臭氧污染對(duì)廣東省2020年空氣質(zhì)量目標(biāo)影響的探討*

汪 宇 區(qū)宇波 陳多宏# 陳詩琳 趙 燕 翟宇虹 梁家權(quán)

(1.廣東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，國家環(huán)境保護(hù)區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省環(huán)境保護(hù)大氣二次污染研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510308；2.壹點(diǎn)環(huán)境科技(廣州)有限公司，廣東 廣州510000)

空氣質(zhì)量考核是落實(shí)大氣污染防治行動(dòng)、保障空氣質(zhì)量改善的重要工具。2013年，國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，對(duì)全國地級(jí)以上城市和京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域提出了PM2.5濃度改善目標(biāo)[1]。2014年，環(huán)境保護(hù)部與全國31個(gè)省(區(qū)、市)簽署了《大氣污染防治目標(biāo)責(zé)任書》和《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施情況考核辦法(試行)》，進(jìn)一步明確了各地PM2.5濃度和優(yōu)良天數(shù)比例的約束性目標(biāo)[2]。由于空氣質(zhì)量考核目標(biāo)科學(xué)合理，針對(duì)PM2.5等污染物的減排措施落實(shí)到位，大氣污染防治行動(dòng)成效顯著。截止2017年底，《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》圓滿收官[3]。自2015年起，廣東省年均PM2.5就穩(wěn)定在35 μg/m3以下，提前兩年完成考核目標(biāo)[4]。

2018年，國務(wù)院發(fā)布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，提出了我國重點(diǎn)區(qū)域2020年P(guān)M2.5濃度和空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例目標(biāo)[5]。根據(jù)國家要求，廣東省發(fā)布《廣東省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)實(shí)施方案(2018—2020年)》，提出至2020年，全省空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例達(dá)到92.5%，PM2.5控制在33 μg/m3以下[6]，并制定了57項(xiàng)詳細(xì)的具體任務(wù)，以保障目標(biāo)完成。

大氣污染防治的考核目標(biāo)應(yīng)具備可達(dá)性和可操作性[7]。都小尚[8]指出，當(dāng)前我國實(shí)行的空氣質(zhì)量目標(biāo)管理中存在前瞻性和可達(dá)性不強(qiáng)的問題，氣象及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的不確定性較大。石敏俊等[9]綜合考慮空氣質(zhì)量改善趨勢(shì)和氣象等因素，評(píng)估了京津冀地區(qū)PM2.5濃度目標(biāo)的可達(dá)性，認(rèn)為當(dāng)時(shí)采取的減排措施難以實(shí)現(xiàn)PM2.5濃度控制目標(biāo)。楊雪等[10]以歷年空氣質(zhì)量現(xiàn)狀為參考，建立了江蘇省空氣質(zhì)量考核目標(biāo)可達(dá)性預(yù)測(cè)方法。孟露露等[11]發(fā)現(xiàn)歐美等發(fā)達(dá)國家在PM2.5濃度較高或是排放量較大的時(shí)期，PM2.5濃度下降速度更快；當(dāng)空氣質(zhì)量越好時(shí)，改善難度越大。柴發(fā)合等[12]認(rèn)為，為適應(yīng)新的大氣污染特征和形勢(shì)，我國應(yīng)對(duì)不同地區(qū)實(shí)行分級(jí)管理，體現(xiàn)空氣質(zhì)量目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的時(shí)間期限等方面的差別。由此可見，制定空氣質(zhì)量考核目標(biāo)時(shí)，應(yīng)綜合考慮本地大氣污染特征和氣象等外界客觀因素，因地制宜地提升目標(biāo)的前瞻性、可達(dá)性、科學(xué)性和實(shí)用性，以提高環(huán)境管理效率，加速空氣質(zhì)量改善進(jìn)程。

由于臭氧污染加劇等因素，當(dāng)前廣東省PM2.5濃度改善和空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例提升呈現(xiàn)不同步的問題。本研究將以廣東省為例，分析造成臭氧污染的客觀因素，以及臭氧污染對(duì)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例的影響，探討空氣質(zhì)量考核方面存在的問題，并提出空氣質(zhì)量考核目標(biāo)管理方面的建議。

1 空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)考核

1.1 評(píng)價(jià)方法

依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)，PM2.5和臭氧日評(píng)價(jià)濃度分別采用日均值和8 h滑動(dòng)平均值的最大值，年評(píng)價(jià)濃度采用日評(píng)價(jià)濃度的90百分位。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)，如果城市空氣質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)良，需要包括PM2.5、臭氧在內(nèi)的共6項(xiàng)污染物濃度都不超過各自標(biāo)準(zhǔn)限值，臭氧超標(biāo)會(huì)影響空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例這一指標(biāo)。

1.2 考核目標(biāo)

廣東省2020年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例目標(biāo)為不低于92.5%，PM2.5年均質(zhì)量濃度目標(biāo)為不超過33 μg/m3。為了分析廣東省2020年空氣質(zhì)量目標(biāo)是否過高，將其與河北(京津冀城市群代表性省份)、江蘇和浙江(長(zhǎng)三角城市群代表性省份)以及廣西(同一緯度相鄰省份)等4個(gè)省份進(jìn)行比較，結(jié)果見表1。在5個(gè)省份中，廣東省2020年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例、PM2.5年均濃度兩項(xiàng)指標(biāo)要求最高。浙江、廣西兩省份已于2018年率先完成2020年考核目標(biāo)，河北、江蘇兩省份的兩項(xiàng)考核目標(biāo)暫時(shí)都沒有完成，廣東省已于2018年提前完成比其他省份更嚴(yán)格的PM2.5年均濃度目標(biāo)，但是空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例目標(biāo)尚未完成。

2 大氣污染形勢(shì)

2.1 城市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2018年，廣東省PM2.5平均質(zhì)量濃度為31 μg/m3，創(chuàng)歷史新低，提前達(dá)到了2020年P(guān)M2.5年均濃度目標(biāo)。但空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例為88.9%，與2020年目標(biāo)(92.5%)仍有3.6百分點(diǎn)的差距。PM2.5濃度改善與空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例欠佳呈現(xiàn)出不匹配的特征，其主要原因來自于臭氧超標(biāo)率升高。2014至2018年，廣東省21個(gè)地級(jí)市PM2.5超標(biāo)率平均值自9.0%下降至2.9%，同期臭氧超標(biāo)率平均值從6.6%上升至8.3%。2018年，在廣東省21個(gè)地級(jí)市的空氣質(zhì)量超標(biāo)日中，臭氧作為首要污染物的占比達(dá)到73.5%，18個(gè)地級(jí)市占比超50%，其中汕頭市和汕尾市更達(dá)100%。而PM2.5作為空氣質(zhì)量超標(biāo)日的首要污染物的占比僅22.9%。由此可見，臭氧超標(biāo)對(duì)廣東省空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了PM2.5。

表1 不同省份2018年空氣質(zhì)量現(xiàn)狀和2020年目標(biāo)對(duì)比1)

注：1)數(shù)據(jù)來源于各省(自治區(qū))生態(tài)環(huán)境廳公布的2018年空氣質(zhì)量年報(bào)及《河北省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)方案》、《江蘇省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》、《浙江省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》、《廣西大氣污染防治攻堅(jiān)三年作戰(zhàn)方案(2018—2020年)》、《廣東省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)實(shí)施方案(2018—2020年)》。

2.2 城市臭氧污染趨勢(shì)

在其他各項(xiàng)污染物穩(wěn)定下降的同時(shí)，廣東省臭氧污染日益嚴(yán)峻。2014—2018年，廣東省臭氧年評(píng)價(jià)質(zhì)量濃度自146 μg/m3波動(dòng)上升至154 μg/m3，上升了5.5%。珠三角九市臭氧年評(píng)價(jià)質(zhì)量濃度自156 μg/m3波動(dòng)上升至164 μg/m3，上升了5.1%，其中2017年和2018年珠三角臭氧年評(píng)價(jià)質(zhì)量濃度分別為165、164 μg/m3，超過了GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(160 μg/m3)。

2.3 背景站和郊區(qū)站臭氧污染特征

廣東省臭氧平均濃度與PM2.5平均濃度呈現(xiàn)相反的空間分布特征，在受人為活動(dòng)影響干擾少的區(qū)域，臭氧平均濃度反而更高。岳玎利等[13]觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，位于廣東省北部南嶺山脈中的大氣背景站周邊沒有明顯的人為大氣排放源，PM2.5等污染物濃度顯著低于城市站，但是臭氧年平均濃度明顯高于廣州市中心的磨碟沙子站、珠三角城市群東北郊的天湖子站及西南郊的桃源子站。郊區(qū)站與城市站呈現(xiàn)出相同的單峰型特點(diǎn)，14：00前后濃度最高；背景站臭氧濃度未呈現(xiàn)出類似的單峰型日變化規(guī)律，而是穩(wěn)定高濃度水平。

3 臭氧污染的客觀影響因素

近地層大氣中人為源和天然源排放的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)及NOx在高溫及光照的氣象條件下生成臭氧。為了消除臭氧污染，原廣東省環(huán)境保護(hù)廳聯(lián)合多部門已于2018年4月印發(fā)了《廣東省揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)整治與減排工作方案(2018—2020年)》[14]，全力推進(jìn)VOCs減排工作。然而受區(qū)域背景濃度、地形氣象條件、天然源排放等客觀因素影響，廣東省臭氧超標(biāo)率持續(xù)升高。

3.1 區(qū)域背景濃度上升

從大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)(http://123.127.175.60)提供的城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來看，自《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來的5年內(nèi)(2013—2017年)，全國74個(gè)重點(diǎn)城市臭氧年評(píng)價(jià)濃度的平均值總體呈逐年上升趨勢(shì)，京津冀和長(zhǎng)三角城市群臭氧年評(píng)價(jià)濃度呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，珠三角和成渝城市群則呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。

3.2 地形和氣象條件不利

廣東省地處中國大陸最南部，地勢(shì)總體北高南低，北部為南嶺山脈，中部為珠江三角洲平原，山地地形的阻擋作用影響污染物的擴(kuò)散；南部瀕臨海洋，地形及海陸風(fēng)作用導(dǎo)致污染氣團(tuán)回流[15]，進(jìn)而引發(fā)大氣污染事件。

廣東省以南亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，高溫時(shí)段長(zhǎng)。根據(jù)中央氣象臺(tái)網(wǎng)站(http://www.nmc.cn/)公布的氣候背景資料，河北、江蘇、浙江、廣西、廣東等省份的年均氣溫逐步升高。以各省份的省會(huì)城市為代表進(jìn)行比較，廣州市年均氣溫為22.8 ℃，最高月均氣溫為29.4 ℃，兩者皆明顯高于石家莊市、南京市、杭州市、南寧市；廣州市4—11月的月均氣溫高于20 ℃，時(shí)長(zhǎng)占全年的2/3，比南寧市多1個(gè)月，比石家莊市、杭州市和南京市多3個(gè)月。高溫、日照強(qiáng)、風(fēng)力弱等氣象條件與臭氧濃度升高密切相關(guān)[16]。

廣東省受熱帶氣旋影響明顯。美國聯(lián)合臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中心(JWTC)1951—2015年熱帶氣旋最佳路徑資料集顯示，登陸廣東省的熱帶氣旋個(gè)數(shù)超過登陸我國熱帶氣旋總數(shù)的30%。熱帶氣旋登陸前，珠三角地區(qū)云量低，氣溫升高，風(fēng)速降低，同時(shí)前體物濃度升高，大氣光化學(xué)反應(yīng)效率迅速提高，造成區(qū)域臭氧高濃度污染事件[17]。

與我國大部分省份相比，廣東省受副熱帶高壓影響強(qiáng)度大，時(shí)間長(zhǎng)。每年6月下旬開始，副熱帶高壓開始影響我國，首先影響的是廣東省等華南沿海省份；直到10月，副熱帶高壓逐漸南退，南退時(shí)影響的仍然是廣東省等華南沿海省份。在副熱帶高壓影響下，天空云量偏少，中低層氣流下沉，地面為靜風(fēng)狀態(tài)，近地面常出現(xiàn)極端高溫天氣，容易引發(fā)臭氧污染[18]。

3.3 天然源VOCs排放量大

廣東省森林覆蓋率居全國前列。衛(wèi)星遙感資料反演結(jié)果顯示，廣東省每年植被VOCs排放總量約為100萬t，位居全國首位；按單位面積計(jì)算，廣東省植被VOCs排放強(qiáng)度達(dá)到6.05 t/km2，僅次于海南省和福建省，相當(dāng)于浙江省的1.30倍、江蘇省的8.07倍、北京市的2.18倍[19]。森林覆蓋率高導(dǎo)致植被VOCs排放量大，而在夏秋季，植被排放的異戊二烯是對(duì)珠三角地區(qū)臭氧生成潛勢(shì)貢獻(xiàn)最大的VOCs組分[20]。夏秋季的高溫會(huì)顯著提升植被異戊二烯排放速率[21]。天然源VOCs對(duì)廣東省臭氧污染有重要影響。

4 存在的問題

4.1 PM2.5和空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例不匹配

由于臭氧超標(biāo)日益嚴(yán)重，影響了空氣質(zhì)量考核達(dá)標(biāo)，造成PM2.5改善與空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例不匹配。我國華北地區(qū)的研究表明，PM2.5濃度下降的同時(shí)，會(huì)削弱氣溶膠對(duì)過氧化氫自由基的非均相吸收作用，從而加劇大氣臭氧濃度升高[22]。當(dāng)前PM2.5的GB 3095—2012二級(jí)限值(35 μg/m3)與美國、日本等發(fā)達(dá)國家限值(15 μg/m3)和世界衛(wèi)生組織推薦值(10 μg/m3)仍有較大差距。在未來較長(zhǎng)一段時(shí)期，PM2.5仍然是我國大氣污染防治的重點(diǎn)，廣東等PM2.5低濃度省份將努力向發(fā)達(dá)國家PM2.5濃度水平靠攏，臭氧可能會(huì)相應(yīng)升高，影響空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例。

4.2 臭氧防治有效路徑尚未明確

臭氧生成的影響機(jī)制非常復(fù)雜，影響因素眾多。從發(fā)達(dá)國家大氣污染防控歷程來看，臭氧污染防治是一個(gè)長(zhǎng)期斗爭(zhēng)過程，其與PM2.5等污染物的防治有顯著差異。20世紀(jì)40年代，美國加利福尼亞州就開始推進(jìn)臭氧治理，由于臭氧追因溯源、探索控制措施非常困難，再加上控制措施的推進(jìn)需要與相關(guān)利益團(tuán)體進(jìn)行協(xié)商，因此經(jīng)歷了50年才逐漸實(shí)現(xiàn)臭氧達(dá)標(biāo)。目前我國仍處于PM2.5防治階段，臭氧污染防治工作起步較晚，光化學(xué)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)尚未建成，臭氧與前體物敏感性關(guān)系尚未全面厘清，系統(tǒng)性的VOCs排放源清單、源成分譜庫和總量減排控制技術(shù)方法尚未建立，臭氧污染防治有效路徑尚未明確。因此，我國需要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期摸索過程才能有效降低臭氧，提升空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例。

4.3 臭氧監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法有待完善

GB 3095—2012發(fā)布后，我國已采用與美國一致的臭氧日評(píng)價(jià)值，即8 h滑動(dòng)平均最大值。我國臭氧濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值為160 μg/m3，與美國標(biāo)準(zhǔn)接近。但是監(jiān)測(cè)狀態(tài)有所區(qū)別，我國采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為273 K，氣壓為101.325 kPa)，美國采用參比狀態(tài)(溫度為298.15 K，氣壓為101.325 kPa)。在相同的大氣環(huán)境中，由于溫度參數(shù)的差異，理論上參比狀態(tài)所測(cè)濃度比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)低8.39%。2018年8月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的GB 3095—2012修改單中，將臭氧實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為參比狀態(tài)，但是空氣質(zhì)量考核評(píng)價(jià)仍采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

5 建 議

在臭氧污染日益突出的背景下，空氣質(zhì)量考核評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)前大氣污染新形勢(shì)，抓住當(dāng)前大氣污染防治的主要矛盾，結(jié)合臭氧防治工作的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對(duì)此，本研究提出以下建議：

(1) 與國際主流標(biāo)準(zhǔn)接軌，使用參比狀態(tài)數(shù)據(jù)考核。我國環(huán)境監(jiān)測(cè)部門實(shí)時(shí)發(fā)布的環(huán)境空氣臭氧濃度數(shù)據(jù)已經(jīng)全部更新為參比狀態(tài)，而空氣質(zhì)量考核仍采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。在廣東省等年均氣溫高于0 ℃的亞熱帶地區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)比參比狀態(tài)臭氧濃度偏高，且氣溫越高，偏差越大，由此造成臭氧實(shí)時(shí)發(fā)布結(jié)果與考核結(jié)果差異顯著?，F(xiàn)階段考核建議以參比狀態(tài)數(shù)據(jù)作為考核依據(jù)。

(2) 為降低極端天氣影響，建議依據(jù)3年滑動(dòng)平均結(jié)果考核。每年氣象條件的波動(dòng)對(duì)臭氧濃度和空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例影響顯著，高溫或熱帶氣旋等極端天氣有可能掩蓋全年的減排工作成效。因此，建議依據(jù)所在地區(qū)最新的連續(xù)3年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行考核，盡量減少氣象條件波動(dòng)的影響。

(3) 允許空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例目標(biāo)上下浮動(dòng)。當(dāng)前臭氧防治的有效路徑仍在探索中，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例目標(biāo)建議考慮氣象因子、天然源排放、大氣背景濃度等客觀因素，允許空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例目標(biāo)保留一定的上下浮動(dòng)空間。