有數(shù)據(jù)顯示，近些年來，北半球許多國家的臭氧污染都比較突出。我國也不例外。2013年以來，我國三大重點區(qū)域特別是京津冀和長三角地區(qū)臭氧濃度有顯著的逐年上升趨勢。今年前5個月，我國多個城市也出現(xiàn)臭氧濃度大幅上升現(xiàn)象。臭氧污染為什么會日益突出?如何更好地控制臭氧污染?記者采訪了國家“千人計劃”特聘專家、中國氣象局研究員龔山陵博士。

 

龔山陵，博士，國家“千人計劃”特聘專家。中國氣象局研究員、霧—霾監(jiān)測預(yù)報創(chuàng)新團(tuán)隊首席，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)報模式開發(fā)，特別是PM2.5的模擬研究，回國后指導(dǎo)建立了中國氣象局化學(xué)天氣數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)。

 

對話人：中國氣象科學(xué)研究院研究員龔山陵

 

臭氧濃度為什么會明顯上升?

 

氮氧化物和VOCS 排放量增多，太陽輻射增強，導(dǎo)致臭氧濃度上升。

 

記者：2013年以來，我國三大重點區(qū)域的臭氧濃度有顯著的逐年上升趨勢。今年前5個月，我國多個城市也出現(xiàn)臭氧濃度大幅上升現(xiàn)象。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象?

 

龔山陵：自2013年以來，我國京津冀、珠三角、長三角等區(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，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。

 

第一個要素就是人為活動產(chǎn)生的排放，包括機動車、燃煤、工業(yè)生產(chǎn)等排放出氮氧化物和VOCS(揮發(fā)性有機物)等污染物。太陽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。如果在沒有VOCS的情況下，臭氧(O3)和一氧化氮還會再發(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)。但因為有VOCS的存在，就可以起到催化劑的作用。在陽光照射的情況下，O3產(chǎn)生HO2自由基，可以把一氧化氮重新還原成二氧化氮。而二氧化氮在陽光輻射下又產(chǎn)生了臭氧，這也就使得臭氧不斷累積而沒有消耗，在這種情況下，就會出現(xiàn)臭氧濃度一直上升的情況。可以這么說，因為有VOCS的存在，使得臭氧量越來越多，當(dāng)然這中間有很復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。

 

另一個要素就是天氣本身。在污染物排放不變的情況下，如果說太陽光線越強，那么產(chǎn)生的臭氧就會越多。我們分析了京津冀和長三角臭氧變化的趨勢，就發(fā)現(xiàn)在2013年~2017年這段時間內(nèi)，太陽輻射強度一直在增高。一方面，這與全球大氣候本身的波動有關(guān)，這幾年太陽輻射強度呈逐年增強趨勢。另一方面，與近幾年我國對PM2.5的有效防控有關(guān)，大氣更清潔、顆粒物更少，增加了太陽輻射的強度，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，太陽輻射增加可以解釋35%左右臭氧增加的方差(指各個數(shù)據(jù)與平均數(shù)之差的平方的平均值，用來測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。從這個角度來講，天氣原因在其中起到了一個非常大的作用。另外一個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關(guān)鍵因素，它和太陽輻射是呈反向的關(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因素中哪一個所起的作用更大?

 

龔山陵：談到氣象因素對臭氧污染影響的時候，我一直強調(diào)一個前提，就是在污染物排放不變的情況下。但實際上，由于人為活動，污染物排放量是一直在變化的，比方說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，也會導(dǎo)致臭氧升高。

 

一個區(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因素對臭氧增加的相對作用會有所不同，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。

 

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。對此如何理解?

 

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產(chǎn)物。沒有氮氧化物、VOCS、自由基的形成，臭氧濃度就不會增加得這么快。正是在太陽輻射下，VOCS、一氧化碳等都會產(chǎn)生一些自由基，增強大氣的氧化性，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，臭氧形成量就越高。而在臭氧形成后，它本身也是一個氧化性比較強的物質(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。

 

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

 

記者：大氣中臭氧濃度升高會帶來哪些影響?

 

龔山陵：大氣中臭氧濃度升高，帶來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，皮膚會產(chǎn)生敏感性。臭氧會刺激人的眼睛，使視覺敏感度和視力降低。大氣中的臭氧濃度在200毫克/立方米時，就會對人的中樞神經(jīng)產(chǎn)生影響，人會感覺到頭痛、胸痛、視覺下降等癥狀。

 

二是影響農(nóng)作物的生長。臭氧可以抑制植物的生長。臭氧有比較強的氧化性，到達(dá)植物的表面以后，可以強化植物的呼吸，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)鍵點是什么?

 

主要是控制人為活動引發(fā)的污染排放，進(jìn)行源頭治理。

 

記者：控制臭氧污染，關(guān)鍵點是什么?

 

龔山陵：對臭氧進(jìn)行有效控制，主要應(yīng)控制人為活動引發(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)生是一個非常復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)過程，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特征量，它決定了一個城市的減排是以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，如果一個城市或區(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，臭氧量反而還會上升。相反，如果這個城市或區(qū)域的臭氧量是由氮氧化物控制的，就要減排氮氧化物，這樣才會有效果。

 

因此，對一個區(qū)域的臭氧進(jìn)行有效的控制，一定要弄清楚這個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度。

 

VOCS種類有成千上萬種，不同的VOCS對生成臭氧的貢獻(xiàn)量是不一樣的，比如噴漆、餐飲油煙、機動車排放，這些都不一樣。所以，我們要找出對臭氧催化起作用更大的VOCS種類，進(jìn)行控制，這樣效果會更好。

 

記者：如何才能更好地控制臭氧污染?

 

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

 

無論是美國還是歐洲，對臭氧治理了這么長時間，還會出現(xiàn)臭氧超標(biāo)的情況。我國臭氧今后持續(xù)5年、10年甚至20年時間，都有可能。因為我們的生活方式和交通方式不會有太大的變化。但我們可以通過升級油品，使機動車排放更清潔一些。此外，還要通過立法和建立標(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。