热点研究 | 2013—2019年中国地表O3污染增加受到人为因素和气象因素的共同影响
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编者按
近年来，我国O3污染问题日趋严峻，已成为空气污染治理的难题之一。专家学者们普遍认为，导致O3污染的外因是气象因素，内因是人为因素。其中人为因素主要是指O3前体物的大量排放，如挥发性有机物（VOCs）及氮氧化物（NOx）。为制定有效的减排策略，进一步研究O3污染的成因至关重要。
研究背景
依据国家环境空气监测网数据显示，2013—2019年夏季，全国部分地区的O3日最大8小时滑动平均（臭氧MDA8）最大浓度和平均浓度（图１）有所上升，PM2.5污染改善所带来的健康效益受到部分抵消。尽管自2018年起，第二阶段“清洁空气行动”重点是攻坚O3污染，但2018—2019年O3浓度仍高于往年。众多研究已探讨了人为因素和气象因素对2013—2017年O3浓度变化的贡献，并指出气象因素作用不可忽视，人为影响是导致O3浓度变化的主导因素。哈佛大学、比利时皇家空间高层大气生态学研究所与南京信息工程大学联合研究团队采用2013—2019年地面监测数据与卫星观测数据，利用统计学分析方法，揭示了2013—2019年中国地表O3污染加剧的驱动因素，为如何扭转我国华北地区及其他城市和地区O3污染增加态势提供了一定依据。
图1. a和b分别为 2013—2019年夏季O3日最大8小时滑动平均最大浓度和平均浓度（国家环境空气监测网数据）
研究方法
本研究基于国家环境空气监测网的O3、PM2.5和NO2的小时浓度数据，计算了我国2013—2019年夏季（6—8月）臭氧MDA8及NO2与PM2.5的日均浓度。另外，本研究获取并分析了OMI和TROPOMI卫星观测的NO2和甲醛（HCHO）柱浓度，以间接表征NOx及VOCs人为排放量的变化趋势。
本研究采用NASA MERRA-2 气象再分析产品，应用逐步多元线性回归法（MLR），分析出对每个站点O3浓度月变化贡献前三位的气象因子（统计学显著前三位），拟合得出气象条件影响下的O3变化趋势。随后，结合MEE地面监测站监测数据，计算得出人为因素导致的O3变化趋势。
研究结论
MEE地面监测站监测数据表明，除少数地区外，2013—2019年全国范围内O3持续增长，部分地区2018—2019年O3浓度增长尤高。多元线性回归结果与地面监测数据表明，2013—2019年中国地表O3污染增加受到人为因素和气象影响的共同影响。尽管气象因素影响较为显著，但人为因素发挥了主导作用。2013—2019年，中国近地表臭氧MDA8的夏季平均值以1.9ppb a-1的速率增长，其中0.7 ppb a-1 的增长由气象因素（主要是高温和大气环流）导致，1.2 ppb a-1 的增长由人为因素导致。在“清洁空气行动计划”关注的几个重点区域中，2013—2019年，华北平原的O3浓度最高，地表臭氧MDA8夏季平均值的增加速率为3.3 ppb a-1，其中1.4 ppb a-1的增长由气象因素导致，1.9 ppb a−1的增长由人为因素导致。
针对华北平原O3浓度变化趋势来看，2018—2019年6月和7月，受短时间尺度的气象因素年际变化影响，炎热天气是其夏季O3浓度增高的主要原因之一。剔除高温这一气象因素的影响， 2018—2019年华北平原O3浓度持续增加主要是由人为因素导致。根据国家环境空气监测网和卫星观测数据显示，2013—2019年期间PM2.5浓度下降49%（2017—2019年下降了15%），NOx排放量下降25%—30%（2017—2019年下降了6%—10%），VOCs的排放量持平。因此，2017—2019年期间，人为因素所导致的O3持续增加可能归因于PM2.5（可以清除O3主要前体物）浓度的持续下降，以及VOCs的持续排放。本研究指出，VOCs减排是我国华北地区及其他城市和地区扭转O3污染增加态势的首要任务。
图2. a. 2013—2019年华北平原（NCP）夏季（6月、7月、8月）臭氧MDA8月均异常（ppb）（黑色：观测值；蓝色：气象贡献；红色：人为影响）
b. 相对于2013年，2014—2019年，华北平原6、7、8月各污染物浓度观测值（PM2.5和NO2浓度数据来自国家环境空气监测网站，对流层NO2和HCHO柱浓度数据来自OMI和TROPOMI卫星观测）
【封面图片来源：网络】
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原文题目：2013-2019 increases of surface ozone pollution in China: anthropogenic and meteorological influences
原文作者：Ke Li, Daniel J. Jacob, Lu Shen, Xiao Lu, Isabelle De Smedt, Hong Liao
第一作者单位：John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,
Harvard University, Cambridge, MA, USA
发表期刊：Atmospheric Chemistry and Physics
出版年月：2020年10月
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