PM2.5与臭氧“按下葫芦浮起瓢”？这可咋整

文章导读

通过持续治理，令人呼吸困难的PM2.5污染已经有了明显好转。但如同那句俗话“按下葫芦浮起瓢”——臭氧污染却在悄无声息地抬头。

▲  来源：中国气象报

通过持续治理，令人呼吸困难的PM2.5污染已经有了明显好转。但如同那句俗话“按下葫芦浮起瓢”——臭氧污染却在悄无声息地抬头。

一项研究发现，高浓度的PM2.5会抑制臭氧污染，而随着PM2.5浓度逐渐降低，对臭氧污染的控制更应受到重视。如何协同治理PM2.5与臭氧污染？我们应采取什么样的策略？

本期嘉宾：哈佛-南信大空气质量和气候联合实验室研究团队

PM2.5受控 臭氧抬头

回望2013年，国务院出台《大气污染防治行动计划》，提出了到2017年可吸入颗粒物浓度的控制目标，北京、上海等多个城市随即出台《清洁空气行动计划》（2013-2017）。

一场声势浩大的对PM2.5的围剿随之展开。这一行动将PM2.5定位为对公众健康的最紧急威胁，其主要控制排放的重点是燃煤产生的一次颗粒物和二氧化硫（SO2）。

如今五年早已过去，今天，我国城市地区的PM2.5浓度下降了30-40％，可谓成果显著。

但与此同时，地表臭氧浓度却一再增加。

2018年5月全国367个臭氧监测城市8小时滑动平均超标天数分布图（数据来自生态环境部）

臭氧污染对人体健康、植被、农作物和建筑物均造成了不同程度的不良影响。

图解由新华网数据新闻部与中国气象网联合出品

空气中的臭氧主要来自氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）的光化学氧化。

2013-2017年期间，中国人为排放的氮氧化物减少了20％，而挥发性有机化合物的排放增加了2％。显然，仅有排放趋势不能解释臭氧的增加。

研究者将目光聚集了到PM2.5的下降上，使用数值模型模拟后，他们发现，臭氧的增加可能与PM2.5的降低有关，因为PM2.5会清除超氧化氢（HO2）和氮氧化物NOx自由基，阻止它们产生臭氧。

高浓度PM2.5抑制臭氧污染

这项研究由哈佛-南信大空气质量和气候联合实验室完成，近日在《自然-地球科学》期刊上在线发表。

为了验证PM2.5抑制臭氧产生这一观点，研究人员选取了2013年至2017年开展清洁空气行动的四个特大城市群：华北平原（106个站点）、长三角（84个站点）、珠江三角洲（66个站点）和四川盆地（71个站点）。

在观测数据中，臭氧与PM2.5浓度通常呈正相关。这种正相关性是污染地区夏季观测的典型特征。因为夏季臭氧和PM2.5污染增长所需的气象条件类似。

不过，论文第一作者李柯发现——

华北平原的PM2.5增加到大约100微克每立方米，臭氧水平稳定在80ppb（1ppb=十亿分之一）左右。

而当去除PM2.5对化学和光解的影响后，臭氧水平达到110ppb时才会稳定下来。

当PM2.5超过80微克每立方米时，相对于无PM2.5的条件，它可以抑制约25ppb的臭氧。

（纵轴是日最大8小时平均臭氧浓度，横轴是24小时平均PM2.5浓度。左图为2013-2018年监测到的四个特大城市群中臭氧浓度与PM2.5的关系。右图为模拟的去除了PM2.5光解速率、NOx吸收和HO2吸收影响后，2016年至2017年华北平原臭氧与PM2.5关系。）

研究人员在模型中进行了进一步的敏感性实验，以分离出PM2.5对臭氧的不同影响。PM2.5对臭氧的最大影响来自吸收HO2，其次是吸收NOx。PM2.5对HO2自由基和NOx进行了非均相吸收，抑制了臭氧的化学生成。

减排应更具策略性

抑制臭氧污染的手段，就是对NOx和VOCs进行排放控制。而了解了PM2.5对臭氧生成的影响，就可以使这种减排目标制定更科学、更具策略性。

简单地说，由于PM2.5对HO2和NOx的吸收，臭氧对NOx减排的敏感性降低。即对于控制臭氧而言，限制排放NOx就不再那么有效，因此更需要控制VOCs的排放。

根据生态环境部新的《清洁空气行动计划》（2018–2020年），相对于2017年，2020年的PM2.5浓度、NOx和VOCs排放量需要降低8%、9%和10%。

考虑到过去五年，PM2.5快速降低造成华北地区臭氧增加约1ppb/年，那么如果该目标实现，在降低PM2.5的同时，臭氧污染会受到怎样的影响呢？

对华北地区模拟研究表明，在气象条件不变的前提下，到2020年的目标实现后，降低PM2.5浓度、减排NOx和VOCs会导致华北地区平均夏季臭氧浓度分别增加0.6ppb、减少0.5ppb和减少1ppb。

（红色三角、绿色三角、蓝色三角、黑色圆心的趋势分别表示PM2.5浓度降低8%、NOx浓度降低9%、VOCs降低10%以及以上减排都实现后，臭氧浓度的变化趋势。）

这表明仅仅减排NOx不足以抵消PM2.5浓度下降带来的臭氧浓度增加，只有同时减排NOx和VOCs，才能有效遏制臭氧浓度上升的趋势。

特别是在PM2.5浓度相对较高时，其下降造成的臭氧浓度上升更加明显，此时减排VOCs更加有效。

近期研究表明，我国的VOCs排放量仍处在上升态势。

未来，唯有同时减排NOx和VOCs，特别是减排能同时形成臭氧和二次有机气溶胶的高活性芳香烃VOCs，才能够更有效地实现霾和臭氧治理的双赢！

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