有數(shù)據(jù)顯示，近些年來(lái)，北半球許多國(guó)家的臭氧污染都比較突出。我國(guó)也不例外。2013年以來(lái)，我國(guó)三大重點(diǎn)區(qū)域特別是京津冀和長(zhǎng)三角地區(qū)臭氧濃度有顯著的逐年上升趨勢(shì)。今年前5個(gè)月，我國(guó)多個(gè)城市也出現(xiàn)臭氧濃度大幅上升現(xiàn)象。臭氧污染為什么會(huì)日益突出?如何更好地控制臭氧污染?記者采訪了國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家、中國(guó)氣象局研究員龔山陵博士。

 

龔山陵，博士，國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家。中國(guó)氣象局研究員、霧—霾監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席，大氣化學(xué)和大氣氣溶膠數(shù)值模式專家。參與加拿大環(huán)境部的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式開(kāi)發(fā)，特別是PM2.5的模擬研究，回國(guó)后指導(dǎo)建立了中國(guó)氣象局化學(xué)天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

 

對(duì)話人：中國(guó)氣象科學(xué)研究院研究員龔山陵

 

臭氧濃度為什么會(huì)明顯上升?

 

氮氧化物和VOCS 排放量增多，太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，導(dǎo)致臭氧濃度上升。

 

記者：2013年以來(lái)，我國(guó)三大重點(diǎn)區(qū)域的臭氧濃度有顯著的逐年上升趨勢(shì)。今年前5個(gè)月，我國(guó)多個(gè)城市也出現(xiàn)臭氧濃度大幅上升現(xiàn)象。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?

 

龔山陵：自2013年以來(lái)，我國(guó)京津冀、珠三角、長(zhǎng)三角等區(qū)域的臭氧濃度一直上升，位于西部的成渝地區(qū)也是如此。特別是今年上半年以來(lái)，臭氧濃度的上升就更為顯著。導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)主要有以下幾方面原因。

 

第一個(gè)要素就是人為活動(dòng)產(chǎn)生的排放，包括機(jī)動(dòng)車、燃煤、工業(yè)生產(chǎn)等排放出氮氧化物和VOCS(揮發(fā)性有機(jī)物)等污染物。太陽(yáng)紫外線把二氧化氮分解成一氧化氮和氧原子，氧原子和大氣中的氧氣相結(jié)合，就形成了臭氧。如果在沒(méi)有VOCS的情況下，臭氧(O3)和一氧化氮還會(huì)再發(fā)生反應(yīng)，還原成二氧化氮，在大氣中達(dá)到一種平衡狀態(tài)。但因?yàn)橛蠽OCS的存在，就可以起到催化劑的作用。在陽(yáng)光照射的情況下，O3產(chǎn)生HO2自由基，可以把一氧化氮重新還原成二氧化氮。而二氧化氮在陽(yáng)光輻射下又產(chǎn)生了臭氧，這也就使得臭氧不斷累積而沒(méi)有消耗，在這種情況下，就會(huì)出現(xiàn)臭氧濃度一直上升的情況。可以這么說(shuō)，因?yàn)橛蠽OCS的存在，使得臭氧量越來(lái)越多，當(dāng)然這中間有很復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。

 

另一個(gè)要素就是天氣本身。在污染物排放不變的情況下，如果說(shuō)太陽(yáng)光線越強(qiáng)，那么產(chǎn)生的臭氧就會(huì)越多。我們分析了京津冀和長(zhǎng)三角臭氧變化的趨勢(shì)，就發(fā)現(xiàn)在2013年~2017年這段時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度一直在增高。一方面，這與全球大氣候本身的波動(dòng)有關(guān)，這幾年太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈逐年增強(qiáng)趨勢(shì)。另一方面，與近幾年我國(guó)對(duì)PM2.5的有效防控有關(guān)，大氣更清潔、顆粒物更少，增加了太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度，造成了臭氧量的增加。

 

分析還發(fā)現(xiàn)，在京津冀地區(qū)，臭氧的增加率和輻射增加率之間的相關(guān)性(r)能達(dá)到60%。也就是說(shuō)，太陽(yáng)輻射增加可以解釋35%左右臭氧增加的方差(指各個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)之差的平方的平均值，用來(lái)測(cè)量和中心偏離的程度)。而在廣州，這種相關(guān)性(r)能達(dá)到70%，輻射增加可以解釋60%臭氧增加的方差。從這個(gè)角度來(lái)講，天氣原因在其中起到了一個(gè)非常大的作用。另外一個(gè)天氣原因就是空中的水汽，也就是水分子，它也是影響臭氧的一個(gè)關(guān)鍵因素，它和太陽(yáng)輻射是呈反向的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，大氣中水汽含量越高，臭氧就越低。比如北京在2013年~2016年之間，年均總輻射從13.1增加到14.7 (10-2 兆焦耳/平方米)，相對(duì)濕度從45.7 %下降到40.6%，是導(dǎo)致臭氧升高的主要原因之一。

 

記者：臭氧污染加重，氣象因素和人為活動(dòng)因素中哪一個(gè)所起的作用更大?

 

龔山陵：談到氣象因素對(duì)臭氧污染影響的時(shí)候，我一直強(qiáng)調(diào)一個(gè)前提，就是在污染物排放不變的情況下。但實(shí)際上，由于人為活動(dòng)，污染物排放量是一直在變化的，比方說(shuō)VOCS的排放量一直在增加，即使氮氧化物保持著不變或稍微上升的趨勢(shì)，也會(huì)導(dǎo)致臭氧升高。

 

一個(gè)區(qū)域里臭氧污染的加重，我們現(xiàn)在還是很難區(qū)分出來(lái)到底是氣象的原因，還是污染排放量的變化占主導(dǎo)地位。氣象條件變化可以解釋35%~60%臭氧升高的原因，但氮氧化物和VOCS排放的比值變化，以及排放的絕對(duì)量的增加也是臭氧增加的原因之一。因此，由于區(qū)域和季節(jié)的不同，氣象因素和人為活動(dòng)因素對(duì)臭氧增加的相對(duì)作用會(huì)有所不同，需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。

 

臭氧濃度升高可能帶來(lái)哪些影響?

 

臭氧可以導(dǎo)致二次污染物的形成，影響人體健康，抑制農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

 

記者：有專家指出，臭氧不僅本身有害，其生成二次污染物的能力也很強(qiáng)。對(duì)此如何理解?

 

龔山陵：臭氧本身不是一次污染排放物，它是大氣氧化性的一個(gè)產(chǎn)物。沒(méi)有氮氧化物、VOCS、自由基的形成，臭氧濃度就不會(huì)增加得這么快。正是在太陽(yáng)輻射下，VOCS、一氧化碳等都會(huì)產(chǎn)生一些自由基，增強(qiáng)大氣的氧化性，使得二氧化氮不斷產(chǎn)生臭氧。臭氧的形成速率和大氣氧化性是成正比的。大氣氧化性越強(qiáng)，臭氧形成量就越高。而在臭氧形成后，它本身也是一個(gè)氧化性比較強(qiáng)的物質(zhì)。臭氧有可能氧化二氧化硫，使其變成了硫酸鹽(PM2.5)。它也有可能把一氧化氮變成二氧化氮，二氧化氮和水汽相結(jié)合，又變成硝酸鹽。

 

臭氧可以增強(qiáng)大氣的氧化性，導(dǎo)致二次污染物的形成。這是一個(gè)相互作用、相互反饋的一個(gè)系統(tǒng)，比較復(fù)雜。

 

記者：大氣中臭氧濃度升高會(huì)帶來(lái)哪些影響?

 

龔山陵：大氣中臭氧濃度升高，帶來(lái)的影響主要包括兩方面。一是影響人體健康。人體在高臭氧濃度的環(huán)境下，皮膚會(huì)產(chǎn)生敏感性。臭氧會(huì)刺激人的眼睛，使視覺(jué)敏感度和視力降低。大氣中的臭氧濃度在200毫克/立方米時(shí)，就會(huì)對(duì)人的中樞神經(jīng)產(chǎn)生影響，人會(huì)感覺(jué)到頭痛、胸痛、視覺(jué)下降等癥狀。

 

二是影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)。臭氧可以抑制植物的生長(zhǎng)。臭氧有比較強(qiáng)的氧化性，到達(dá)植物的表面以后，可以強(qiáng)化植物的呼吸，增加水分能量的供給，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量的降低。有研究顯示，臭氧濃度升高，可以使大豆的產(chǎn)量降低10%~30%。

 

有效控制臭氧污染的關(guān)鍵點(diǎn)是什么?

 

主要是控制人為活動(dòng)引發(fā)的污染排放，進(jìn)行源頭治理。

 

記者：控制臭氧污染，關(guān)鍵點(diǎn)是什么?

 

龔山陵：對(duì)臭氧進(jìn)行有效控制，主要應(yīng)控制人為活動(dòng)引發(fā)的污染排放，進(jìn)行源頭治理，盡量降低氮氧化物和VOCS的排放。

 

臭氧的產(chǎn)生是一個(gè)非常復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，VOCS和氮氧化物的排放量以及排放的比值，是決定臭氧產(chǎn)生的重要因素。VOCS和氮氧化物排放的比值是由當(dāng)?shù)氐奶鞖夂湍茉唇Y(jié)構(gòu)造成的。在特定的大氣環(huán)境下，VOCS和氮氧化物排放的比值有一個(gè)特征量，它決定了一個(gè)城市的減排是以VOCS為主還是以氮氧化物為主。如果不能準(zhǔn)確地按照特征量減排相應(yīng)污染物，產(chǎn)生的效果可能適得其反。也就是說(shuō)，如果一個(gè)城市或區(qū)域的臭氧量是由VOCS控制的， 必須減排VOCS才能減低臭氧的濃度;但如果只是單純降低氮氧化物，臭氧量反而還會(huì)上升。相反，如果這個(gè)城市或區(qū)域的臭氧量是由氮氧化物控制的，就要減排氮氧化物，這樣才會(huì)有效果。

 

因此，對(duì)一個(gè)區(qū)域的臭氧進(jìn)行有效的控制，一定要弄清楚這個(gè)地方臭氧的污染特征，包括氮氧化物和VOCS的比值以及這些污染物的排放強(qiáng)度。

 

VOCS種類有成千上萬(wàn)種，不同的VOCS對(duì)生成臭氧的貢獻(xiàn)量是不一樣的，比如噴漆、餐飲油煙、機(jī)動(dòng)車排放，這些都不一樣。所以，我們要找出對(duì)臭氧催化起作用更大的VOCS種類，進(jìn)行控制，這樣效果會(huì)更好。

 

記者：如何才能更好地控制臭氧污染?

 

龔山陵：在我國(guó)PM2.5防控初見(jiàn)成效，能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷改善的情況下，臭氧的問(wèn)題今后會(huì)越來(lái)越凸顯。比如，以前燃煤污染比較嚴(yán)重，通過(guò)煤改電以后，現(xiàn)在氮氧化物和VOCS問(wèn)題凸顯出來(lái)，特別是以機(jī)動(dòng)車為代表的污染物會(huì)越來(lái)越凸顯出來(lái)，這些都是臭氧生成的原因。并且這些問(wèn)題不是一兩年就可以解決。

 

無(wú)論是美國(guó)還是歐洲，對(duì)臭氧治理了這么長(zhǎng)時(shí)間，還會(huì)出現(xiàn)臭氧超標(biāo)的情況。我國(guó)臭氧今后持續(xù)5年、10年甚至20年時(shí)間，都有可能。因?yàn)槲覀兊纳罘绞胶徒煌ǚ绞讲粫?huì)有太大的變化。但我們可以通過(guò)升級(jí)油品，使機(jī)動(dòng)車排放更清潔一些。此外，還要通過(guò)立法和建立標(biāo)準(zhǔn)，將散亂污企業(yè)淘汰掉，調(diào)整區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，這些措施都有助于更好地控制臭氧污染。