近年来,我国臭氧(O3)污染问题日益凸显,在三大区域(京津冀、珠三角、长三角)及部分中心城市对空气质量的影响已仅次于PM2.5。2017年, 京津冀区域的O3日最大8小时平均浓度第90百分位数(以下简称O3浓度)最高(193μg/m3),其次汾渭平原(185μg/m3)、长三角(170μg/m3)、珠 三角(165μg/m3);其中,汾渭平原O3浓度年均上升率最高(13.0%),京津冀(12.0%),长三角(6.7%),珠三角(4.4%)。相对于其它主要大气 污染物浓度下降的趋势,O3浓度处于快速上升的通道,且直接影响大气年度考核目标中“优良天数占比”这一约束性指标,因此O3污染逐步成为了各级政 府正努力寻求解决方案的新常态环境问题。

随着中国城市群建设进程的加快和机动车保有量的急剧上升,中国的O3污染逐渐受到重视。环境保护部在2017年5月18日通报,京津冀及周边地区将 出现一次污染过程,北京、天津、河北中南部部分城市空气质量可能达到中度污染,短时可至重度污染,首要污染物为O3。

国内学者也对O3的影响以及时空分布展开了研究,程麟钧等、段玉森等、姜峰等、李名升等通过已有数据得出不同时间间隔的变化曲线以及各城市 的超标天数研究了中国或地区的O3污染趋势及时空分布特征;张玉强利用GEOS-Chem大气化学传输模式、TES卫星数据以及有限的地面观测数据研究了 中国区域O3的时空分布,研究主要集中在分析中国区域不同外界来源O3的月平均变化规律,并发现夏季季风对于中国地区O3浓度起着决定性影响;Wang 等 对中国O3的浓度,气象影响,化学前体和影响进行了综述; Tang等利用MM5-CMAQ(第五代宾夕法尼亚州/国家大气研究中心尺度模型-社区多尺度空气质量模型系统)对中国华北地区的O3污染进行建模,预测了夏季的O3污染及北京奥运 减排期间的O3污染变化。 国内早期的O3污染时空特征方面的研究主要集中于传统统计方法分析时间变化规律或以污染天数统计O3高发城市,得出的结论局限于单个城市的统计,可视化不强。

从全国监测点趋势来看,O3日最大8 h滑动平均值的月均值变化曲线显示了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,远远高出2014年的峰值。 O3的谷值均分布在各年的12月,2014-2015年的变化趋势较为平稳,但在2016年的上升幅度较大,可见冬季的O3污染也不容忽视。

除北部湾城市群O3浓度上下波动较为频繁以外,全国监测点和单个城市群的O3和PM2.5都呈现出“交错污染”的态势。O3污染的高峰都出现在6月附近, 低谷均出现在12月附近,而PM2.5污染的高峰出现在12月附近,低谷均出现在8月附近;并且O3污染的高峰每年持续数个月,不同于PM2.5的峰值仅出现1-2个月 就迅速下降。目前社会关注度较高的主要是中国北方采暖季的PM2.5防治问题,而出现在夏季PM2.5污染相对较低时候的O3污染,大多人缺少一定的认识,这使 中国O3污染的防控出现很大的压力。

结论与讨论

1、中国臭氧污染整体处于缓慢上升的趋势

中国O3和PM2.5在总体上呈“交错污染”的态势,O3污染的高峰主要集中在5-7月,在2017年迅速增长且污染高峰持续数月,冬季的O3污染虽处于较低水平,但 逐年上升的趋势也比较明显。由此可见,在密切关注PM2.5污染防控的同时,也要注重对O3污染的防控。

2、中国臭氧浓度在城市群分区中呈条带污染之势

城市群人口密集、工业活动聚集和机动车保有量高等特性使O3污染比较严重。现有监测点中超标的点位绝大多数聚集在城市群区域,地理探测器模型分析结 果也客观地显示着中国监测点的O3污染在城市群分区中有较强的空间分层异质性,而城市群中京津冀城市群、长江三角洲城市群、中原城市群和山东半岛城 市群O3污染相对突出;O3和PM2.5均不超标的城市主要集中在北部湾城市群和海峡西岸城市群。

总体上,中国O3浓度在华北和华东地区形成了条带污染的态势,这对中国O3污染防控重点区域具有指示意义。

3、中国臭氧污染主要聚集在大人口规模城市

城市人口规模等级新标准以城区常住人口为统计口径,反映人口密集程度和城市发展规模。大规模的城市人类活动频繁,机动车保有量高等使得O3污染程度加 剧。中北部湾城市群、海峡西岸城市群和哈长城市群没有O3污染超标的城市,而这3个城市群的共有特性在于城市群中城市规模最大的仅为大城市,并没有超大 城市和特大城市的存在,可见城市群中的人口规模最大的城市对整个城市群的发展及O3污染程度有重要的指示意义。同时,也代表中国在超大城市和特大城市 及周边城市群的发展规划中,要提高对O3污染的防控力度。

4、中国臭氧污染可能存在环境库兹涅茨曲线(EKC)

在城市群覆盖的城市中,超大城市中O3污染超标率为60%,而特大城市的超标率约为86%,大城市和中等城市超标率在30%左右,小城市仅约8%,指示着中国O3 污染可能存在着环境库兹涅茨曲线(EKC),即倒U型曲线。

城市规模的发展壮大并不会改善O3污染的,故将EKC作为依据去相信城市发展最终自动改善O3污染问题,是过于乐观和缺乏理由的。城市发展与O3污染防控可 以并行,城市发展壮大只是为O3污染防控政策的出台和有效实施提供了条件,在城市向更大规模发展时,需要及时采取O3污染防控的措施。

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