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臭氧污染日漸凸顯原因分析與討論
2019-01-01

近年來,我國臭氧(O3)污染問題日益凸顯,在三大區域(京津冀、珠三角、長三角)及部分中心城市對空氣質量的影響已僅次于PM2.5。2017年,京津冀區域的O3日最大8小時平均濃度第90百分位數(以下簡稱O3濃度)最高(193μg/m3),其次汾渭平原(185μg/m3)、長三角(170μg/m3)、珠三角(165μg/m3);其中,汾渭平原O3濃度年均上升率最高(13.0%),京津冀(12.0%),長三角(6.7%),珠三角(4.4%)。相對于其它主要大氣污染物濃度下降的趨勢,O3濃度處于快速上升的通道,且直接影響大氣年度考核目標中“優良天數占比”這一約束性指標,因此O3污染逐步成為了各級政府正努力尋求解決方案的新常態環境問題。


隨著中國城市群建設進程的加快和機動車保有量的急劇上升,中國的O3污染逐漸受到重視。環境保護部在2017年5月18日通報,京津冀及周邊地區將出現一次污染過程,北京、天津、河北中南部部分城市空氣質量可能達到中度污染,短時可至重度污染,首要污染物為O3。


國內學者也對O3的影響以及時空分布展開了研究,程麟鈞等、段玉森等、姜峰等、李名升等通過已有數據得出不同時間間隔的變化曲線以及各城市的超標天數研究了中國或地區的O3污染趨勢及時空分布特征;張玉強利用GEOS-Chem大氣化學傳輸模式、TES衛星數據以及有限的地面觀測數據研究了中國區域O3的時空分布,研究主要集中在分析中國區域不同外界來源O3的月平均變化規律,并發現夏季季風對于中國地區O3濃度起著決定性影響;Wang等?對中國O3的濃度,氣象影響,化學前體和影響進行了綜述;

Tang等利用MM5-CMAQ(第五代賓夕法尼亞州/國家大氣研究中心尺度模型-社區多尺度空氣質量模型系統)對中國華北地區的O3污染進行建模,預測了夏季的O3污染及北京奧運減排期間的O3污染變化。

國內早期的O3污染時空特征方面的研究主要集中于傳統統計方法分析時間變化規律或以污染天數統計O3高發城市,得出的結論局限于單個城市的統計,可視化不強。


從全國監測點趨勢來看,O3日最大8 h滑動平均值的月均值變化曲線顯示了O3的峰值在2015年有所下降,但在2016年有所上升,并在2017年迅速上升,遠遠高出2014年的峰值。O3的谷值均分布在各年的12月,2014-2015年的變化趨勢較為平穩,但在2016年的上升幅度較大,可見冬季的O3污染也不容忽視。


除北部灣城市群O3濃度上下波動較為頻繁以外,全國監測點和單個城市群的O3和PM2.5都呈現出“交錯污染”的態勢。O3污染的高峰都出現在6月附近,低谷均出現在12月附近,而PM2.5污染的高峰出現在12月附近,低谷均出現在8月附近;并且O3污染的高峰每年持續數個月,不同于PM2.5的峰值僅出現1-2個月就迅速下降。目前社會關注度較高的主要是中國北方采暖季的PM2.5防治問題,而出現在夏季PM2.5污染相對較低時候的O3污染,大多人缺少一定的認識,這使中國O3污染的防控出現很大的壓力。

結論與討論

1、中國臭氧污染整體處于緩慢上升的趨勢

中國O3和PM2.5在總體上呈“交錯污染”的態勢,O3污染的高峰主要集中在5-7月,在2017年迅速增長且污染高峰持續數月,冬季的O3污染雖處于較低水平,但逐年上升的趨勢也比較明顯。由此可見,在密切關注PM2.5污染防控的同時,也要注重對O3污染的防控。


2、中國臭氧濃度在城市群分區中呈條帶污染之勢

城市群人口密集、工業活動聚集和機動車保有量高等特性使O3污染比較嚴重?,F有監測點中超標的點位絕大多數聚集在城市群區域,地理探測器模型分析結果也客觀地顯示著中國監測點的O3污染在城市群分區中有較強的空間分層異質性,而城市群中京津冀城市群、長江三角洲城市群、中原城市群和山東半島城市群O3污染相對突出;O3和PM2.5均不超標的城市主要集中在北部灣城市群和海峽西岸城市群。

總體上,中國O3濃度在華北和華東地區形成了條帶污染的態勢,這對中國O3污染防控重點區域具有指示意義。


3、中國臭氧污染主要聚集在大人口規模城市

城市人口規模等級新標準以城區常住人口為統計口徑,反映人口密集程度和城市發展規模。大規模的城市人類活動頻繁,機動車保有量高等使得O3污染程度加劇。中北部灣城市群、海峽西岸城市群和哈長城市群沒有O3污染超標的城市,而這3個城市群的共有特性在于城市群中城市規模最大的僅為大城市,并沒有超大城市和特大城市的存在,可見城市群中的人口規模最大的城市對整個城市群的發展及O3污染程度有重要的指示意義。同時,也代表中國在超大城市和特大城市及周邊城市群的發展規劃中,要提高對O3污染的防控力度。


4、中國臭氧污染可能存在環境庫茲涅茨曲線(EKC)

在城市群覆蓋的城市中,超大城市中O3污染超標率為60%,而特大城市的超標率約為86%,大城市和中等城市超標率在30%左右,小城市僅約8%,指示著中國O3污染可能存在著環境庫茲涅茨曲線(EKC),即倒U型曲線。

城市規模的發展壯大并不會改善O3污染的,故將EKC作為依據去相信城市發展最終自動改善O3污染問題,是過于樂觀和缺乏理由的。城市發展與O3污染防控可以并行,城市發展壯大只是為O3污染防控政策的出臺和有效實施提供了條件,在城市向更大規模發展時,需要及時采取O3污染防控的措施。


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