有數據顯示，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，我國三大重點區域特別是京津冀和長三角地區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臭氧濃度大幅上升現象。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—霾監測預報創新團隊首席，大氣化學和大氣氣溶膠數值模式專家。參與加拿大環境部的空氣質量預報模式開發，特別是PM2.5的模擬研究，回國后指導建立了中國氣象局化學天氣數值預報系統。

 

對話人：中國氣象科學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，導致臭氧濃度上升。

 

記者：2013年以來，我國三大重點區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臭氧濃度大幅上升現象。為什么會出現這種現象?

 

龔山陵：自2013年以來，我國京津冀、珠三角、長三角等區域的臭氧濃度一直上升，位于西部的成渝地區也是如此。特別是今年上半年以來，臭氧濃度的上升就更為顯著。導致這種現象出現主要有以下幾方面原因。

 

第一個要素就是人為活動產生的排放，包括機動車、燃煤、工業生產等排放出氮氧化物和VOCS(揮發性有機物)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生反應，還原成二氧化氮，在大氣中達到一種平衡狀態。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，當然這中間有很復雜的化學反應。

 

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，就發現在2013年~2017年這段時間內，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，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，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。

 

分析還發現，在京津冀地區，臭氧的增加率和輻射增加率之間的相關性(r)能達到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(指各個數據與平均數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，這種相關性(r)能達到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鍵因素，它和太陽輻射是呈反向的關系。研究發現，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，也會導致臭氧升高。

 

一個區域里臭氧污染的加重，我們現在還是很難區分出來到底是氣象的原因，還是污染排放量的變化占主導地位。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，由于區域和季節的不同，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，需要進行詳細的研究。

 

臭氧濃度升高可能帶來哪些影響?

 

臭氧可以導致二次污染物的形成，影響人體健康，抑制農作物的生長。

 

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、一氧化碳等都會產生一些自由基，增強大氣的氧化性，使得二氧化氮不斷產生臭氧。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。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合，又變成硝酸鹽。

 

臭氧可以增強大氣的氧化性，導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，比較復雜。

 

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境下，皮膚會產生敏感性。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產生影響，人會感覺到頭痛、胸痛、視覺下降等癥狀。

 

二是影響農作物的生長。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，導致農作物產量的降低。有研究顯示，臭氧濃度升高，可以使大豆的產量降低10%~30%。

 

有效控制臭氧污染的關鍵點是什么?

 

主要是控制人為活動引發的污染排放，進行源頭治理。

 

記者：控制臭氧污染，關鍵點是什么?

 

龔山陵：對臭氧進行有效控制，主要應控制人為活動引發的污染排放，進行源頭治理，盡量降低氮氧化物和VOCS的排放。

 

臭氧的產生是一個非常復雜的光化學反應過程，VOCS和氮氧化物的排放量以及排放的比值，是決定臭氧產生的重要因素。VOCS和氮氧化物排放的比值是由當地的天氣和能源結構造成的。在特定的大氣環境下，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。如果不能準確地按照特征量減排相應污染物，產生的效果可能適得其反。也就是說，如果一個城市或區域的臭氧量是由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，對一個區域的臭氧進行有效的控制，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，能源結構、產業結構不斷改善的情況下，臭氧的問題今后會越來越凸顯。比如，以前燃煤污染比較嚴重，通過煤改電以后，現在氮氧化物和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，還會出現臭氧超標的情況。我國臭氧今后持續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準，將散亂污企業淘汰掉，調整區域的產業結構，這些措施都有助于更好地控制臭氧污染。