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张远航:中国大气臭氧污染防治的机遇与挑战

时间:2020-08-04 17:25

来源:清洁空气政策伙伴关系

作者:张远航

近年来,全国大部分地区近地面臭氧(以下简称O3)浓度呈上升态势,2019年全国O3浓度年评价值同比上升6.5%,是六项主要大气污染物中唯一同比上升的物种。2020年6月7日,北京大学环境科学与工程学院的张远航院士以“中国大气臭氧污染防治的机遇与挑战”为题,在中国清洁空气政策伙伴关系(CCAPP)指导委员会年度会议上作了专题报告。张院士详细介绍了我国O3污染的变化态势、生成机理及影响因子,他指出以PM2.5和O3为关键污染物的大气复合污染是现阶段大气污染防治的新重点,短期应着力减少VOCs排放,实现与NOX减排的协同,长期应建立以NOX减排为重点的多污染物协同控制策略。

1 大气污染新格局:聚焦臭氧等“二次污染”

全球O3污染已有较长历史,我国学者于1980s已发现O3污染问题,近年来更是在全国层面更加完整、系统地揭示了O3污染的变化趋势。

2013至2019年,全国及重点区域O3污染问题呈加剧态势,且具有“时间长、范围大”的污染扩散特点。例如2019年9月底我国东部地区出现的连续长达10天、覆盖上百万平方米的O3污染,2020年新冠疫情过后(4月底至5月初)京津冀和苏皖鲁豫地区出现的大范围O3污染等(图1)。

在我国PM2.5浓度仍未实现全面达标的背景下,我国大气污染防治需聚焦以二次PM2.5和O3为主的“二次污染”治理。

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图1. 2019年9月29日、2020年4月29日O3日最大8小时区域分布图【摘自演讲者讲义】

2 臭氧污染主控因子:VOCs和NOX排放

O3污染的形成与人为源和自然源前体物排放、气象气候及大气化学反应相关。其中,气象条件对O3污染的年际间波动虽有所贡献,但不是O3浓度上升态势的关键因子。统计学分析发现,珠三角地区O3浓度的上升态势在剔除气象因素后更加显著(2007至2018年的O3浓度年均升幅由剔除前的1.5μg/m3上升至2.5μg/m3)。因此O3污染前体物排放构成的变化是其浓度上升的主控因素。例如珠三角O3浓度上升趋势可能就与NOX和VOCs减排比例不协调有关,2006至2016年珠三角NOX排放降低了14.5%,但VOCs排放增加了37.4%。

因此,合理落实NOX和VOCs协同减排至关重要。总体来说,我国O3污染在城近郊区属于VOCs控制,在远郊乡村属于NOX控制,在城市群区域多属VOCs控制。实施“大气十条”以来,SO2和PM2.5排放量和浓度实现了快速下降,NOX污染有所改善,但VOCs排放量持续升高或稳中微降(图2)。近年来,我国出台了一系列分行业的VOCs排放管控方案,但未来还需对其成效进行动态评估。

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图2.2000至2019年我国污染物减排、环境浓度与标准管理的响应【摘自演讲者讲义】

3 大气复合污染:大气氧化性是核心驱动力

我国已于1996年修订《环境空气质量标准》时发布了O3浓度标准,并于2012年增添了PM2.5标准、臭氧8小时标准等(图2),但O3标准在环境管理中实施成效不充分,目前以二次PM2.5与O3污染为主的大气复合污染仍然严峻。为治理大气复合污染,需基于空气质量标准,建立多污染物协同控制体系。大气复合污染具有多种污染类型叠加、多种过程耦合、多尺度污染相互作用等特点,核心驱动力是大气氧化性,代表性污染物是O3。如图3所示,HOx自由基循环是大气氧化性的动力和推进器、VOCs是导致大气氧化能力增强的“燃料”,促使O3和二次气溶胶同时生成。因此,O3和PM2.5污染是一体化问题,治理重点是对其前体物进行协同控制。

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图3. 大气氧化性形成机理概念图【摘自演讲者讲义】

4 大气复合污染治理:短期攻坚VOCs减排,长期建立多污染物控制策略

美国和欧盟在发生严重大气污染事件后均建立了多污染物协同控制机制,有效改善了大气复合污染。例如1960至2010年美国南加州NOX和VOCs浓度分别为2.6%和7.3%,VOCs减排力度超过NOx,有效降低了O3浓度和污染程度。

近年来,我国部分地区也初步尝试了多污染协同控制策略。成都自2017年实施O3污染防控,O3污染天数和日最大浓度均呈下降趋势(2019年因气象因素浓度有所上升)。深圳也推行了以VOCs减排为重点的多污染物协同控制策略,有效缓解了O3污染,但仍需珠三角区域联合实施多污染物减排策略,以彻底改善O3超标现象。

综上所述,O3和PM2.5协同防控的实质是大气氧化性调控。大气复合污染防治工作短期应着力减少VOCs排放,建立区域VOCs和NOX协同控制策略,与此同时,在大幅减排VOCs的基础上,逐步建立以NOx减排为重点的多污染物协同控制的长期策略,持续减少NOX排放是实现O3污染得到有效管控的主要途径。张远航院士指出,我国目前已具备O3污染防控的理论基础和技术手段,包括来源成因、监测预报、前体物源清单、方案设计、VOCs减排技术和成效评估技术等,也已在部分地区对O3污染防治进行了有益探索。因此,“十四五”期间应制定国家层面的O3防治计划,实施VOCs总量控制方案。


编辑:李丹

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