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目前，我国以降低细颗粒物(PM2.5)为首要目标的大气污染防治措施取得了显著的成效，但近地表臭氧污染问题却越发突出。如何实现PM2.5和臭氧污染控制的“双赢”是我国当前大气污染治理面临的新挑战。近日，哈佛—南信大空气质量和气候联合实验室研究人员提出了改善我国当前臭氧和PM2.5污染的协同控制策略。相关成果在线发表于《自然—地球科学》。
2013~2017年，中国PM2.5浓度下降了30%~40%。然而，近地表臭氧污染在同一时期恶化。近地表臭氧作为二次污染物，是由氮氧化物(NOx)和挥发性有机化合物(VOCs)在阳光照射下通过光化学反应产生的，高浓度臭氧会危害人体健康和陆地生态系统。而模型模拟表明，臭氧的增加可能是由PM2.5的减少引起的。
因此，制定协同控制策略，首先需要从科学上厘清臭氧和PM2.5的关系。研究人员之前已通过数值模拟证明了PM2.5对臭氧生成的抑制作用。在此基础上, 美国哈佛大学教授Daniel J. Jacob团队和南京信息工程大学教授廖宏团队及清华大学等机构合作者，利用生态环境部2013~2018年夏季每日的PM2.5和臭氧的监测数据，从观测上证实了华北地区高PM2.5条件下地表MDA8(日最大8小时平均)臭氧浓度受到较强抑制。分析发现，导致这一现象的具体机制是PM2.5通过对过氧化氢自由基和NOx的非均相吸收，抑制了臭氧的化学生成。
此外，PM2.5对臭氧的抑制还会使臭氧生成更易受到VOCs排放的影响，即臭氧对NOx减排的敏感性降低。因此，研究人员表示，在减排NOx控制PM2.5污染的同时，需要控制VOCs排放，以减缓臭氧污染。
“根据生态环境部2018~2020‘三年行动计划’的目标，2020年PM2.5浓度、NOx和VOCs排放量相对于2017年需分别降低8%、9%和10%。而2013~2017年PM2.5快速降低造成的华北地区臭氧增加约为1 ppb/年，我们希望量化降低PM2.5对臭氧污染的影响。”廖宏告诉《中国科学报》。
对华北地区的模拟研究表明，在气象条件不变的情况下，“三年行动计划”降低PM2.5浓度、减排NOx和减排VOCs，会导致该地区平均夏季臭氧浓度分别增加0.6 ppb、减少0.5ppb 和减少1.0 ppb。这表明仅减排NOx不足以抵消PM2.5降低带来的臭氧上升，只有在NOx和VOCs同时减排时，才能在PM2.5浓度降低8%的同时有效地遏制臭氧的上升趋势(华北地区臭氧平均值相对于2017年降低0.9 ppb)。
“特别是在PM2.5浓度较高的时期，PM2.5下降造成的臭氧上升会更加明显，此时减排VOCs将更有效。但据近期研究表明，VOCs排放量仍在增长，而我们的数据强调，同时减排NOx和VOCs，才能更有效地实现灰霾和臭氧治理的双赢。”廖宏说，“而‘三年行动计划’要求减少10%的VOCs排放，这有助于扭转臭氧的长期增长，而且大力减少能，同时形成臭氧和二次有机气溶胶的高活性芳香烃挥发性有机化合物的排放，这对降低臭氧浓度尤其有效。”
据了解，哈佛—南信大空气质量和气候联合实验室成立于2017年，两校在人才培养和科学研究方面开展了诸多实质性合作。实验室博士李柯为论文第一作者，本研究得到基金委重大研究计划集成项目资助。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41561-019-0464-x
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