目前，我國以降低細顆粒物(PM2.5)為首要目標的大氣污染防治措施取得了顯著的成效，但近地表臭氧污染問題卻越發突出。如何實現PM2.5和臭氧污染控制的“雙贏”是我國當前大氣污染治理面臨的新挑戰。近日，哈佛—南信大空氣質量和氣候聯合實驗室研究人員提出了改善我國當前臭氧和PM2.5污染的協同控制策略。相關成果在線發表于《自然—地球科學》。
2013~2017年，中國PM2.5濃度下降了30%~40%。然而，近地表臭氧污染在同一時期惡化。近地表臭氧作為二次污染物，是由氮氧化物(NOx)和揮發性有機化合物(VOCs)在陽光照射下通過光化學反應產生的，高濃度臭氧會危害人體健康和陸地生態系統。而模型模擬表明，臭氧的增加可能是由PM2.5的減少引起的。
因此，制定協同控制策略，首先需要從科學上厘清臭氧和PM2.5的關系。研究人員之前已通過數值模擬證明了PM2.5對臭氧生成的抑制作用。在此基礎上, 美國哈佛大學教授Daniel J. Jacob團隊和南京信息工程大學教授廖宏團隊及清華大學等機構合作者，利用生態環境部2013~2018年夏季每日的PM2.5和臭氧的監測數據，從觀測上證實了華北地區高PM2.5條件下地表MDA8(日最大8小時平均)臭氧濃度受到較強抑制。分析發現，導致這一現象的具體機制是PM2.5通過對過氧化氫自由基和NOx的非均相吸收，抑制了臭氧的化學生成。
此外，PM2.5對臭氧的抑制還會使臭氧生成更易受到VOCs排放的影響，即臭氧對NOx減排的敏感性降低。因此，研究人員表示，在減排NOx控制PM2.5污染的同時，需要控制VOCs排放，以減緩臭氧污染。
“根據生態環境部2018~2020‘三年行動計劃’的目標，2020年PM2.5濃度、NOx和VOCs排放量相對于2017年需分別降低8%、9%和10%。而2013~2017年PM2.5快速降低造成的華北地區臭氧增加約為1 ppb/年，我們希望量化降低PM2.5對臭氧污染的影響。”廖宏告訴《中國科學報》。
對華北地區的模擬研究表明，在氣象條件不變的情況下，“三年行動計劃”降低PM2.5濃度、減排NOx和減排VOCs，會導致該地區平均夏季臭氧濃度分別增加0.6 ppb、減少0.5ppb 和減少1.0 ppb。這表明僅減排NOx不足以抵消PM2.5降低帶來的臭氧上升，只有在NOx和VOCs同時減排時，才能在PM2.5濃度降低8%的同時有效地遏制臭氧的上升趨勢(華北地區臭氧平均值相對于2017年降低0.9 ppb)。
“特別是在PM2.5濃度較高的時期，PM2.5下降造成的臭氧上升會更加明顯，此時減排VOCs將更有效。但據近期研究表明，VOCs排放量仍在增長，而我們的數據強調，同時減排NOx和VOCs，才能更有效地實現灰霾和臭氧治理的雙贏。”廖宏說，“而‘三年行動計劃’要求減少10%的VOCs排放，這有助于扭轉臭氧的長期增長，而且大力減少能，同時形成臭氧和二次有機氣溶膠的高活性芳香烴揮發性有機化合物的排放，這對降低臭氧濃度尤其有效。”
據了解，哈佛—南信大空氣質量和氣候聯合實驗室成立于2017年，兩校在人才培養和科學研究方面開展了諸多實質性合作。實驗室博士李柯為論文第一作者，本研究得到基金委重大研究計劃集成項目資助。
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