热点研究 | 改善中国臭氧和颗粒物污染的协同控制策略

原文题目：A two-pollutant strategy for improving ozone and particulate air quality in China

发表期刊：Nature Geoscience

作者：Ke Li, Daniel J. Jacob, Hong Liao, Jia Zhu, Viral Shah, Lu Shen, Kelvin H. Bates, Qiang Zhang, and Shixian Zhai

第一作者机构：Harvard-NUIST Joint Laboratory for Air Quality and Climate, Nanjing University of Information Science and Technology

出版年：2019

01研究背景

自2013年起，我国大气污染防治措施取得了显著的成效。2013年至2017年，PM2.5浓度下降了30%-40%。但近地表臭氧污染问题却愈发突出。地表臭氧作为二次污染物，由氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）在阳光照射下通过光化学反应产生。夏季，臭氧经常成为首要大气污染物，危害人体健康和陆地生态系统。本研究利用观测数据及模拟结果，阐明了臭氧和PM2.5的关系及控制臭氧形成的因素，并对实现PM2.5和臭氧污染协同控制提出相应建议。

02研究方法

本研究分析了生态环境部发布的2013年-2018年夏季PM2.5日均浓度和臭氧日最大8小时平均浓度的监测数据。随后，运用GEOS-Chem模型，以2016年-2017年污染物浓度为基准，设计了三组敏感度模拟实验：1）以PM2.5光解、PM2.5对HO2的吸收、PM2.5对NOx的吸收为调节因子，分别模拟污染物浓度；2）在NOx和VOCs排放量减少10%-50%的情景下，模拟污染物浓度变化；3）在PM2.5浓度降低8%、NOx排放量减少9%、VOCs排放减少10%的情景下，即实现《打赢蓝天保卫战三年行动计划》目标：2020年的PM2.5浓度、NOx和VOCs排放量相对于2017年分别降低8%、9%和10%，模拟污染物浓度变化。

03研究结果

观测与模拟结果均表明，华北地区PM2.5浓度高的时候，地表臭氧浓度会受到很强的抑制。在PM2.5浓度超过80 μg/m³时，臭氧浓度会减少25 ppb（图1.a）。第1组模拟结果表明，在华北地区，PM2.5针对HO2自由基和NOx存在非均相吸收，该反应抑制了其进一步转化为地表臭氧（图1.b）。因此，在夏日长昼、强光的条件下，当PM2.5浓度较低时，HO2自由基和NOx转化为地表臭氧。

图1. (a) 观测的华北夏季高浓度细颗粒物

对地表臭氧的抑制作用；

(b) 以PM2.5光解、PM2.5对HO2的吸收、PM2.5对NOx的吸收为调节因子的敏感度分析结果

第2组模拟实验表明，PM2.5化学反应的存在，会降低地表臭氧浓度对NOx减排的敏感度（图2），因此，PM2.5对臭氧的抑制会导致臭氧生成更受VOCs排放影响。

图2. 减少NOx和VOCs排放对华北夏季地表臭氧浓度的影响

第3组模拟实验表明，如分别实现《打赢蓝天保卫战三年行动计划》PM2.5浓度降低及NOx、VOCs减排的目标，预计导致华北地区平均夏季臭氧浓度分别增加0.6 ppb、减少0.5 ppb 和减少1.0 ppb。因此，NOx的减排不足以抵消PM2.5浓度降低所导致的臭氧浓度上升，只有同时减排NOx和VOCs，才能有效遏制臭氧上升的趋势，即华北地区臭氧浓度相较2017年降低0.9 ppb（图3）。

图3. 实施《打赢蓝天保卫战三年行动计划》对华北地区夏季地表臭氧浓度的影响

04研究结论

本研究表明，由于PM2.5对HOx和NOx的非均相吸收，在华北地区高PM2.5的条件下（浓度大于 60 μg/m³），地表臭氧浓度受到很强的抑制（当PM2.5浓度超过80 μg/m³，臭氧的浓度会减少25 ppb）。因华北地区地表臭氧浓度更受VOCs排放影响，在实施《打赢蓝天保卫战三年行动计划》过程中，积极落实VOCs减排10%的目标，有效推进国家及地方VOCs治理政策的实施，将有效缓解PM2.5浓度下降所导致的地表臭氧浓度上升问题。现阶段，有机物和硝酸盐也是我国PM2.5的重要组分。因此，同时有效控制NOx和VOCs排放，将大幅度改善PM2.5和臭氧空气污染问题。

【南京信息工程大学官方网站、CCAPP秘书处 整理及发布】

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