「光化學煙霧」為何又在日本頻繁重現?

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日本在經濟高速發展時代，經常會發生光化學煙霧。「那已經是過去的事情了」，有這種想法的人可能很多。然而令人意外的是，在2000年以後，光化學煙霧的發生在迅速增加。

2002年7月4日，在日本千葉縣，時隔28年又發出了光化學煙霧警報。日本國內發出這種警報，也是18年來的首次。當天，在包括千葉縣在內的東京圈，有400多人表示感到眼睛及喉嚨疼痛。2005年9月2日，埼玉縣也在時隔21年後，首次發出這種警報。

不僅是東京圈。2005年，在日本全國21個都道府縣，總共有185天發出了預警及警報，有1495人表示身體不適。在偏僻的長野縣八方尾根及衝繩縣與那國島，也檢測出了高濃度的光化學氧化劑。在人們認為大氣已變得很乾淨的現在，為什麼光化學煙霧又開始成為了問題呢？

光化學煙霧的真身是以臭氧為主要成分的「光化學氧化劑」，以及灰塵和煤煙等「懸浮顆粒物」（SPM）（下圖）。產生出這些物質的起因物質，是汽車及工廠排放的氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOC）。首先，氮氧化物與揮發性有機化合物受到紫外線照射後發生光化學反應，生成臭氧。而且，通過這種光化學反應，氮氧化物、揮發性有機化合物、硫酸（SO2）和氨等物質還形成了各種各樣的懸浮顆粒物。

光化學煙霧的發生原理

光化學煙霧由光化學氧化劑（臭氧）及懸浮顆粒物（SPM）組成。起因物質為氮氧化物及揮發性有機化合物，這兩種物質發生光化學反應，生成光化學氧化劑。硫酸（SO2）、氨、氮氧化物及揮發性有機化合物等汙染物質，經過光化學反應會變成懸浮顆粒物。

滯後的揮發性有機化合物排放規制

由於引起眼睛及喉嚨疼痛的是臭氧，因此，作為光化學煙霧的指標，日本採用了「臭氧濃度＝光化學氧化劑濃度」的計算方法。將臭氧的環境標準定為每小時值在60ppb以下（ppb為10億分之1。是ppm的1000分之1的單位）。如果超過120ppb，則會發出預警，如果超過240ppb則會發出警報。

從東京都環境局的數據來看，在1990年度～2002年度的約10年間，年平均光化學氧化劑濃度增加了5.6ppb。可以看出，2000年以後，每小時值超過120ppb的天數迅速增加（下方左圖）。那麼作為起因物質的氮氧化物及揮發性有機化合物又如何呢，它們反倒正在減少（下方右圖）。日本已對氮氧化物制定了環境標準，通過《汽車NOx?PM法》在大城市圈對柴油車進行了嚴格的氮氧化物排放規制。

在東京大氣測定局，自2000年以後，光化學氧化劑濃度超過120ppb的天數迅速增加（左圖的紅線），預警發布天數也增加到了20天左右。雖然作為光化學煙霧起因物質的氮氧化物不斷減少，但揮發性有機化合物近年來的下降幅度在逐漸變小。

而對於揮發性有機化合物，則是通過2006年4月施行的《修訂大氣汙染防止法》開始實行規制，時期較晚。揮發性有機化合物的排放源包括塗料、印刷、粘接劑、化學工業品製造以及工業用清洗劑等，範圍相當廣泛，2000年度日本的總排放量約為150萬噸。《修訂大氣汙染防止法》對每年50噸以上的排放設施制定了標準，力爭在2010年度之前，使揮發性有機化合物排放量比2000年度減少30％。

雖然全面規制剛剛開始，但根據揮發性有機化合物種類的不同，在此之前，日本已在通過《惡臭防止法》及《勞動安全衛生法》等對排放進行規制。並且，按照2001年開始施行的《化學物質排放把握管理促進法》（PRTR法），工廠必須申報化學物質排放量，自覺減排揮發性有機化合物的行動也在展開。

由於上述舉措產生了效果，東京都的揮發性有機化合物濃度一直保持在減少或者持平狀態。儘管如此，光化學氧化劑的濃度卻又在迅速增加，這或許是另有原因。

汙染物質受中國影響

日本國立環境研究所廣域大氣建模研究室主任大原利真舉出了光化學煙霧激增的3個原因：首先是全球變暖以及熱島現象使得光化學反應更加活躍，更容易生成臭氧；其次是東亞地區產生的臭氧被風吹送到了日本；再次是生成臭氧的起因物質發生了變化。

關於第1個原因，對過去東京都的氣象和臭氧濃度數據進行了分析，結果發現，氣象因素對臭氧濃度增加產生促進作用的比率僅為20％左右。

而對於第2個東亞來源說，首先根據東亞能源消費量的統計值等數據，計算出氮氧化物排放量。2003年的排放量高達3000萬噸左右，已查明，其中50％為中國排放，20％為印度排放，5％為日本排放。

在上述排放數據的基礎上，再考慮到季風因素，用計算機模擬整個東亞地區的臭氧濃度，由此判斷出，日本在春季及秋季從東亞地區吹來的臭氧相當多。由此得知，4月份日本本州地區的臭氧濃度最多有20％來源於東亞。相反，夏季來自太平洋的風力較強，因此來自亞洲的影響較小。

日本海洋研究開發機構（JAMSTEC）大氣組成變動預測研究項目負責人秋元肇等人通過觀測及模型，對從中國來到日本的臭氧量進行了計算，得出的結果是，春季為月平均10～15ppb，夏季為20ppb。在日本，春季經常會超過60ppb的環境標準，夏季經常出現120ppb以上的光化學煙霧。秋元肇認為，造成日本光化學煙霧激增的原因「在春季及秋季很有可能是起源於亞洲其他國家的臭氧，夏季則是當地產生的臭氧。」

大原主任等人還用計算機預測了2020年的臭氧濃度（下圖）。在中國成為「可持續發展型社會」的情景下，中國的氮氧化物排放量將比2000年增加約40％，而中國東部的臭氧濃度為年平均60ppb，東京也將達到50ppb。

亞洲的光化學氧化劑濃度

根據亞洲的統計值等數據，計算出氮氧化物排放量及揮發性有機化合物排放量，再考慮季風等因素，用計算機算出了臭氧（光化學氧化劑）的濃度。到2020年，中國東部的臭氧濃度將達到年平均60ppb以上，這將對日本的臭氧濃度帶來巨大影響。（信息來源：日本國立環境研究所）

關於第3個原因臭氧生成物質的變化，人們已經逐漸認識到，僅僅減少氮氧化物及揮發性有機化合物的量還不行，兩者的比率也至關重要。當東京圈發生光化學煙霧時，通常東京灣工業地帶所排放的氮氧化物及揮發性有機化合物會被風吹到內陸地區，導致埼玉市周邊的臭氧濃度上升，並且向日本中部擴散。不過在靠近排放源的東京圈，檢測到120ppb高濃度臭氧的事例正在增加。

破解這個謎題的關鍵，就是氮氧化物與揮發性有機化合物的比率。有調查結果顯示，1996年以後，在東京都，揮發性有機化合物濃度相對於氮氧化物濃度的比率正在上升。調查報告稱，這一比率越高，則臭氧的生成速度越快，早晨在靠近排放源的地方，臭氧可達到很高的濃度。

由此，大原主任推測：「東京臭氧的年平均濃度上升，是因為起源於東亞的臭氧日益增加。而夏季之所以很容易檢測出高濃度臭氧，是因為揮發性有機化合物相對於氮氧化物的比率提高了。」就是說，來自中國的越境汙染，以及起因於揮發性有機化合物比率升高的新型城市大氣汙染，這兩者導致了光化學煙霧。

揮發性有機化合物、氮氧化物及顆粒物的關係

那麼，應該採取什麼樣的對策呢？揮發性有機化合物的減排速度趕不上快速推進的氮氧化物減排，因而其比率相對上升，容易發生高濃度臭氧。

另外一個難題是懸浮顆粒物與氮氧化物之間此消彼長的關係。如果減少了氮氧化物，由光化學反應生成的懸浮顆粒物也隨之減少。然而另一方面，懸浮顆粒物也可由柴油車等途徑產生，在這方面，如果減少氮氧化物，則懸浮顆粒物將增加。

在不斷減少氮氧化物及懸浮顆粒物的同時，同步減少揮發性有機化合物，為此作出努力很重要。大原主任說：「為此，必須查明光化學反應的原理，對揮發性有機化合物能以多快的速度生成何種物質進行定量化分析。這樣一來，揮發性有機化合物規制的效果就會變得更明顯。」

關於光化學氧化劑（臭氧）對人體及生態系統的影響的研究也進展遲緩。雖然日本從預防喉嚨痛等急性症狀的角度制定了60ppb這一環境標準，但是，痙攣等神經症狀的發生原因尚未得到解釋。在歐美，著重於哮喘等長期性人體影響進行光化學煙霧的風險評估，因此環境標準沒有採用每小時值，而是採用了8小時平均值，美國規定為80ppb，歐盟則規定為55ppb。

然而在日本，不僅一直沒有對長期性影響進行調查，而且不可思議的是，30多年來日本全國幾乎都沒有達到每小時值為60ppb這一環境標準。2005年度，在日本全國1184處大氣觀測站中，全年達到環境標準的僅有3處。

光化學煙霧不僅會造成長期性人體影響，還會對植物帶來影響，必須將其作為「早已有之的新型大氣汙染」，再次著手從根本上查明其作用原理。（日經能源環境網 供稿）