藍天下的污染：臭氧來襲

彭丹妮

（資料圖片）工作人員在觀察環(huán)境空氣質量監(jiān)測設備運行情況。圖/視覺中國

上海市環(huán)境監(jiān)測中心大氣監(jiān)測室主任段玉森記得，2019年5月23日那天，上海市出現了全年唯一的一天重度污染天氣，污染物不是人們耳熟能詳的霧霾或者叫PM2.5，而是一種令人心懷好感的物質——臭氧（O3）。那一天，上海市的臭氧濃度達到了266微克/立方米，而國家達標濃度為160微克/立方米。

在距離地球表面20～50千米高度的平流層，包圍著平均厚約3厘米的薄薄一層臭氧，它能吸收太陽光中的大部分紫外線，使地球上的生物免受傷害。但在近地面，臭氧卻是一種污染物，盡管它的傷害不足與PM2.5相提并論，但每年在全世界造成100多萬人死亡，以及數百億美元的農作物損失。

北京夏季午后的湛藍天空，往往被人們認為是這個飽受霧霾之苦的城市一年之中空氣最好的時候。但此時往往是一天之中臭氧污染濃度最高的時候。在一年之中，臭氧濃度一般從5月份開始增長，到8月達到最高點，進入秋季后逐步降低。在上海，段玉森也注意到了臭氧加重的一些跡象：在以前極少出現臭氧超標的3月和11月，這兩年都開始出現了臭氧污染。

今年是“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃”收官之年，當中國的PM2.5治理在多年努力后開始取得明顯改善時，臭氧正在成為新的環(huán)保難題。5月15日，國家生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司司長劉炳江在新聞發(fā)布會上表示，與去年相比，2020年大氣污染治理的最大變化，就是要應對臭氧濃度上升問題。

一種不分窮富的污染物

中國的臭氧污染問題的浮現，是一個緩慢而逐漸積累的過程。一方面，PM2.5的下降使得臭氧問題凸現出來——全國地級及以上城市環(huán)境空氣PM2.5年均濃度持續(xù)下降，2016至2020年間累計下降了21.7%;另一方面，從全國開始監(jiān)測臭氧濃度以來，中國臭氧污染一直在穩(wěn)步而持續(xù)地上升。事實上，在六種被監(jiān)測的空氣污染物中，臭氧是唯一一個不降反升的污染物，且濃度達標城市數量也在緩慢下降。

今年6月2日，國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《2019中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》?！豆珗蟆凤@示，2019年，全國337個城市中有30%的城市臭氧超標，僅次于PM2.5，其中京津冀和長三角區(qū)域臭氧污染尤為突出。

清華大學環(huán)境學院教授、中國工程院院士郝吉明團隊2020年6月在工程院院刊《工程》上發(fā)表的一篇綜述文章則指出：2013～2017年間，全國74個主要城市臭氧平均濃度上升了20%。另據《南華早報》報道，盡管控制其他主要污染物的努力已經顯現出了好的轉變，香港的臭氧污染自2013年到2018年間增長了20%，創(chuàng)下了二十年來的高峰。

生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測司司長柏仇勇在6月2日的發(fā)布會上指出，與全球氣候變暖、人為污染排放、及區(qū)域大范圍傳輸等因素有關，全球臭氧背景濃度呈增長趨勢，平均每年上升1微克左右，這與中國的情況較為一致。溫度升高有利于臭氧的形成。在實際監(jiān)測中，段玉森看到，上海近幾年的臭氧峰值是在2017年，那一年溫度特別高，2018、2019兩年因夏季臺風較多，臭氧超標天數又相對減少。

極端高溫天氣、氣候變暖等原因帶來的臭氧污染加劇是一個全球性、普遍性狀況。《2019全球空氣狀況報告》就顯示，與PM2.5在不同經濟社會發(fā)達國家出現分化不同，不管是發(fā)達國家抑或是發(fā)展中國家，各國的臭氧濃度都持續(xù)保持在較高水平。即便在治理臭氧起步較早、花了大力氣的美國和日本，近幾年也是有微弱的上揚。

生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院大氣所所長雷宇告訴《中國新聞周刊》，歐洲因為緯度較高，氣溫和輻射相對較低，總體上臭氧濃度要低一些，中國與同緯度的美國具有更強的可比性。統(tǒng)計數據顯示，1980年至今，美國的臭氧濃度在波動中緩慢下降， 2019年臭氧日最大8小時平均濃度約為130微克/立方米，比1980年下降了35%。

國際非營利性機構亞洲清潔空氣中心中國項目經理萬薇負責臭氧項目，她說，中國2019年的平均臭氧濃度，接近美國十多年前即2005～2010年的平均值。

根據復旦大學公衛(wèi)學院教授陳仁杰等人于2017年末發(fā)表的文章，全國平均來看，臭氧濃度每提升10微克/立方米，盡管只是短期暴露，心血管疾病、高血壓、冠心病、中風所致日均死亡率就會分別提升0.24%、0.27%、0.60%、0.24%以及0.29%。

國際非營利性組織健康影響研究所等機構2019年4月份發(fā)布的《2019全球空氣狀況報告》對室內空氣污染、PM2.5與臭氧三種污染物帶來的疾病負擔進行了估算：從全球來看，在空氣污染物引發(fā)的死亡中，8%與PM2.5有關，1%與臭氧有關。1%依然是一個不小的絕對值。2017年，臭氧導致約47.2萬人死亡，其中大多數發(fā)生在中國（38%）和印度（31%）。

陳仁杰告訴《中國新聞周刊》，目前比較主流的結論是，臭氧對人的呼吸道有害，比如引起呼吸道炎癥、肺功能下降，對心血管的損害目前看法不一致。與顆粒物不一樣，臭氧是一個很活躍的氣體，很容易跟物體表面反應并消失，在室內很快地與墻體、桌面、家具、地板這些物品反應，因此室內臭氧濃度比較低。高臭氧污染的天氣，待在室內是防控臭氧最有效的辦法，目前尚無嚴謹的科學證據表明戴口罩和使用空氣凈化器可有效防護臭氧帶來的健康危害。

臭氧還會阻礙植物光合作用的能力，進而對生態(tài)系統(tǒng)和農作物造成損失。一項由英國約克大學等機構研究人員2016年底發(fā)表的文獻發(fā)現，2000年，世界上將近一半的代表性生態(tài)系統(tǒng)暴露在構成生態(tài)風險的在臭氧水平之中，并預測到2050年這一風險將增加。

2013-2018年部分省直轄市O3年度濃度值。資料來源/公開資料 制圖/韓春燕

復雜的生成機制

香港科技大學資深大氣科學家劉啟漢說，“臭氧是個極大的問題。但我們對構成它的組分以及如何控制它們的了解，卻顯得那么不足?！睒O端天氣增多、城市加速工業(yè)化進程背景下，復雜的大氣化學反應加劇了臭氧控制的挑戰(zhàn)。

大部分臭氧是由人為排放的“NOx（氮氧化物）”和“VOCs（揮發(fā)性有機物）”，在高溫光照條件下產生化學反應形成。NOx主要來自機動車、發(fā)電廠、燃煤鍋爐和水泥爐窯等排放，VOCs與NOx有相同的來源，此外還存在于油漆、印刷油墨、粘合劑、密封劑等來源廣泛的有機溶劑中，植物排放約占大氣中VOCs的30%。

PM2.5的前體物也包括NOx、VOCs、SO2，與臭氧組分有很多重疊，然而意外的是，中國對PM2.5卓有成效的控制卻并未給臭氧帶來“一箭雙雕”的效果。這是因為，PM2.5與其前體物的關系，是線性的，而臭氧并不遵循這個規(guī)律。

研究大氣化學的科學家用一條叫EKMA的曲線專門描述臭氧濃度與其兩種前體污染物之間的非線性關系。對此，雷宇解釋說，光化學污染是一個比較復雜的過程，在特定范圍內，如果NOx和VOCs的減排比例把控不好的話，臭氧濃度反而會往上漲。

具體說來，如果在VOCs控制區(qū)，VOCs沒有下降，但是NOx下降了，臭氧濃度可能會上升。比如，在這次新冠疫情期間，因汽車尾氣和工業(yè)排放減少，全國范圍內氮氧化物NOx同比大幅度下降，然而VOCs并沒有等比下調，結果多個城市發(fā)現了臭氧濃度的上升——今年第一季度國內臭氧濃度比去年同期上升了3.4%，4月份則同比上升8.1%。而今年前三個月全國PM2.5濃度同比下降了約15%。

以上海為例，段玉森向《中國新聞周刊》解釋，因為上海有大量機動車、船和飛機等排放源，空氣中的NOx一直處在比較高的水平，同時，工廠也比較多，所以VOCs的濃度水平也比較高，整體臭氧污染問題越來越突出，但背后的規(guī)律復雜多變。

在NOx濃度很高時，比如路邊，車輛多、排放量大，臭氧濃度反而比較低，因為汽車尾氣排放的NO“吃掉了”O(jiān)3，變成了NO2，這些NO2又會被風吹到下風方向，再跟VOCs發(fā)生化學反應產生臭氧，結果是，車輛較少的郊區(qū)，臭氧濃度有時反而比城區(qū)中心高?！俺粞醯姆乐问且粋€復雜的問題，需要考慮本地和區(qū)域、城市和郊區(qū)、VOCs和NOx幾個方面的協(xié)同防控?！倍斡裆f。

臭氧生成的這種復雜關系，使得治理臭氧時常使用一個詞：協(xié)同。雷宇說，氮氧化物與揮發(fā)性有機物兩者的大幅削減，肯定會帶來臭氧下降，但是在某一些區(qū)間會出現這種非線性的、反反復復的關系，所以協(xié)同治理非常關鍵，如何去把握這兩種污染物減排的比例，需要科學研究給出答案。

萬薇說，日本就是一個很典型的例子。2001年以后，日本開始實施減少機動車NOx排放的對策，效果很好，NOx和顆粒物濃度一直在下降，但是臭氧指標不降反升?！案袊那闆r很類似，也是因為沒有協(xié)同減排。”日本于2004年修訂《大氣法》，削減30%的VOCs排放總量后，2009年臭氧濃度才大幅下降。

此外，當大氣中PM2.5濃度顯著下降時，會導致光輻射增強，反而有利于臭氧生成。監(jiān)測結果也表明，中國PM2.5和臭氧的年際變化整體上呈反相關性。諸多研究顯示，大幅降低PM2.5可能會帶來臭氧含量升高的潛在風險。

PM2.5后，臭氧治理提上日程

生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測司司長柏仇勇總結說，現階段中國臭氧污染的根本原因是VOCs和NOx等臭氧前體物還維持在較高的濃度水平，在強日照、高氣溫、少云量、弱風力、少降雨等不利氣象條件下，加速光化學反應，造成臭氧濃度超標。

“‘十二五以來，中國通過總量減排推進氮氧化物的治理，取得了一定進展。相比之下，VOCs控制是短板。”雷宇說，VOCs的排放特征和其他污染物不太一樣，它的排放點太多，而且很分散，過去的監(jiān)管措施和手段不完全適用。這一部分也正是中國與發(fā)達國家相比治理差距比較大的地方，同時，中國的狀況也更復雜：工業(yè)門類很多，企業(yè)管理水平參差不齊，既有最先進的企業(yè)，也有最落后的企業(yè)。

郝吉明團隊也指出，2013至2017年的“大氣污染防治行動計劃”期間，全國NOx排放降低了21%，但VOCs的減幅只有2%，這樣的組合改變對控制PM2.5而非臭氧有效，這些年的空氣數據也體現了這個結果。

作為對比，萬薇分析說，美國在1997年至2004年間，NOx的排放減少了25%，VOCs排放減少了21%，基本實現了協(xié)同控制與同步減排。她說，雖然臭氧的大氣光化學機制比較復雜，但只要將前體污染物協(xié)同減排，比如等比例1：1減排，肯定會有改善。

中國近幾年已經出臺了好幾項關于治理VOCs的政策文件，如2017年頒布的《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》，2019年印發(fā)的《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》及最近出臺的《2020年揮發(fā)性有機物（VOCs）治理攻堅方案》……這塊短板正在不斷加強。

就技術而言，臭氧的治理難度也并不大。早在2008年，一份由英國皇家學會撰寫的關于未來臭氧污染的報告就寫道：“解決地面臭氧污染的技術已經得到了廣泛的應用，在全球環(huán)境問題中，地面臭氧具有獨特的可控性?！?/p>

過去十年，中國大氣治理的核心都圍繞PM2.5。雷宇說，在2016～2020年的“十三五規(guī)劃”約束性指標里，一個是PM2.5，另一個是優(yōu)良天數，國家希望通過后者來體現對其余幾種污染物的約束作用，因此臭氧未被作為單獨指標進行管理。但在下一階段，臭氧將登上中國大氣治理的舞臺。在近期召開的多場學術會議上，清華大學教授、中國工程院院士賀克斌等學者指出，PM2.5和臭氧的協(xié)同控制已成為當下持續(xù)改善空氣質量的關鍵。

按慣例，“十四五”規(guī)劃（即2021～2025年）將在明年的全國兩會期間發(fā)布，后陸續(xù)出臺各種專項規(guī)劃。雷宇所在的環(huán)境規(guī)劃院也參與到“十四五”規(guī)劃中，他說，“十三五”的重點是針對PM2.5，“‘十四五還會繼續(xù)要求PM2.5下降，但臭氧和顆粒物的協(xié)同一定會作為一個重點，另外可能的一個重點是如何通過環(huán)境保護去助推經濟向高質量發(fā)展轉型?！?/p>

在5月15日的新聞發(fā)布會上，生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司司長劉炳江透露，在啟動的“十四五”大氣污染防治專項規(guī)劃編制中，已特別針對臭氧的兩項前體物VOCs、氮氧化物設計了減排目標。