热点研究 | 京津冀及周边地区PM2.5和O3的协同控制
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编者按
自我国实施各项污染防治措施以来，全国各地区空气质量得到了明显改善，但PM2.5和O3的复合污染问题日益凸显。据中国生态环境部公布的数据显示，2017年全国74个重点城市中，污染天数达100天。其中47%是PM2.5污染主导，43%是由臭氧污染导致的。该问题严重影响我国空气质量，威胁人类身体健康。
研究背景
严重的雾霾污染（如细颗粒物）和近地面臭氧浓度上升是我国现阶段面临的重大空气质量问题。在京津冀及周边地区，PM2.5污染在一定程度上得到了较好控制，而臭氧污染却逐渐显著，尤其在夏季。因此，探索有效降低地面臭氧和PM2.5浓度的协同策略迫在眉睫。为解决上述问题，北京大学城市与环境学院地球过程分析与模拟重点实验室联合德国马克斯·普朗克化学研究所等科研机构，针对臭氧和PM2.5前体物（NOx和VOCs），通过耦合大气污染物人为源排放清单(MEIC)、区域空气质量模式（WRF-Chem）以及经验动力学组合模型（CEKMA），综合评估了经济有效的空气质量控制协同减排策略。该研究成果发表于Atmospheric Environment。
研究方法
本研究选取了京津冀及周边地区作为研究对象（图1），利用WRF-Chem模型，模拟了2015至2017年间1月（冬季）和7月（夏季）该地区的空气质量状况。随后，本研究以此时间段为基准，依据VOCs和NOx减排的不同比例，设计了36组减排情景，模拟了2015至2017年的1月和7月期间每月的空气质量状况，核算了PM2.5和O3的月度合计sAQI（sAQI = pm-AQI + oz-AQI）。最后，本研究将所有模拟结果插入等值图表，以生成CEKMA曲线图（图2），再将各减排情景的成本曲线叠加在CEKMA曲线图中。沿着每条减排成本曲线，不同NOx和VOCs减排情景的总成本相同。
图1：模型模拟区域京津冀及周边地区
（圆点代表国家空气质量监测站点点位）
图2：CEKMA的流程图
研究结论
研究结果表明，在京津冀及周边地区，冬季以PM2.5污染为主，夏季则为PM2.5与O3复合污染问题突出。通过对该区域的气象条件进行分析发现，主要污染物随季节变化的特征是受气象条件变化的影响。此外各个等值曲线的特异性也表明，PM2.5和O3对其前提物的敏感性也具有季节特性。总体来说，NOx和VOCs协同减排措施可改善冬季PM2.5污染和夏季O3污染问题。但在夏季，VOCs减排措施与PM2.5浓度的响应关系较弱。
通过结合CEKMA与成本曲线，该研究还探讨了减排策略的经济性和有效性。研究结果表明，不同的减排策略将对空气质量改善造成不同影响。一方面，在夏季仅施行NOx减排措施可能会加剧O3污染问题。另一方面，等比例同时减少NOx和VOCs人为源排放量，可能会使空气质量改善效果大打折扣。
因此，研究建议实行阶段性减排方案，这将有助于长期有效的控制PM2.5和O3污染，使减排效益最大化。在京津冀及周边地区，可施行“先侧重VOCs减排，后侧重NOx减排”的两段式协同减排策略，即第一阶段，减少VOCs排放约60%，减少NOx排放约20%；第二阶段，继续削减剩余VOCs及NOx排放量，强化减排。
为进一步解决PM2.5和O3的复合污染问题，未来可探索CEKMA成本曲线在我国其它地区的使用，并以此为依据设计经济有效的协同减排路径，持续、全面的改善我国空气质量，保护公共健康。
图3：2015-2017年间1月和7月，京津冀地区实施NOx和VOCs减排策略路径的效益比值。（a,c）表示月均sAQI，（b,d）表示污染天的sAQI。灰色虚线为sAQI等值线。绿色实线额为减排效果最佳路径，红色实线为减排效果欠佳路径。虚线（红色或者绿色）为其他减排路径。每条虚线表征了每个减排路径的效益比值。（效益比值为每个减排路径的sAQI变化量与最佳减排路径的sAQI变化量的比值）。
【CCAPP秘书处根据原文整理发布】
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原文题目：Control of both PM2.5 and O3 in Beijing-Tianjin-Hebei and the surrounding areas
原文作者：Songlin Xiang, Junfeng Liu, Wei Tao, Kan Yi, Jiayu Xu, Xiurong Hu, Huazhen Liu, Yuqing Wang, Yizhou Zhang, Haozhe Yang, Jianying Hu, Yi Wan, Xuejun Wang, Jianmin Ma, Xilong Wang, Shu Tao
第一作者单位：Laboratory for Earth Surface Processes, College of Urban and Environmental Sciences ,Peking University, Beijing, 100871, China
期刊名：Atmospheric Environment
期刊月份：2020年3月
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