热点研究 | 中国21世纪中叶臭氧浓度及健康负担——基于不同气候变化和排放情景

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编者按

近地面臭氧（O3）暴露可导致全球每年数十万例过早死亡，并造成生态系统和农作物损害等；同时，近地面O3是对流层上部重要的温室气体。本研究探究了气候变化与污染物排放控制对近地面O3浓度的影响，对我国制定空气污染与气候变化协同治理策略具有借鉴意义。

研究背景及方法

2015年，O3污染在中国造成约67000例过早死亡，过早死亡人数居全球首位。NOx、VOCs、CO是O3的主要前体物，三者的排放是导致O3浓度升高的主要原因；也有研究表明，气候变化会通过温度、大气环流、降水和干沉降的变化过程影响O3浓度，加剧中国的O3污染。

结合GFDL-AM3化学-气候模型和ECLIPSE v5a全球排放清单，研究预估了21世纪中叶气候变化对中国近地面O3的影响，以及不同污染物排放控制情景对中国O3浓度水平的影响，并估算了O3暴露所导致的过早死亡人数变化情况。

排放情景

研究设定了两种污染物排放情景：CLE情景（Current Legislation，指保持现有减排力度的弱排放控制情景）和MFR情景（Maximum Feasible Reduction，指实现最大可行减排的强排放控制情景）；以及2015和2050两种气候情景，即将全球海平面温度（SST）和海冰覆盖（SIC）分别设定为RCP8.5（代表性浓度路径8.5）下2010-2019年和2046-2055年平均水平。

基于以上四种情景，研究设定了五种组合情景（表1）：

表1. 基于排放情景和气候情景的五种组合情景

研究结论

一、21世纪中国近地面O3浓度变化预测

01

排放控制对近地面O3浓度的影响

将2050 CLE与2050 MFR情景的模拟结果分别与2015基准情景对比显示，至2050年，预计CLE情景下全国NOx与NMVOC排放基本持平，CO排放减少；全国近地面O3浓度升高，季节性近地面O3MDA8（日最大8小时平均值）浓度十年均值最大增幅达10 ppbv。MFR情景下，预计三种污染物在中国及全球实现大幅减排；全国近地面O3浓度下降约16-20 ppbv，且全年浓度均有所下降。

图1. 2015年NOx、NMVOC、CO排放量（图a-c），以及CLE情景（图d-f）和MFR情景（图g-i）下， 2050年相较2015年NOx（左栏）、NMVOC（中栏）和CO排放量（右栏）的差异。（单位：Gg/年）

02

气候变化对近地面O3浓度的影响

对比2050 CLIM情景与2015基准情景，模拟结果显示，气候变化可使2050年近地面O3浓度全年呈上升趋势。其中，中国西部地区夏秋两季增幅最大，最高可达8 ppbv；人口密度较大的东部地区年平均增幅约为4 ppbv。至2050年，尽管气候变化使O3浓度上升的幅度远小于人为减排，其加剧O3污染的潜力仍不可忽视。未来，气候变化可使平流层-对流层O3交换增强，造成近地面O3浓度上升。此外，O3浓度也将对温度变化更加敏感，这一趋势将在中国北部较为明显，其次为中国西部。

03

O3污染的全球协同治理

在2050 CHMFR情景下（中国推行强减排治理力度，其余国家维持现有治理力度），相较2050 MFR情景，中国多地春季近地面O3MDA8浓度将显著提高，其中在与印度毗邻的西部地区最高（15 ppbv）。由于东部地区主要受本土排放控制影响，其春季近地面O3浓度增幅较小，但境外排放使其夏季O3浓度产生超过15 ppbv的增幅。由此可见，全球协同治理可在降低O3污染影响中发挥重要作用。

二、2050年中国归因于近地面O3污染的过早死亡人数

未来，近地面O3的健康危害在气候变化驱动下将更加严峻，尤其在人口密集、空气污染严重的地区。研究显示，相较于基准情景，预计2015-2050年气候变化（2050 CLIM）和弱污染物排放控制（2050 CLE）将使中国由O3暴露导致的过早死亡每年分别增加61884例、79786例；强污染物排放控制（2050 MFR）每年则可避免334822例过早死亡。由于中国东部人口密度和O3浓度均为全国最高，该地区O3暴露导致的过早死亡人数受减排强度的影响最大。

图2. 2050 CLIM、2050 CLE、2050 MFR三种情景下2015-2050年期间中国由O3暴露导致的过早死亡变化。（单位：死亡人数）

减少人为污染物排放是治理中国O3污染的主要有效措施，但气候变化可驱动O3浓度上升，部分抵消污染物减排带来的成效。因此，应协同减少温室气体排放，应对气候变化。此外，由于大气污染物跨境传输可加剧中国O3污染，倡议及助力其他亚洲国家减少大气污染物和温室气体排放，将有助于中国空气质量改善，共同维护全球气候安全。

文章

详情

原文标题： Mid-21st century ozone air quality and health burden in China under emissions scenarios and climate change

发表期刊：Environmental Research Letters

作者：DM Westervelt, CT Ma, MZ He, AM Fiore, P L Kinney, M-A Kioumourtzoglou, S Wang, J Xing, D Ding and G Correa

第一作者机构：Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University. Palisades, New York, United States of America

发表时间：July, 2019

【CCAPP秘书处根据原文整理发布】

【封面图片来源网络】

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