蓝天下的污染，全球的难题
时间：2021-01-15 14:00:56 来源：达达文档网 本文已影响 人 
于茗骞
2020年9月，天气晴好，摄影爱好者在故宫角楼附近取景拍摄。在PM2.5浓度下降的同时，蓝天下的污染——臭氧日渐引发重视。
新华社❘图
万变不离其宗，做好两个协同——区域协同治理和前体污染物的协同减排是全球治理臭氧的关键。
在臭氧污染水平最高的日子，臭氧往往主要由当地排放物产生，运输的臭氧仅占很小比例。
秋高气爽，空气中也依然隐藏着污染。
根据全国空气质量预报会商结果，2020年9月上半月，全国大部地区空气质量以良至轻度污染为主，局地可能出现中
度污染，首要污染物为臭氧或颗粒物。长三角、苏皖鲁豫和华南局地可能出现臭氧轻度至中度污染过程。
放眼全球，臭氧污染不是新问题。
1943年，美国洛杉矶光化学污染事件在环境史上留下了
沉重的一笔。受地形的约束，大气污染物聚集，在太阳光照射下产生了剧毒的光化学烟雾，臭氧浓度显著升高。1970年夏季，纽约、洛杉矶、东京、米兰和布宜诺斯艾利斯五大城市几乎同时遭受光化学烟雾的袭击。
臭氧问题在2020年的夏天被多个媒体报道。但亚洲清洁空气中心空气质量项目经理万薇提到，臭氧污染在全球都难短期解决。受各地气象、地形及政策影响，“每个国家都不一样，每个城市，同一个城市不同的季节，在不同的气象外部条件下机理都不一样。没有一套简单的通用方案。”
但万变不离其宗，做好两个协同——区域协同治理和前体污染物的协同减排是全球经验的关键。城市要考虑多方因素，识别管辖区内臭氧生成的机理，追踪污染源，评估减排量，制定中长期的减排规划。同时，各个城市难以独善其身，也要区域合作。
监测五十多种VOCs
得益于污染减排，公众熟知的PM2.5近年来浓度大幅下降。但治理臭氧不一样，如果只削减某一项前体物，有可能按下葫芦浮起瓢，臭氧浓度不降反升。
臭氧污染主要是由NOx和VOCs这两种前体物在高温光照下反应生成的。如果把臭氧生成比做一团熊熊燃烧的火焰，NOx即是下面的干柴，VOCs即是促使火焰燃烧的助燃剂。
但臭氧浓度与前二者的浓度呈非线性关系，大气化学中经典的EKMA曲线显示，一个地区的臭氧污染程度主要由VOCs决定，就被称作VOCs控制区，反之为NOx控制区。在VOCs控制区，VOCs浓度保持不变，NOx浓度下降时，臭氧浓度反而上升。
在污染物控制策略上，美国和日本都走过弯路。美国早期以控制VOCs为主，在意识到协同控制NOx的必要性之后，开始强化电力行业NOx排放控制。日本1991年出台政策控制柴油车排放——NOx的重要来源，然而日本控制柴油车之后，臭氧反而升高。
2004年，日本出台了针对VOCs的对策。日本环境省也开展了研究，发现这里面重要原
因是NOx的减排使得空气中一氧化氮减少，但一氧化氮有滴定作用，没有这个滴定作用臭氧就会上升。
为更好解析臭氧的来源，为臭氧成因分析提供基础数据，在监测手段上各国也逐步发展出一系列技术和平台。
洛杉矶光化学污染事件之后，美国政府制定了一系列大气污染防治法律，1970年颁布《清洁空气法案》。在这之后东海岸的空气污染问题也开始变得严重，很多地方迟迟不能达标，受其他区域影响很大。1990年美国修订这一法案，专门对臭氧提出了监管要求。这一法案要求各地加强对臭氧，及其前体物氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）的联合监测。
同时，这一修订要求臭氧未达标级别为严重（serious），非常严重（severe）或极端(ex-treme)的地区建立光化学评估监测站（PAMS），作为州实施计划 （State Implementation Plan，SIP）的一部分。
据万薇介绍，与传统监测站相比，光化学评估监测站更注重前体物的监测以及前体物在该区域的特征和比例。PAMS项目新增了大量有价值的环境空气监测数据，包括NOx和五十多种VOCs，气象参数也是PAMS项目的监测指标。
区域联动
除了受到多种因素影响的光化学反应外，跨区域的传输也使得臭氧治理难以寻到“根源”。万薇谈到，“都在排放的时候，高浓度区可能是城区，排放停了之后，经过一段时间的传输反应，高浓度区可能会出现在下风向。经过前面的排放后，次日，乡村有时比城市更严重。”
欧洲的臭氧污染联合防治历程始于1970年代，由于汽车保有量大幅度提升，德国、荷兰等国的一些大城市受汽车尾气影响相继发生光化学烟雾事件。联合行动从彼时开始，1979年，34个欧共体成员国签订了《远距离越境空气污染公约》（LRTAP），联合开展前体物减排。
多年来，为减少州与州之间的空气污染运输，尤其是上风向对下风向的影响，美国直接适用于臭氧的规则有两个：一是1990年代后期的NOx的州实施计划（SIP）；
二是2015年的跨州空气污染规则（CSAPR），进一步扩大管控范围。
美国《清洁空气法案》要求各州、地方和联邦政府合作。亚洲清洁空气中心一份报告指出，为了促成各州减排行动的开展，美国采取行政命令和市场机制结合的方式。一方面，国家层面对州执行计划的制定、实施和达标提出明确要求，对不能达到要求的州，美国环保局可以介入甚至强制执行联邦计划，冻结大排放项目的建设，中断高速公路建设款项，设计更加严格的准入机制等。另一方面，允许各州灵活开展达标措施组合，通过排污交易市场来选择成本最优、效果最好的减排方式，从而降低企业减排成本和州达标成本。
以加州为例，EPA西南区域发言人Mike Alpern回复南方周末，在过去的几十年中，加州的空气质量已有显著改善，但是仍然存在重大挑战。在与各州、地方及政府联合治理空气污染问题的过程中，各方的职责作用取决于空气污染的性质和程度。就治理加州污染问题，EPA加州空气资源委员会（CARB）和地方的空气管理局均参与其中，密切合作，共同制定和开展州实施计划(SIP）。
这些计划是由各州针对不符合标准的区域制定的，包括达标所需的许可规则，控制措施和
技术文件。EPA会对这些计划进行审查，以确保符合《清洁空气法案》的要求。获得批准时，控制措施和规则可由政府强制执行，附加于州强制执行的措施之上。
同时，为了推动清洁空气技术，通过诸如西海岸合作组织（West Coast Collaborative）这种公私合作伙伴关系，与州立机构和商业部门合作，以减少美国西海岸的柴油污染。EPA的资金与其他公共和私人合作伙伴的资金相匹配以资助项目的开展。州和地方大气机构也会调配相应资源用来开发和部署更清洁的燃烧技术。
全球监测数据库
空气的传播没有国界。臭氧可以在上风国家或大陆上产生，也可以在从一个国家到另一个国家的运输过程中，由前体物产生。除此之外，还有从平流层转移到对流层的臭氧、闪电、山火等自然或人为因素引起的光化学反应产生的 NOx 和VOCs。
有一群科学家从全球尺度追踪臭氧的变幻。
自2014年起，国际全球大气化学计划（IGAC）科学家发起“对流层臭氧评估报告项目”（TOAR：TroposphericOzone As-sessment Report），旨在对全球范围内对流层臭氧状态作出系统评估。参与这一项目的科学家超过200人，来自35个不同的国家，其中也有中国的学者。
这一项目的总负责人Ow-en Cooper教授表示，第一阶段是2014-2020年，最重要结果是建立了世界上最大的地表臭氧监测数据库。这也是第一次可以同时分析所有可用的臭氧观测值。
使用这一数据库可以查看到既定的的臭氧度量标准，例如世界上所有站点的每日最大8小时平均臭氧值的季节性平均值，以确定世界上污染最严重的地区并确定臭氧污染的长期变化趋势。
这一数据库公开可用，全世界的科学家可使用该数据库进行有关臭氧污染的新研究。
Cooper介绍，2020-2024年，TOAR第二阶段将扩展数据库，涵盖更多站点。从2020年底的数据开始，将在全球许多站点纳入臭氧前体物观测值。扩展后的数据库便于看到污染热点在世界范围内如何变化。
利用这些模型是计算出自其他区域的臭氧量吗？
对此，Cooper表示，尽管大气化学模型可以计算从一个区域转移到另一个区域的臭氧量，但这只是一个估计值，不确定性非常大。
虽然臭氧从一个区域到另一个区域的运输有时会向顺风地区贡献大量比例，在某些情况下甚至超过50%，但是Cooper认为，在臭氧污染水平最高的日子，臭氧往往主要由当地排放物产生，运输的臭氧仅占很小比例。
据Jaffe，D.A.等人2018年发表在Elementa- Science of the Anthropocene的文章《美国外来臭氧的科学评估：对空气质量管理的影响》，一般而言，据模型估计，影响美国低海拔地区的外来臭氧的季节性平均值在20–40ppb之间，在臭氧浓度最高的天数受外来影响通常较小。
Cooper表示，影响人类健康的大多数臭氧污染事件都是由本地或区域性排放的臭氧前体气体产生的。因此，大多数臭氧污染事件可以通过控制当地城市的排放或更大范围内的多城市区域共同控制，例如美国东北部或西欧。
（作者为南方周末绿色研究中心研究员）
