、城市加速工業(yè)化進(jìn)程背景下，復(fù)雜的大氣化學(xué)反應(yīng)加劇了臭氧控制的挑戰(zhàn)。

大部分臭氧是由人為排放的“NOx(氮氧化物)”和“VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)”，在高溫光照條件下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成。NOx主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車、發(fā)電廠、燃煤鍋爐和水泥爐窯等排放，VOCs與NOx有相同的來(lái)源，此外還存在于油漆、印刷油墨、粘合劑、密封劑等來(lái)源廣泛的有機(jī)溶劑中，植物排放約占大氣中VOCs的30%。

PM2.5的前體物也包括NOx、VOCs、SO2，與臭氧組分有很多重疊，然而意外的是，中國(guó)對(duì)PM2.5卓有成效的控制卻并未給臭氧帶來(lái)“一箭雙雕”的效果。這是因?yàn)?，PM2.5與其前體物的關(guān)系，是線性的，而臭氧并不遵循這個(gè)規(guī)律。

研究大氣化學(xué)的科學(xué)家用一條叫EKMA的曲線專門描述臭氧濃度與其兩種前體污染物之間的非線性關(guān)系。對(duì)此，雷宇解釋說(shuō)，光化學(xué)污染是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，在特定范圍內(nèi)，如果NOx和VOCs的減排比例把控不好的話，臭氧濃度反而會(huì)往上漲。

具體說(shuō)來(lái)，如果在VOCs控制區(qū)，VOCs沒(méi)有下降，但是NOx下降了，臭氧濃度可能會(huì)上升。比如，在這次新冠疫情期間，因汽車尾氣和工業(yè)排放減少，全國(guó)范圍內(nèi)氮氧化物NOx同比大幅度下降，然而VOCs并沒(méi)有等比下調(diào)，結(jié)果多個(gè)城市發(fā)現(xiàn)了臭氧濃度的上升——今年第一季度國(guó)內(nèi)臭氧濃度比去年同期上升了3.4%，4月份則同比上升8.1%。而今年前三個(gè)月全國(guó)PM2.5濃度同比下降了約15%。

以上海為例，段玉森向《中國(guó)新聞周刊》解釋，因?yàn)樯虾Ｓ写罅繖C(jī)動(dòng)車、船和飛機(jī)等排放源，空氣中的NOx一直處在比較高的水平，同時(shí)，工廠也比較多，所以VOCs的濃度水平也比較高，整體臭氧污染問(wèn)題越來(lái)越突出，但背后的規(guī)律復(fù)雜多變。

在NOx濃度很高時(shí)，比如路邊，車輛多、排放量大，臭氧濃度反而比較低，因?yàn)槠囄矚馀欧诺腘O“吃掉了”O3，變成了NO2，這些NO2又會(huì)被風(fēng)吹到下風(fēng)方向，再跟VOCs發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，結(jié)果是，車輛較少的郊區(qū)，臭氧濃度有時(shí)反而比城區(qū)中心高。“臭氧的防治是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，需要考慮本地和區(qū)域、城市和郊區(qū)、VOCs和NOx幾個(gè)方面的協(xié)同防控。”段玉森說(shuō)。

臭氧生成的這種復(fù)雜關(guān)系，使得治理臭氧時(shí)常使用一個(gè)詞：協(xié)同。雷宇說(shuō)，氮氧化物與揮發(fā)性有機(jī)物兩者的大幅削減，肯定會(huì)帶來(lái)臭氧下降，但是在某一些區(qū)間會(huì)出現(xiàn)這種非線性的、反反復(fù)復(fù)的關(guān)系，所以協(xié)同治理非常關(guān)鍵，如何去把握這兩種污染物減排的比例，需要科學(xué)研究給出答案。

萬(wàn)薇說(shuō)，日本就是一個(gè)很典型的例子。2001年以后，日本開(kāi)始實(shí)施減少機(jī)動(dòng)車NOx排放的對(duì)策，效果很好，NOx和顆粒物濃度一直在下降，但是臭氧指標(biāo)不降反升。“跟中國(guó)的情況很類似，也是因?yàn)闆](méi)有協(xié)同減排。”日本于2004年修訂《大氣法》，削減30%的VOCs排放總量后，2009年臭氧濃度才大幅下降。

此外，當(dāng)大氣中PM2.5濃度顯著下降時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光輻射增強(qiáng)，反而有利于臭氧生成。監(jiān)測(cè)結(jié)果也表明，中國(guó)PM2.5和臭氧的年際變化整體上呈反相關(guān)性。諸多研究顯示，大幅降低PM2.5可能會(huì)帶來(lái)臭氧含量升高的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

PM2.5后，臭氧治理提上日程

生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)司司長(zhǎng)柏仇勇總結(jié)說(shuō)，現(xiàn)階段中國(guó)臭氧污染的根本原因是VOCs和NOx等臭氧前體物還維持在較高的濃度水平，在強(qiáng)日照、高氣溫、少云量、弱風(fēng)力、少降雨等不利氣象條件下，加速光化學(xué)反應(yīng)，造成臭氧濃度超標(biāo)。

“‘十二五’以來(lái)，中國(guó)通過(guò)總量減排推進(jìn)氮氧化物的治理，取得了一定進(jìn)展。相比之下，VOCs控制是短板。”雷宇說(shuō)，VOCs的排放特征和其他污染物不太一樣，它的排放點(diǎn)太多，而且很分散，過(guò)去的監(jiān)管措施和手段不完全適用。這一部分也正是中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比治理差距比較大的地方，同時(shí)，中國(guó)的狀況也更復(fù)雜：工業(yè)門類很多，企業(yè)管理水平參差不齊，既有最先進(jìn)的企業(yè)，也有最落后的企業(yè)。

郝吉明團(tuán)隊(duì)也指出，2013至2017年的“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”期間，全國(guó)NOx排放降低了21%，但VOCs的減幅只有2%，這樣的組合改變對(duì)控制PM2.5而非臭氧有效，這些年的空氣數(shù)據(jù)也體現(xiàn)了這個(gè)結(jié)果。

作為對(duì)比，萬(wàn)薇分析說(shuō)，美國(guó)在1997年至2004年間，NOx的排放減少了25%，VOCs排放減少了21%，基本實(shí)現(xiàn)了協(xié)同控制與同步減排。她說(shuō)，雖然臭氧的大氣光化學(xué)機(jī)制比較復(fù)雜，但只要將前體污染物協(xié)同減排，比如等比例1：1減排，肯定會(huì)有改善。

中國(guó)近幾年已經(jīng)出臺(tái)了好幾項(xiàng)關(guān)于治理VOCs的政策文件，如2017年頒布的《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》，2019年印發(fā)的《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》及最近出臺(tái)的《2020年揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)治理攻堅(jiān)方案》……這塊短板正在不斷加強(qiáng)。

就技術(shù)而言，臭氧的治理難度也并不大。早在2008年，一份由英國(guó)皇家學(xué)會(huì)撰寫的關(guān)于未來(lái)臭氧污染的報(bào)告就寫道：“解決地面臭氧污染的技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在全球環(huán)境問(wèn)題中，地面臭氧具有獨(dú)特的可控性。”

過(guò)去十年，中國(guó)大氣治理的核心都圍繞PM2.5。雷宇說(shuō)，在2016~2020年的“十三五規(guī)劃”約束性指標(biāo)里，一個(gè)是PM2.5，另一個(gè)是優(yōu)良天數(shù)，國(guó)家希望通過(guò)后者來(lái)體現(xiàn)對(duì)其余幾種污染物的約束作用，因此臭氧未被作為單獨(dú)指標(biāo)進(jìn)行管理。但在下一階段，臭氧將登上中國(guó)大氣治理的舞臺(tái)。在近期召開(kāi)的多場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議上，清華大學(xué)教授、中國(guó)工程院院士賀克斌等學(xué)者指出，PM2.5和臭氧的協(xié)同控制已成為當(dāng)下持續(xù)改善空氣質(zhì)量的關(guān)鍵。

按慣例，“十四五”規(guī)劃(即2021~2025年)將在明年的全國(guó)兩會(huì)期間發(fā)布，后陸續(xù)出臺(tái)各種專項(xiàng)規(guī)劃。雷宇所在的環(huán)境規(guī)劃院也參與到“十四五”規(guī)劃中，他說(shuō)，“十三五”的重點(diǎn)是針對(duì)PM2.5，“‘十四五’還會(huì)繼續(xù)要求PM2.5下降，但臭氧和顆粒物的協(xié)同一定會(huì)作為一個(gè)重點(diǎn)，另外可能的一個(gè)重點(diǎn)是如何通過(guò)環(huán)境保護(hù)去助推經(jīng)濟(jì)向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型。”

在5月15日的新聞發(fā)布會(huì)上，生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司司長(zhǎng)劉炳江透露，在啟動(dòng)的“十四五”大氣污染防治專項(xiàng)規(guī)劃編制中，已特別針對(duì)臭氧的兩項(xiàng)前體物VOCs、氮氧化物設(shè)計(jì)了減排目標(biāo)。