本期嘉賓：哈佛-南信大空氣品質和氣候聯合實驗室研究團隊
採訪人：中國氣象報記者 劉釗
本期觀點：
由於PM2.5對臭氧汙染有抑制作用，當PM2.5濃度下降時，臭氧汙染若不加以控制，將會逐漸抬頭。研究發現，需要同時控制臭氧汙染的兩種重要來源——氮氧化物和揮發性有機化合物排放，才能在降低PM2.5濃度的同時，降低臭氧汙染影響。
通過持續治理，令人呼吸困難的PM2.5汙染已經有了明顯好轉。但如同那句俗話「按下葫蘆浮起瓢」——臭氧汙染卻在悄無聲息地抬頭。一項研究發現，高濃度的PM2.5會抑制臭氧汙染，而隨著PM2.5濃度逐漸降低，對臭氧汙染的控制更應受到重視。我們需要一種新的策略，協同治理PM2.5與臭氧汙染。
PM2.5受控 臭氧抬頭
回望2013年，國務院出臺《大氣汙染防治行動計劃》，提出了到2017年可吸入顆粒物濃度的控制目標，北京、上海等多個城市隨即出臺《清潔空氣行動計劃》（2013-2017）。一場聲勢浩大的對PM2.5的圍剿隨之展開。這一行動將PM2.5定位為對公眾健康的最緊急威脅，其主要控制排放的重點是燃煤產生的一次顆粒物和二氧化硫（SO2）。
如今5年早已過去，今天，我國城市地區的PM2.5濃度下降了30％~40％，可謂成果顯著。但與此同時，地表臭氧濃度卻一再增加。臭氧汙染對人體健康、植被、農作物和建築物均造成了不同程度的不良影響。
空氣中的臭氧主要來自氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOCs）的光化學氧化。2013年至2017年，我國人為排放的氮氧化物減少20％，而揮發性有機化合物的排放增加2％。顯然，僅用排放趨勢不能解釋臭氧的增加。
研究者將目光聚集到了PM2.5的下降上，使用數值模型模擬後，他們發現，臭氧的增加可能與PM2.5的降低有關，因為PM2.5會清除超氧化氫（HO2）和氮氧化物NOx自由基，阻止它們產生臭氧。
高濃度PM2.5抑制臭氧汙染
這項研究由哈佛-南信大空氣品質和氣候聯合實驗室完成，近日在《自然-地球科學》期刊上在線發表。
為了驗證PM2.5抑制臭氧產生這一觀點，研究人員選取了2013年至2017年開展清潔空氣行動的四個特大城市群：華北平原（106個站點）、長三角（84個站點）、珠三角（66個站點）和四川盆地（71個站點）。
在觀測數據中，臭氧與PM2.5濃度通常呈正相關。這種正相關性是受汙染地區夏季觀測的典型特徵，因為夏季臭氧和PM2.5汙染增長所需的氣象條件類似。
論文第一作者李柯表示，觀測發現，華北平原的PM2.5增加到大約100微克每立方米，臭氧水平穩定在80ppb（1ppb=十億分之一）左右。而去除PM2.5對化學和光解的影響後，臭氧直到達到110ppb時才會穩定下來。 當PM2.5超過80微克每立方米時，相對於無PM2.5的條件，它可以抑制約25ppb的臭氧產生。
研究人員在模型中加入了進一步的敏感性實驗，以分離出PM2.5對臭氧的不同影響。PM2.5對臭氧的最大影響來自吸收HO2，其次是吸收NOx。PM2.5對HO2自由基和NOx進行了非均相吸收，抑制了臭氧的化學生成。
減排應更具策略性
抑制臭氧汙染的手段，就是對NOx和VOCs進行排放控制。而了解了PM2.5對臭氧生成的影響，就可以使這種減排目標制定更科學、更具策略性。
簡單地說，由於PM2.5對HO2和NOx的吸收，臭氧對NOx減排的敏感性降低，即對於控制臭氧而言，限制排放NOx就不再那麼有效，因此更需要控制VOCs的排放。
目前，我國VOCs的排放量尚未減少。根據生態環境部新的《清潔空氣行動計劃》（2018–2020年），相對2017年，2020年的PM2.5濃度、NOx和VOCs排放量需要降低8%、9%和10%。考慮到過去五年，PM2.5快速降低造成華北地區臭氧增加約1ppb/年，那麼如果該目標實現，在降低PM2.5的同時，臭氧汙染會受到怎樣的影響呢？
對華北地區模擬研究表明，在氣象條件不變的前提下，到2020年的目標實現後，降低PM2.5濃度、減排NOx和VOCs會導致華北地區平均夏季臭氧濃度分別增加0.6ppb、減少0.5ppb和減少1ppb。
這表明僅僅減排NOx不足以抵消PM2.5濃度下降帶來的臭氧濃度增加，只有同時減排NOx和VOCs，才能有效遏制臭氧濃度上升趨勢。特別是在PM2.5濃度相對較高時，其下降造成的臭氧濃度上升更加明顯，此時減排VOCs更有效。
近期研究表明，我國的VOCs排放量仍處在上升態勢。未來，唯有同時減排NOx和VOCs，特別是減排能同時形成臭氧和二次有機氣溶膠的高活性芳香烴VOCs，才能夠更有效地實現霾和臭氧治理的雙贏。