控制臭氧污染必须进行源头治理
龚山陵，博士，国家“千人计划”特聘专家。中国气象局研究员、雾—霾监测预报创新团队首席，大气化学和大气气溶胶数值模式专家。参与加拿大环境部的空气质量预报模式开发，特别是PM2.5的模拟研究，回国后指导建立了中国气象局化学天气数值预报系统。
有数据显示，近些年来，北半球许多国家的臭氧污染都比较突出。我国也不例外。2013年以来，我国三大重点区域特别是京津冀和长三角地区臭氧浓度有显著的逐年上升趋势。今年前5个月，我国多个城市也出现臭氧浓度大幅上升现象。臭氧污染为什么会日益突出？如何更好地控制臭氧污染？记者采访了国家“千人计划”特聘专家、中国气象局研究员龚山陵博士。
对话人：中国气象科学研究院研究员龚山陵
采访人：本报记者原二军
?臭氧浓度为什么会明显上升？
■氮氧化物和VOCS排放量增多，太阳辐射增强，导致臭氧浓度上升。
中国环境报：2013年以来，我国三大重点区域的臭氧浓度有显著的逐年上升趋势。今年前5个月，我国多个城市也出现臭氧浓度大幅上升现象。为什么会出现这种现象？
龚山陵：自2013年以来，我国京津冀、珠三角、长三角等区域的臭氧浓度一直上升，位于西部的成渝地区也是如此。特别是今年上半年以来，臭氧浓度的上升就更为显著。导致这种现象出现主要有以下几方面原因。
第一个要素就是人为活动产生的排放，包括机动车、燃煤、工业生产等排放出氮氧化物和VOCS（挥发性有机物）等污染物。太阳紫外线把二氧化氮分解成一氧化氮和氧原子，氧原子和大气中的氧气相结合，就形成了臭氧。如果在没有VOCS的情况下，臭氧（O3）和一氧化氮还会再发生反应，还原成二氧化氮，在大气中达到一种平衡状态。但因为有VOCS的存在，就可以起到催化剂的作用。在阳光照射的情况下，O3产生HO2自由基，可以把一氧化氮重新还原成二氧化氮。而二氧化氮在阳光辐射下又产生了臭氧，这也就使得臭氧不断累积而没有消耗，在这种情况下，就会出现臭氧浓度一直上升的情况。可以这么说，因为有VOCS的存在，使得臭氧量越来越多，当然这中间有很复杂的化学反应。
另一个要素就是天气本身。在污染物排放不变的情况下，如果说太阳光线越强，那么产生的臭氧就会越多。我们分析了京津冀和长三角臭氧变化的趋势，就发现在2013年~2017年这段时间内，太阳辐射强度一直在增高。一方面，这与全球大气候本身的波动有关，这几年太阳辐射强度呈逐年增强趋势。另一方面，与近几年我国对PM2.5的有效防控有关，大气更清洁、颗粒物更少，增加了太阳辐射的强度，造成了臭氧量的增加。
分析还发现，在京津冀地区，臭氧的增加率和辐射增加率之间的相关性（r）能达到60%。也就是说，太阳辐射增加可以解释35%左右臭氧增加的方差（指各个数据与平均数之差的平方的平均值，用来测量和中心偏离的程度）。而在广州，这种相关性（r）能达到70%，辐射增加可以解释60%臭氧增加的方差。从这个角度来讲，天气原因在其中起到了一个非常大的作用。另外一个天气原因就是空中的水汽，也就是水分子，它也是影响臭氧的一个关键因素，它和太阳辐射是呈反向的关系。研究发现，大气中水汽含量越高，臭氧就越低。比如北京在2013年~2016年之间，年均总辐射从13.1增加到14.7（10-2兆焦耳/平方米），相对湿度从45.7%下降到40.6%，是导致臭氧升高的主要原因之一。
中国环境报：臭氧污染加重，气象因素和人为活动因素中哪一个所起的作用更大？
龚山陵：谈到气象因素对臭氧污染影响的时候，我一直强调一个前提，就是在污染物排放不变的情况下。但实际上，由于人为活动，污染物排放量是一直在变化的，比方说VOCS的排放量一直在增加，即使氮氧化物保持着不变或稍微上升的趋势，也会导致臭氧升高。
一个区域里臭氧污染的加重，我们现在还是很难区分出来到底是气象的原因，还是污染排放量的变化占主导地位。气象条件变化可以解释35%~60%臭氧升高的原因，但氮氧化物和VOCS排放的比值变化，以及排放的绝对量的增加也是臭氧增加的原因之一。因此，由于区域和季节的不同，气象因素和人为活动因素对臭氧增加的相对作用会有所不同，需要进行详细的研究。
?臭氧浓度升高可能带来哪些影响？
■臭氧可以导致二次污染物的形成，影响人体健康，抑制农作物的生长。
中国环境报：有专家指出，臭氧不仅本身有害，其生成二次污染物的能力也很强。对此如何理解？
龚山陵：臭氧本身不是一次污染排放物，它是大气氧化性的一个产物。没有氮氧化物、VOCS、自由基的形成，臭氧浓度就不会增加得这么快。正是在太阳辐射下，VOCS、一氧化碳等都会产生一些自由基，增强大气的氧化性，使得二氧化氮不断产生臭氧。臭氧的形成速率和大气氧化性是成正比的。大气氧化性越强，臭氧形成量就越高。而在臭氧形成后，它本身也是一个氧化性比较强的物质。臭氧有可能氧化二氧化硫，使其变成了硫酸盐（PM2.5）。它也有可能把一氧化氮变成二氧化氮，二氧化氮和水汽相结合，又变成硝酸盐。
臭氧可以增强大气的氧化性，导致二次污染物的形成。这是一个相互作用、相互反馈的一个系统，比较复杂。
中国环境报：大气中臭氧浓度升高会带来哪些影响？
龚山陵：大气中臭氧浓度升高，带来的影响主要包括两方面。一是影响人体健康。人体在高臭氧浓度的环境下，皮肤会产生敏感性。臭氧会刺激人的眼睛，使视觉敏感度和视力降低。大气中的臭氧浓度在200毫克/立方米时，就会对人的中枢神经产生影响，人会感觉到头痛、胸痛、视觉下降等症状。
二是影响农作物的生长。臭氧可以抑制植物的生长。臭氧有比较强的氧化性，到达植物的表面以后，可以强化植物的呼吸，增加水分能量的供给，导致农作物产量的降低。有研究显示，臭氧浓度升高，可以使大豆的产量降低10%~30%。
?有效控制臭氧污染的关键点是什么？
■主要是控制人为活动引发的污染排放，进行源头治理。
中国环境报：控制臭氧污染，关键点是什么？
龚山陵：对臭氧进行有效控制，主要应控制人为活动引发的污染排放，进行源头治理，尽量降低氮氧化物和VOCS的排放。
臭氧的产生是一个非常复杂的光化学反应过程，VOCS和氮氧化物的排放量以及排放的比值，是决定臭氧产生的重要因素。VOCS和氮氧化物排放的比值是由当地的天气和能源结构造成的。在特定的大气环境下，VOCS和氮氧化物排放的比值有一个特征量，它决定了一个城市的减排是以VOCS为主还是以氮氧化物为主。如果不能准确地按照特征量减排相应污染物，产生的效果可能适得其反。也就是说，如果一个城市或区域的臭氧量是由VOCS控制的，必须减排VOCS才能减低臭氧的浓度；但如果只是单纯降低氮氧化物，臭氧量反而还会上升。相反，如果这个城市或区域的臭氧量是由氮氧化物控制的，就要减排氮氧化物，这样才会有效果。
因此，对一个区域的臭氧进行有效的控制，一定要弄清楚这个地方臭氧的污染特征，包括氮氧化物和VOCS的比值以及这些污染物的排放强度。
VOCS种类有成千上万种，不同的VOCS对生成臭氧的贡献量是不一样的，比如喷漆、餐饮油烟、机动车排放，这些都不一样。所以，我们要找出对臭氧催化起作用更大的VOCS种类，进行控制，这样效果会更好。
中国环境报：如何才能更好地控制臭氧污染？
龚山陵：在我国PM2.5防控初见成效，能源结构、产业结构不断改善的情况下，臭氧的问题今后会越来越凸显。比如，以前燃煤污染比较严重，通过煤改电以后，现在氮氧化物和VOCS问题凸显出来，特别是以机动车为代表的污染物会越来越凸显出来，这些都是臭氧生成的原因。并且这些问题不是一两年就可以解决。
无论是美国还是欧洲，对臭氧治理了这么长时间，还会出现臭氧超标的情况。我国臭氧今后持续5年、10年甚至20年时间，都有可能。因为我们的生活方式和交通方式不会有太大的变化。但我们可以通过升级油品，使机动车排放更清洁一些。此外，还要通过立法和建立标准，将散乱污企业淘汰掉，调整区域的产业结构，这些措施都有助于更好地控制臭氧污染。
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