自2013年起，我国以降低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愈发突出。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。夏季臭氧经常成为首要大气污染物，高浓度臭氧会危害人体健康和陆地生态系统。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，国际权威期刊《Nature Geoscience》在线发表了Harvard-NUIST空气质量和气候联合实验室的研究论文“A two-pollutant strategy for improving ozone and particulate air quality in China”，报道了改善我国当前臭氧和PM2.5污染的协同控制策略。
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。该团队之前的研究已经通过数值模拟的方法证明了PM2.5对臭氧生成的抑制作用。在此基础上, 本研究利用生态环境部2013-2018年夏季逐日的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）臭氧浓度受到很强的抑制（左图）。分析发现，导致这一现象的具体机制是PM2.5通过对HO2自由基和NOx的非均相吸收，抑制了臭氧的化学生成。PM2.5对臭氧的抑制还会使得臭氧生成更加受到VOCs排放的影响，即臭氧对NOx减排的敏感性降低。因此，在减排NOx控制PM2.5污染的同时，需要有力地控制VOCs排放来减缓臭氧污染。
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年需要分别降低8%、9%和10%。考虑到过去五年（2013-2017）PM2.5快速降低造成的华北地区臭氧增加约为1 ppb/年，那么该目标在降低PM2.5的同时对臭氧污染有何影响呢？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会导致华北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（右图）。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都减排时，“三年行动计划”在PM2.5浓度降低8%的同时才能有效地遏制臭氧上升的趋势（华北地区臭氧平均值相对于2017年降低0.9 ppb）（右图）。特别是在PM2.5浓度较高时，PM2.5下降造成的臭氧上升会更加明显，此时减排VOCs将更加有效。据近期研究表明，VOCs排放量仍在增长，本研究强调同时减排NOx和VOCs（特别是减排能同时形成臭氧和二次有机气溶胶的高活性的芳香烃VOCs）能够更加有效地实现灰霾和臭氧治理的双赢。
Harvard-NUIST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实质性合作，已取得突出的合作成效。实验室李柯博士为论文的第一作者，哈佛大学Daniel J. Jacob教授和我校廖宏教授为论文的共同通讯作者。参与该研究的还包括我校环科院朱佳博士，哈佛大学Viral Shah, Lu Shen, Kelvin H. Bates和Shixian Zhai博士，以及清华大学张强教授。本研究得到基金委重大研究计划集成项目（91744311）的资助。
左图：观测的华北夏季高浓度细颗粒物（PM2.5）对地表臭氧（MDA8O3）的抑制作用；右图：2018-2020“三年行动计划”对华北地区夏季臭氧（MDA8O3）污染的改善
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41561-019-0464-x