中国大气臭氧污染防治蓝皮书(2020年)

**章 导 语 2013年9月，国务院颁布了《大气污染防治行动计划》（以下简称“大气十条”），开启了我国大气污染防治的新纪元。8年来，我国大气污染防治工作取得了举世瞩目的成就。2013～2019年，全国74个重点城市年均细颗粒物（PM2.5）浓度下降了47.2%；然而，臭氧污染却呈现快速上升和蔓延态势。全国74个重点城市臭氧年评价值（臭氧日*大8小时滑动平均浓度第90百分位数，MDA8-90）上升了28.8%，其中，京津冀、长三角、珠三角和成渝地区分别上升了34.4%、25.7%、20.3%和14.1%。2019年9月下旬，我国中东部地区出现大范围、长时间的臭氧污染过程，污染面积超过300万平方千米、持续超过一周，影响波及数亿人口。臭氧污染已成为制约我国空气质量持续改善的关键，开展臭氧污染防治迫在眉睫。 臭氧（Ozone）：化学式为O3。常温、常压下无色，低浓度下无味，高浓度下刺激鼻黏膜产生腥味。具有强氧化作用。1839年德国化学家首次发现并将这种具有刺激性的气体命名为臭氧，希腊单词为ozien，意为“可嗅的”。 我国臭氧污染的研究工作始于20世纪80年代兰州西固地区出现的臭氧污染问题。经过近40年的科学探索和防治实践，我国科研人员对我国臭氧污染的形成机制和防治策略已经有了一个基本认识。臭氧污染防控虽然具有长期性、艰巨性特征，但欧美国家和我国部分地区的实践证明，只要通过科学、技术、管理、实践的紧密结合，我国完全有能力遏制并扭转臭氧恶化和蔓延的势头，*终为保障公众健康和生态安全，探索出一套臭氧污染防治的中国模式。 按照我国《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663—2013），采用臭氧日*大8小时滑动平均浓度第90百分位数（MDA8-90）进行臭氧年评价。针对某一城市，所有国控监测点位臭氧日*大8小时滑动平均浓度（MDA8）的算术平均值为该城市的臭氧日评价值，其一个日历年内的第90百分位数即第36*大值为该城市臭氧的年评价值，用于评价该城市年臭氧污染状况。 《蓝皮书》以习近平生态文明思想为指导，以“科学-技术-政策-实践”为主线，从我国臭氧污染问题的现状与演变、臭氧污染的成因与来源、臭氧及其前体物防控技术进展等方面，系统梳理了现阶段我国臭氧污染问题和解决方案的科学认知，提出了我国臭氧污染防治的策略建议，并通过介绍典型区域和城市臭氧污染防治的实践经验，探讨我国臭氧污染防治的策略和路径。《蓝皮书》各章节及主要内容如下： **章概括介绍臭氧污染问题的影响与危害、我国臭氧污染的基本认知和臭氧污染防治面临的重大问题。 第二章介绍2019年我国臭氧污染的状况、2013～2019年我国臭氧污染的时空演变趋势和中国与世界其他国家臭氧污染的比较。 第三章介绍臭氧污染形成的化学机制、影响臭氧污染的气象气候因素，分析臭氧污染的来源。 第四章介绍我国光化学污染监测和预报预警技术、臭氧前体物控制的政策与标准规范和臭氧前体物控制技术。 第五章介绍发达国家和地区臭氧污染防治历程和经验、现阶段我国臭氧污染防治的行动和措施，初步探讨我国臭氧污染防控路径。 第六章介绍近年来珠三角、长三角臭氧污染防控区域实践和上海市、成都市臭氧污染防控城市行动。 第七章总结《蓝皮书》的主要内容，并对下一步臭氧污染防控提出相关建议。 **节 臭氧污染的影响与危害 大气层中超过90%的臭氧处于平流层内，平流层的臭氧层吸收了210～290nm波段的全部太阳紫外辐射，从而保护地球上的生命免受强紫外辐射的影响；剩余不到 10%的臭氧处于对流层内，它并非来自直接污染排放，而主要是甲烷（CH4）、挥发性有机物（VOCs）以及一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）等在太阳光照射下发生光化学反应的产物，是典型的二次污染物。当对流层臭氧特别是近地面臭氧超过自然水平时，会对人体健康、气候变化、植被生态等方面产生显著影响。 根据世界卫生组织的定义，挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是在常温下沸点为50～260℃的各种有机化合物。在我国，VOCs是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃下蒸气压大于或者等于10Pa且具有挥发性的全部有机化合物。VOCs是臭氧生成的重要前体物。 1. 人体健康 瞬时或长时间暴露于高浓度臭氧中，会引起哮喘、呼吸道感染等呼吸系统疾病，还能引起中风、心律失常等心血管疾病，以及儿童自闭症和阿尔茨海默症等神经系统疾病，是人类过早死亡的原因之一（US EPA，2014）。臭氧能够刺激呼吸系统产生大量的发炎细胞激素，并引起有毒脂质氧化产物的积累，*终导致呼吸系统局部慢性炎症（Canella et al.，2016）。此外，臭氧可在人体内产生具有强氧化性的自由基，扰乱新陈代谢，诱发淋巴细胞染色体病变，对免疫系统造成破坏，并加速衰老（Rider et al.，2019）。特殊人群（如孕妇、婴幼儿等）暴露于高浓度臭氧中甚至可产生致命威胁（Silva et al.，2013）。 2. 气候变化 对流层臭氧可以吸收8～10μm的地球红外辐射，是重要的大气温室气体，也是工业革命以来导致全球辐射强迫增加的第三大温室气体，约占整体温室效应的3%～7%（Worden et al.，2008），其所导致的全球辐射强迫为0.40[0.20～0.60]W/m2。一方面，臭氧可通过光解影响OH自由基的浓度，进一步影响其他温室气体（如甲烷）的大气寿命；另一方面，对流层臭氧影响植物叶片对光能的利用，降低生态系统的固碳能力，也会对全球气候造成间接影响。 3. 植被生态 臭氧可通过植物叶片的气孔进入植物体内并产生高活性氧化剂，降低多种光合作用催化酶的含量与活性，抑制光合色素的合成，诱导植物细胞中的叶绿体变异（Van Dingenen et al.，2009）。长期暴露于高臭氧环境中的植被通常表现为叶片泛黄、功能叶片面积减小、生长发育迟缓、衰老过程加速、果实产量降低等（Krupa，2001）。大量研究证实，臭氧浓度水平的升高对水稻、小麦、棉花等作物的产量造成显著影响（Avnery et al.，2011）。我国臭氧污染导致小麦减产6.4%～14.9%，随着臭氧浓度的增加，该比例可能会持续上升至14.8%～23.0%（Feng et al.，2015）。 第二节 我国臭氧污染的基本认知 近年来，在生态环境部、科技部、国家自然科学基金委员会等部委和地方省市的部署和支持下，科研人员在珠三角、长三角等区域和上海、成都等城市开展了臭氧污染的科学研究和防控实践，对我国臭氧污染问题形成了一些基本认知和判断。 1. 臭氧污染与PM2.5污染是一个问题的两种表现 目前，我国大气污染防治以PM2.5为重心。PM2.5既可由污染源直接排放（一次PM2.5）而来，也可由大气光化学反应生成（二次PM2.5）。经过多年的努力，我国一次PM2.5排放已显著降低，部分地区PM2.5中二次成分占比超过50%，标志着大气复合污染防控进入了新的阶段。VOCs和NOx是臭氧与二次PM2.5生成的共同前体物，降低臭氧与二次PM2.5浓度需要开展VOCs和NOx协同控制。因此，臭氧污染与PM2.5污染问题本质上同根同源，是大气复合污染在不同季节的两种表现形式。 2. 污染源排放结构变化是臭氧污染持续上升的内因 经过近七十年的治理，欧美发达国家臭氧污染总体上呈现稳中有降的趋势；日本与我国同处东亚季风区，其臭氧污染上升趋势已基本得到遏制。然而，在北半球臭氧背景浓度基本维持不变的情况下，我国臭氧背景浓度逐年上升，城市地区臭氧浓度上升幅度较大。不同的研究表明，近年来，我们以PM2.5防控为重心的减排措施未兼顾到不同污染物尤其是VOCs和NOx减排工作的同步性、协调性等，可能是我国近期臭氧污染持续上升的重要原因之一。如何科学设计氮氧化物和挥发性有机物的协同减排，高效推进臭氧和PM2.5持续下降，是下一阶段我国大气污染防治面临的重点任务之一。 3. 气象/气候因素是影响臭氧污染的外因 不同时间尺度上，气象和气候因素对我国臭氧污染的影响存在显著差异。静稳、高温、低湿是诱发臭氧污染的重要气象条件。气象条件可以通过影响植被排放VOCs的强度影响臭氧的生成，特定的天气过程也会导致平流层或者对流层上层高臭氧气团“入侵”至对流层低层甚至是近地面。臭氧浓度的短期年际变化可能由气象条件或前体物排放改变所致，而臭氧浓度的长期年际变化或年代际变化则主要由前体物排放改变所致。气候变化可能诱发热浪、静稳等极端气象条件，导致臭氧污染事件增加、强度加重、时间延长、频率上升，但气候变化对臭氧浓度年际和年代际变化趋势具有一定的影响，影响机制较为复杂，其贡献尚无明确结论。 4. 我国臭氧污染的敏感区和防控策略 我国臭氧污染大致呈现城市和近郊区为VOCs敏感区、城镇和农村地区为过渡区或NOx敏感区的特征，但敏感区分布存在明显的日变化、季节变化和年际变化，并且与气象条件密切相关。一般来讲，在VOCs敏感区，臭氧污染的防控策略需要在保持现有NOx控制力度基础上强化VOCs控制；在过渡区，臭氧污染的防控策略需要VOCs和NOx同时加以控制；而在NOx敏感区则以NOx控制为重心，辅以VOCs控制。 5. 能力建设、研究积累和人才队伍建设 20世纪80年代起，特别是进入21世纪以来，我国在大气复合污染成因诊断、来源解析、预报预警、精细化调控等方面取得了长足的进步：臭氧及其前体物的监测、来源与模拟等技术进入国际先进水平，大气氧化性研究跻身国际前列，科研能力、软硬件配置和人才队伍建设均得到了显著提升。目前，我国大气污染防治的内在动力、外部条件、科研水平、区域实践和社会共识已基本具备，探索具有中国特色臭氧污染防治之路的能力已基本形成。 第三节 我国臭氧污染防治面临的重大问题 欧美发达国家经验表明，臭氧和二次PM2.5污染防控是一项长期和复杂的系统工程，其控制难度要比一次颗粒物大得多。臭氧污染防控的难点主要体现在以下三个方面：①臭氧的大气寿命较PM2.5长、区域输送特征明显，需要厘清不同区域间臭氧污染的物理化学过程；②臭氧与前体物呈非线性关系，削减臭氧前体物排放的方案需要因地制宜；③臭氧前体物VOCs来源复杂、种类繁多、活性差异较大，精准控制难度大［《环境空气臭氧污染来源解析技术指南（试行）（征求意见稿）》编制说明，2018］。我国臭氧的生成与传输机制、前体物排放特征及地形地貌、气象条件等与欧美等发达国家存在显著差异，不能照搬欧美的经验，必须制定符合我国国情和地域特点的臭氧污染防控对策。 当前，我国臭氧污染防治面临以下三个重大问题： **，如何做到PM2.5和臭氧协同防控？我国部分地区尤其是京津冀和汾渭平原等，是PM2.5污染较为严重的地区，短期内大气污染防控的重心仍以PM2.5为主。以PM2.5防控为核心目标的同时，实施PM2.5和臭氧协同控制，是这些地区面临的技术难题。珠三角、长三角等地区大气氧化性强，大气氧化性对臭氧和二次颗粒物生成具有关键影响，如何以臭氧防控为核心，在前体物VOCs和NOx精准减排基础上带动PM2.5和臭氧协同控制，是这些地区亟待解决的关键问题。 第二，如何建立更精准有效的臭氧防控策略和路径？开展臭氧污染防控首先需要明确臭氧与前体物响应关系及臭氧污染敏感区，这已经取得了广泛共识。但如何在科学认识的基础上开展臭氧污染防控，目前尚缺乏明确的科学工具和具体的指导，臭氧污染控制的科学认知与实际防控的可行性和可达性之间仍然存在脱节现象，与精细化防控紧密结合的科学研究仍然较为缺乏。 第三，如何协调臭氧污染防控治标与治本的关系？在我国主