PM2.5不斷下降的同時，中國城市臭氧污染正變得越來越嚴重

地表臭氧污染正在取代 PM2.5 成為中國大城市空氣污染的新問題。令人意外的是，空氣中細顆粒物的不斷下降可能正是令臭氧污染逐漸抬頭的「元兇」。

PM2.5 指空氣中粒徑小於 2.5 微米的細顆粒物，在《穹頂之下》將霧霾變為公共話題之後，PM2.5 一直是公眾最為關切的空氣污染物。作為對中國城市空氣日益嚴重的回應，中國國務院在 2013 年發布了《大氣污染防治行動計劃》，其中對可吸入顆粒物的控制做出了明確的指標要求：「到 2017 年，全國地級及以上城市可吸入顆粒物濃度比 2012 年下降 10% 以上，優良天數逐漸提高；京津冀、長三角、珠三角等區域細顆粒物濃度分別下降 25%、20%、15% 左右，其中北京市細顆粒物年均濃度控制在 60 微克/立方米左右」。

5 年之後，成果顯見，尤其在華北平原。2013 年- 2017 年，華北平原地區的 PM2.5 濃度下降達到了 40%。

也是在 2013 年，中國開始大規模建設地表空氣監測網路，現在包括 PM2.5、 PM10、臭氧在內的空氣污染物濃度均可在生態環境部的官網實時查看。利用生態環境部的監測數據，哈佛大學-南京信息工程大學空氣質量和氣候聯合實驗室的研究人員分析了 2013-2017 年我國夏季地表臭氧 MDA8（日最大 8 小時平均）濃度變化，結果發現我國東部主要大城市群過去 5 年的 PM2.5 濃度顯著降低但臭氧濃度迅速增加，增加趨勢為 1-3ppbv/年。ppbv（parts per billion by volume）表示在單位體積的混合氣體中，某一種氣體的體積佔比為十億分之一。

平流層中的臭氧，由於能夠吸收有害的短波紫外線，對地球上的生命起著重要的保護作用。而位於地表的臭氧，則由於其極強的氧化性，會損害人體的呼吸道和心血管系統，甚至有可能造成農作物減產。地表臭氧是氮氧化物（NO_x）和揮發性有機物（VOCs）在陽光照射下發生光化學反應之後的產物，因此夏季正是臭氧污染髮生的高峰時節。然而臭氧的生成同 NOx 和 VOCs 的濃度並不是簡單的線性關係，而是會隨著 NOx 和 VOCs 的濃度比值發生高度非線性的變化。

上世紀 80 年代開始採用的 EKMA 曲線表明當某地空氣中的 VOCs/ NO_x 比值偏大時，該地便屬於NO_x控制區，這意味著減少 NO_x 同時會減少臭氧生成；但是當 VOCs/ NO_x 比值較小的時候，則處於 VOC 控制區，VOCs 減少的同時，臭氧的生成同時會減少，但是如果 VOCs 不變，減少 NO_x 反而會促進臭氧生成。

圖片來源：《環境科學學報》

我國城市普遍處於 VOC 控制區，這就意味著單純降低氮氧化物的排放，並不會減少臭氧生成，反倒會加重臭氧污染。結果也確實如此。根據研究人員的估算 2013-2017 年間我國人為 NO_X 排放量降低了約 20%，而 VOCs 排放量變化不大，同期臭氧污染的情況呈現了持續加重的趨勢。

但是 NO_X 的下降並不足以解釋我國東部地區臭氧的增加，尤其是華北平原地區。研究人員通過進一步分析發現，華北平原地區夏季臭氧增加的一個更重要的因素是過去五年當地夏季 PM2.5 濃度的顯著下降——降低了約 40%，這就減少了細顆粒物對 HO₂ 自由基的吸附。HO₂ 自由基是由VOCs 產生的一種活性自由基，具有很強的氧化性，可以將一氧化氮（NO）氧化為二氧化氮（NO₂），而 NO₂ 在陽光照射下光解之後產生的氧自由基會和氧氣反應，生成臭氧。因此，華北平原夏季大氣中更多的 HO₂ 活性自由基促進地表產生了更多的臭氧。

這一發現發表在了去年 12 月 31 日出版的《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）上，聯合實驗室的科學家們的研究成果揭示了臭氧污染控制的複雜性，這就意味著空氣污染政策的制定必須對各種可能造成污染的因素進行更為全面的考慮。

「在此之前，PM2.5 會以某種方式影響臭氧只是科學家們的一種假設，不過我們對於這一點並不確定。我們已經做了各種測試，（研究的）結果回答了這個問題，PM2.5 和臭氧污染之間的確存在因果關係，」論文的通訊作者、南京信息工程大學的廖宏教授在接受《南華早報》採訪時表示。

題圖來自：flickr

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