平流層臭氧侵入例外事件示意圖——平流層高濃度臭氧在高空特定氣象擾動的觸發下，侵入自由對流層，進而在顯著下沉氣流的引導下，穿越逆溫層擴散至近地面，造成臭氧監測濃度異常超標。 王鵬製作
2012年6月14日，在美國懷俄明州綠河上遊Boulder和Big Piney等地環境大氣監測點位的臭氧濃度急劇升高到70ppbv（大氣單位體積濃度比）以上，打破了同時期臭氧濃度的峰值記錄，超過了美國環保局（EPA）規定的臭氧8小時濃度標準限值。然而，EPA卻免除了對懷俄明州此次「超標」事件的懲罰。其緣由則要追溯到美國2007年發布並於2016年修訂的《例外事件總則》中關於「平流層臭氧侵入例外事件」的相關條文。
「平流層臭氧侵入例外事件」屬於自然事件
眾所周知，平流層臭氧層對人類賴以生存的地球有重要的保護作用，它能夠吸收和阻礙太陽光中對人體和動植物有害的紫外線，保護地球上的生物得以生存繁衍。平流層中上層臭氧濃度遠高於對流層臭氧濃度，平流層底部的臭氧濃度也可達對流層濃度的10倍以上。平流層和對流層大氣的物質時刻都在發生交換，在特定氣象條件的觸發下，中緯度地區平流層底部和對流層上層區域較易發生嚴重的對流層頂「摺疊」現象。這一現象使得平流層臭氧侵入自由對流層，若再遇到顯著的下沉氣流，會進一步穿越逆溫層擴散至近地面，造成近地面臭氧濃度短時間內快速上升，嚴重情況下可導致臭氧濃度超標。美國《例外事件總則》將此類事件定義為「平流層臭氧侵入例外事件」。
以懷俄明州2012年6月14日的事件為例，研究證明美國西部高層大氣擾動在事件發生前向對流層上層注入了富含臭氧的空氣，並由懷俄明州西部向對流層低層傳輸，進而導致Boulder和Big Piney最大8小時平均臭氧濃度分別達到76ppb和77ppb。若排除這一事件的影響，臭氧8小時濃度監測值不會超過EPA規定的限值。
由此可見，「平流層臭氧侵入例外事件」屬於自然事件。平流層臭氧侵入主要受大氣環流動力、熱力等影響，與近地面人為汙染排放性質顯然不同。
美國：如能證明臭氧侵入與濃度超標之間的因果關係，可酌情免除懲罰
「平流層臭氧侵入例外事件」影響美國大氣環境政策實施與評價考核。平流層臭氧侵入經常使得個別地區（特別是美國西部高海拔地區）特定時間段（特別是光化學反應受抑制時段）臭氧濃度異常升高，超出限定標準。EPA認為，如果將這些數據用於空氣品質評價，會產生不公平的監管決策，影響美國《清潔空氣法》的實施。此外，「平流層臭氧侵入例外事件」不定期發生，且影響範圍較大。如美國2017年4月20日至4月22日發生的事件，導致懷俄明州、科羅拉多州和新墨西哥州的高海拔地區及鄉村地區都出現了臭氧濃度超標現象。
根據《清潔空氣法》、《例外事件總則》的相關規定，如果地方空氣品質管理機構能夠證明平流層臭氧侵入與臭氧濃度超標之間存在明顯的因果關係，即數據超標是由於平流層臭氧侵入直接引起的，則可在空氣品質系統中將這一事件發生期間相關監測點位超標數據進行標識並全部扣除，免除對地方例外「超標」的懲罰。需要指出的是，EPA對此類事件影響的扣除方法與我國已發布的《受沙塵天氣過程影響城市空氣品質評價補充規定》中類似的扣除基本一致。
「平流層臭氧侵入例外事件」的判定是開展相關監測數據扣除的基本前提，也是客觀評價此類事件影響的關鍵所在。美國EPA於2018年發布了《平流層臭氧侵入例外事件指南》（以下簡稱《指南》），針對此類事件判定的技術關鍵進行了詳細的介紹，特別是如何識別平流層臭氧向自由對流層侵入及平流層臭氧傳輸至近地面的過程、如何量化平流層侵入對近地面臭氧濃度的影響。《指南》提供的技術方法可作為重要的支撐和借鑑，供地方開展「平流層臭氧侵入例外事件」的申請論證工作。從流程化實操的角度來看，美國也已經形成一套規範的業務化運行機制，便於EPA與地方空氣品質管理機構合理高效地開展申請與審核工作。結合調研結果，美國已有完成認證和在認證過程中的相關典型案例，體現了「平流層臭氧侵入例外事件」管理的合理性和可行性。
我國：應開展回溯分析，提前研究相關技術規範要求
近年來我國大氣臭氧汙染呈加劇態勢，已成為繼PM2.5後困擾城市空氣品質改善的另一重要汙染物，更是制約「十三五」空氣品質優良天數目標順利實現的一項重要挑戰。研究發現，類似平流層臭氧侵入過程在我國每年會不定期發生，且覆蓋時段較廣，全國各地空氣品質普遍受到此類過程的直接影響和威脅。
南京大學研究人員基於觀測結果和數值模擬發現2018年4月27日-28日我國東部發生了平流層臭氧嚴重侵入對流層事件，南京、杭州、嘉興以及合肥市的大氣環境監測點位臭氧監測值在這一時段超標，最大值超過140ppbv。數值模擬結果表明，平流層臭氧侵入對臭氧監測濃度的貢獻超過15％。
浙江大學研究人員以杭州市在二十國集團領導人第十一次峰會（即G20峰會）期間（2016年8月24日-9月6日）臭氧汙染過程為例，分析得到平流層臭氧侵入對臭氧濃度和超標天數的影響。G20峰會期間，中國東南部發生了平流層臭氧侵入事件，是導致杭州市這一時段臭氧濃度居高不下甚至超標的重要原因之一。因此，平流層臭氧向對流層的異常輸送可能是我國部分地方特定時間點臭氧濃度超標的直接原因之一。
目前，我國完全具備展開全方位分析研究的技術基礎，並且美國相關法則、《指南》以及我國沙塵暴天氣扣除經驗，能夠為我國探索研究相關政策提供有力的支撐。
綜上所述，一方面，建議組織力量深入開展平流層臭氧侵入事件的回溯分析，為強化我國的臭氧管控能力，儲備大氣環境管理政策工具提供技術支撐。目前，我國平流層臭氧侵入事件的發生和影響程度尚未全面掌握，可鼓勵相關科研單位，針對此類事件開展深入研究分析，快速摸清我國平流層臭氧侵入事件的底數，識別其涉及範圍、發生頻次、年際變化以及對近地面臭氧濃度的影響程度。
另一方面，建議提前探索研究我國平流層臭氧侵入事件的判定技術規範要求。相關文獻表明，我國已初步開展了有關平流層臭氧侵入事件的基礎研究工作，不過研究的廣度和深度還有待提升。此外，儘管我國已具備較好的氣象與空氣品質預報模式，監測手段和監測工具也相對成熟，但是目前還沒有綜合應用於平流層臭氧侵入事件的研究，急需開展技術集成和工具開發應用等方面的工作，為將來可能開展的相關臭氧管控工作提供技術儲備。
作者單位：生態環境部環境與經濟政策研究中心