全球環(huán)境展望5
——我們未來想要的環(huán)境：第2章 大氣

GEO-5 Chap ter 2: Atm osphere

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于2012年9月正式發(fā)布了全球環(huán)境展望5（GEO-5）中文版，該報(bào)告評(píng)估了世界上最重要的90個(gè)環(huán)境目標(biāo)的完成情況。最新發(fā)布的GEO-5中文版將為世界上人口最多國家的研究人員、學(xué)者、政府代表、行業(yè)和民間團(tuán)體帶來聯(lián)合國最全面的環(huán)境評(píng)估。本刊自2012年06期起對(duì)其進(jìn)行連載。報(bào)告來源：聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署。

對(duì)流層和地面臭氧

低層大氣中的對(duì)流層臭氧（O3）應(yīng)當(dāng)對(duì)地球變暖負(fù)責(zé)。地面或者地表臭氧指的是地表臭氧濃度既影響了人類健康也影響了生態(tài)系統(tǒng)。在控制對(duì)流層臭氧方面的進(jìn)展依然是喜憂參半：歐洲和北美洲的峰值濃度有所降低，但是本底濃度卻有所升高。在快速發(fā)展的工業(yè)區(qū)，本底濃度和峰值濃度都在穩(wěn)定升高（Roya l Society 2008）。

臭氧可以導(dǎo)致三個(gè)方面的損害。第一，地面臭氧損害人類健康，并且其影響僅次于顆粒物，位居第二。第二，地面臭氧是導(dǎo)致植被損失的最主要空氣污染物（Em be rson 等 2009; Ashm o re 2005），它可以減少農(nóng)作物產(chǎn)量和森林生產(chǎn)力，改變凈初級(jí)生產(chǎn)力。比如，據(jù)估算臭氧引起的四種主要農(nóng)作物- 玉米、小麥、大豆和水稻- 產(chǎn)量損失是范圍從3% 到16% 不等，這可以解釋為每年全球經(jīng)濟(jì)損失達(dá)140-260 億美元（HTAP 2010）。最后，臭氧是既CO2和甲烷之后的第三大溫室氣體（IPCC 2007），但是由于其在大氣中僅僅停留幾天到幾周，因此臭氧被歸類為短壽命氣候驅(qū)動(dòng)物質(zhì)。對(duì)流層臭氧應(yīng)當(dāng)對(duì)自工業(yè)化前開始每平方米輻射強(qiáng)迫增加0.35 （-0.1，+0.3）瓦承擔(dān)責(zé)任，而全部人為輻射強(qiáng)迫的總量才為+1.6 （-1.0， +0.8) 瓦（IPCC 2007）。臭氧引起的這些變化應(yīng)當(dāng)對(duì)自工業(yè)化前開始的全球溫度上升承擔(dān)5-16% 的責(zé)任（Fo rste r 等 2007）。臭氧導(dǎo)致的生物質(zhì)的減少還影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)中儲(chǔ)存的碳含量。據(jù)估算，這一影響導(dǎo)致大氣中的CO2濃度升高，升高幅度導(dǎo)致的額外輻射強(qiáng)迫超過全球變暖導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫。

臭氧并不是直接排放到大氣中，而是其前體污染物- 氮的氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物（包括甲烷和一氧化碳）- 在陽光照射下發(fā)生反應(yīng)形成的。因此，在距離其前體污染物排放源下風(fēng)向特定距離幾十公里至幾千公里的地方，臭氧的濃度會(huì)高，這導(dǎo)致臭氧對(duì)整個(gè)地區(qū)或者整個(gè)半球的污染。

光化學(xué)反應(yīng)生成的臭氧占對(duì)流層中臭氧總量的大約90%，另外10%是直接從平流層傳過來的。大約30%的對(duì)流層臭氧是由人為排放導(dǎo)致的，自工業(yè)化前以來全球臭氧負(fù)荷變化的40%是由甲烷數(shù)量的增加而導(dǎo)致的，其余的應(yīng)歸咎于氮的氧化物、一氧化碳和除甲烷之外的揮發(fā)性有機(jī)化合物的增加（HTAP 2010）。北半球受污染地區(qū)對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響的地面或者地表臭氧中有20-25%起源于平流層，還有大約同等比例的臭氧來自自然前導(dǎo)源，包括閃電，土壤、植被和火的排放以及甲烷的自然氧化。人為原因?qū)@些地區(qū)的甲烷的貢獻(xiàn)率超過了50%。

臭氧濃度的升高主要在工業(yè)和市中心排放水平較高的地區(qū)，還與較高太陽輻射的季節(jié)期有關(guān)。這導(dǎo)致全球不同地區(qū)和不同時(shí)間臭氧濃度存在差異。北美洲、歐洲和亞洲被視為人為臭氧負(fù)荷較高的地區(qū)（圖2.14）。

圖2.14 1850年和2000年北半球受污染地區(qū)的臭氧源

目前，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）區(qū)域制定的對(duì)流層臭氧目標(biāo)在很多地區(qū)都已超過。但是歐洲的協(xié)調(diào)行動(dòng)使氮的氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量比1990年低了30-35%，這導(dǎo)致短期臭氧濃度峰值有所降低，日峰值約為每立方米空氣60微克。與此相反，很多地區(qū)的平均臭氧濃度則出現(xiàn)升高，其原因多種多樣。比如，氮的氧化物包括氧化亞氮的本地排放量有所減少，消除了臭氧破壞的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制，可以導(dǎo)致城市地區(qū)濃度增加（Roya l Socie ty 2008）。還有證據(jù)顯示自20世紀(jì)70年代以來，每立方米空氣中的臭氧基底濃度每隔十年就增加10微克（Roya l Society 2008），這是由于平流層臭氧入侵、半球運(yùn)輸和應(yīng)對(duì)氣候變化而發(fā)生的臭氧合成。這會(huì)導(dǎo)致平均臭氧濃度和臭氧濃度峰值都增加（圖2.15）。

圖2.15 1960年-2000年各地區(qū)地面臭氧濃度變化

針對(duì)各種不同的排放情景使用大量不同的全球光化學(xué)模型對(duì)對(duì)流層臭氧濃度的未來變化趨勢進(jìn)行了探索，也得出了不同的結(jié)果（圖2.16）。HTAP（2010）評(píng)估使用的是六個(gè)全球模型之平均值來評(píng)估RCP 排放情景在2000 年到2050年的排放變化含義。臭氧濃度的前景很大程度上取決于全球和地區(qū)的排放路徑。

圖2.16 2000年-2050年北半球受污染區(qū)域地面臭氧濃度的變化預(yù)測

對(duì)控制臭氧政策的有效性進(jìn)行評(píng)估需要擴(kuò)展全球監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，不僅包括城市，還要覆蓋農(nóng)村。人們對(duì)臭氧認(rèn)識(shí)的逐步深入是非常重要的，包括臭氧對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響，氣候變化如何影響臭氧的形成以及臭氧在與其他壓力源（比如全球變暖和過量固氮）相結(jié)合過程中的作用。臭氧是一種短壽命氣候驅(qū)動(dòng)物質(zhì)，減少臭氧可以為人類健康、耕種農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境帶來效益，現(xiàn)在人們對(duì)它的關(guān)注不斷增加，使其成為備受政策干預(yù)關(guān)注的一種污染物。

實(shí)現(xiàn)國際商定目標(biāo)的進(jìn)展

在解決問題和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方面的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展方面有兩個(gè)實(shí)例：平流層臭氧層的保護(hù)和消除汽油中的鉛。

平流層臭氧層

全球范圍解決平流層臭氧耗竭的努力包括1985年《保護(hù)臭氧層維也納公約》和1987年《關(guān)于臭氧消耗物質(zhì)的蒙特利爾議定書》。最新的科學(xué)評(píng)估肯定了根據(jù)《蒙特利爾議定書》采取的行動(dòng)在消除臭氧消耗物質(zhì)方面所獲得的成功（圖2.17）（WMO 2011; UNEP2010）。

圖2.17 1986年-2009年消耗臭氧物質(zhì)的使用情況

平流層臭氧可以吸收太陽光的紫外線-B（UV-B）輻射，因此可以保護(hù)人類和其他生物體。對(duì)于人類而言，長期暴露在UV-B 輻射中會(huì)增加患皮膚癌、白內(nèi)障和免疫系統(tǒng)抑制疾病的危險(xiǎn)。過量的暴露在UV-B輻射中還會(huì)損害陸生植物體、單細(xì)胞有機(jī)體和水生生態(tài)系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代中葉，有研究發(fā)現(xiàn)平流層臭氧層變薄與大氣中含氯氟烴（CFCs）數(shù)量的逐步增加有關(guān) -氯氟烴主要在冰箱、空調(diào)、發(fā)泡和工業(yè)清潔流程中被使用。

最嚴(yán)重、最令人吃驚的臭氧層損耗就是著名的臭氧層空洞，每年春季在南極上空會(huì)重復(fù)出現(xiàn)臭氧層空洞。其他地區(qū)也觀測到了臭氧層變薄的情況，比如北極（Manney 等 2011）以及南北半球中緯度地區(qū)。

雖然臭氧層消耗物質(zhì)的使用已經(jīng)大量減少（圖2.17），但是平流層中臭氧層消耗物質(zhì)的濃度依然很高，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖髿庵械纳鎵勖荛L。圖2.18顯示在中緯度地區(qū)臭氧層與1994年的峰值相比已經(jīng)恢復(fù)了31%，而南極地區(qū)也恢復(fù)了17%。

圖2.18 1994年-2008年平均流層中消耗臭氧物質(zhì)的減少情況

南極的臭氧層空洞是臭氧層消耗物質(zhì)的影響最明顯的證明：南極的臭氧層總量耗損每年春天都會(huì)發(fā)生，范圍大小受氣象條件的影響。有文件記錄的最大臭氧層空洞發(fā)生于2006年（WMO 2011）。

在變電站站控層、間隔層以及設(shè)備層中采用符合電力安全標(biāo)準(zhǔn)控制技術(shù)，分別安裝擁有智能控制能力、處理能力的設(shè)備，賦予其相對(duì)獨(dú)立的分級(jí)調(diào)控能力，不僅能減少中央處理器的負(fù)荷，還能進(jìn)一步提高設(shè)備工作效率。降低和分散變電站安全風(fēng)險(xiǎn)。

臭氧消耗情景模型模擬的假設(shè)表明： 如果沒有《蒙特利爾議定書》-“世界避免”的情景，到2065年北半球中緯度地區(qū)的UV 輻射與1980年的水平相比將會(huì)增加300%，而整個(gè)中緯度地區(qū)的UV 輻射與1980年的水平相比將會(huì)增加550%（Newm an and M cKenzie 2011）。這種UV 輻射的急劇增加會(huì)對(duì)人類健康和環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。據(jù)估算，僅對(duì)美國一個(gè)國家自1985年至2100 年出生的人口，到2165年，《蒙特利爾議定書》就可以避免200萬名白內(nèi)障患者以及630 萬因皮膚癌而導(dǎo)致的死亡案例（USEPA 2010，1999）。

2007年的《蒙特利爾議定書》最新修正案加快了淘汰氫氯氟烴（HCFCs）的速度，這減少了180億噸二氧化碳當(dāng)量的排放，使全球變暖潛能（GW P）值有所下降。

目前，淘汰消耗臭氧物質(zhì)的努力會(huì)引起不同地區(qū)不同時(shí)期的臭氧層恢復(fù)（WMO 2011）。對(duì)于整個(gè)世界而言，預(yù)計(jì)2025年至2040年之間年平均臭氧總含量有望恢復(fù)到1980年的水平，但是南極年平均臭氧總量要恢復(fù)到1980年的水平則需要等到本世紀(jì)中葉，南極臭氧空洞則可能一直會(huì)持續(xù)到21 世紀(jì)末（WMO 2011）。北半球中緯度地區(qū)年平均臭氧總含量恢復(fù)到1980年的水平的時(shí)間約在2015年至2030年間，而對(duì)于南半球中緯度地區(qū)，這一情況可能發(fā)生在2030年至2040年間。

雖然《蒙特利爾議定書》的特定條款實(shí)施很順利，但是其中有關(guān)消除舊設(shè)備中臭氧消耗物質(zhì)和銷毀收集或者庫存的家用電器方面依然存在問題。

圖2.21 2002年和2011年含鉛汽油的淘汰

消除汽油中的鉛

雖然有證據(jù)顯示含鉛汽油在至少六個(gè)國家依然在銷售，但是《約翰內(nèi)斯堡行動(dòng)計(jì)劃》中減少對(duì)鉛的暴露的目標(biāo)已經(jīng)大致完成，大多數(shù)國家自2002年開始已經(jīng)了淘汰汽油中的鉛（圖2.21）。

任何暴露水平都可以引起鉛中毒，對(duì)人類健康產(chǎn)生不利的而且通常是無法逆轉(zhuǎn)的健康影響，尤其是兒童。鉛中毒導(dǎo)致900萬DALYs，或者說全球疾病負(fù)荷的0.6%（W HO 2009）。對(duì)高水平的鉛的急性暴露會(huì)影響大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起昏迷、抽搐甚至死亡。鉛對(duì)免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)都具有負(fù)面影響，即使是相對(duì)較低水平的鉛（WHO 2010）。在何種水平的暴露下不會(huì)檢測到負(fù)面影響的這個(gè)閾值不存在（Lanphea r 等 2005;Schne ide r 等2003； Lovei 1998; Schwa rtz 1994）。

對(duì)鉛的暴露和鉛中毒可能是由多種來源和多種產(chǎn)品引起的，包括涂料、顏料、電子廢棄物、化妝品和玩具、傳統(tǒng)醫(yī)藥、受污染的食品和飲用水系統(tǒng)等，但是汽油中的鉛是全球環(huán)境鉛污染的最大污染源（WHO 2010）。

美國環(huán)保局得出結(jié)論稱鉛排放會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害，特別是對(duì)兒童的健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，為此1973年美國制定了一項(xiàng)健康法規(guī)，要求消除汽油中的鉛（Bridbo rd 和Hanson 2009）。日本也得出了類似的結(jié)論，這使日本成為第一個(gè)銷售無鉛汽油的國家，到1981年，其銷售的汽油中含鉛汽油比例不到3%（W ilson和Horrocks 2008）。

在1976-1980年到1999-2002年這兩個(gè)階段，美國一至五歲兒童每分升血液中含鉛量超過10微克的比例下降了98%（CDC 2005）。其他全球性研究表明汽油中鉛的用量減少與人類血液中鉛的含量減少有密切關(guān)系（圖2.22 和圖2.23）（Thom as 等 1999）。

圖2.22 1976-2004年淘汰汽油中的鉛之后瑞典汽油中的鉛和血鉛水平

圖2.23 1976-2008年淘汰汽油中的鉛之后美國的血鉛水平

防止鉛中毒的干預(yù)措施已經(jīng)顯示出了很大的經(jīng)濟(jì)效益。一項(xiàng)分析發(fā)現(xiàn)美國兒童與鉛中毒有關(guān)的直接醫(yī)療成本和間接社會(huì)成本每年約為430億美元，即使是在鉛暴露水平較低的時(shí)期（Land rigan 等2002）。另一項(xiàng)有關(guān)人終生生產(chǎn)力的經(jīng)濟(jì)評(píng)估預(yù)計(jì)兒童智商的提高會(huì)導(dǎo)致其終生經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力的提高，消除汽油中的鉛會(huì)為美國每個(gè)出生群帶來1100億美元到3190億美元的效益。

根據(jù)Gou ld（2009）的研究，為了減少鉛的危害每花費(fèi)一美元會(huì)帶來17-220美元的效益，這比注射疫苗的成本收益率還高，此前注射疫苗一直被視為是唯一一項(xiàng)成本收益率高的醫(yī)療或者公眾健康干預(yù)措施。另外一個(gè)使用出版文獻(xiàn)中應(yīng)用的GDP推斷法表明淘汰汽油中的鉛每年可能帶來的收益為1-6萬億美元，最好的預(yù)測為每年2.45萬億美元，相當(dāng)于大約全球GDP的4%（Tsai 和Hatfield 2011）。

最近有關(guān)鉛對(duì)健康影響的證據(jù)使美國環(huán)保局進(jìn)一步提高了其針對(duì)鉛的三個(gè)月滾動(dòng)平均空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從1978年的每立方米空氣允許含有1.5微克鉛提高到了2008年的每立方米空氣允許含有0.15微克鉛（USEPA2008）。WHO 每年針對(duì)鉛的環(huán)境空氣質(zhì)量指南依然是每立方米空氣允許含有0.5微克。消除汽油中的鉛以及減少相應(yīng)的健康危險(xiǎn)是全球取得的一項(xiàng)偉大成功，完全消除整個(gè)世界上汽油中的鉛有望在未來幾年內(nèi)完成。（未完待續(xù)）