楊 昆，黃一彥，石 峰，范紋嘉*，周國梅

（1.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學研究所，廣東廣州 510655；2.中國—東盟環(huán)境保護合作中心，北京 100035）

以臭氧（O3）為主要成分的“光化學氧化劑”是光化學煙霧的真身。自然界平流層中臭氧能抵抗太陽紫外線，保護地球，既是光化學反應的產(chǎn)物，也是參與反應的氣體；在近地面對流層中，可氧化清除許多天然和人為釋放的污染物。但當濃度繼續(xù)升高時，其就變成對人類健康造成明顯傷害的污染物，逐步在國際大氣環(huán)境保護領域引起重視。

對臭氧污染的認識最早源于20世紀40年代的“洛杉磯光化學煙霧”，此后美國、日本等發(fā)達國家在經(jīng)濟快速增長階段臭氧污染事件頻發(fā)，帶來了嚴重的環(huán)境污染和人群健康損害。美國、日本在臭氧污染治理方面采取了多種協(xié)同措施，累積了大量寶貴經(jīng)驗，取得了一定效果。其中，洛杉磯的大氣臭氧污染始于20世紀40年代，歷經(jīng)了50多年治理后大氣環(huán)境得到了極大改善，但目前仍然未達到環(huán)境質量標準值[1-6]。而日本20世紀70年代開始治理臭氧污染問題，經(jīng)過一段時間的大氣治理，污染濃度逐漸減少，一度以為問題得以解決，但2002年7月4日，在日本千葉縣，時隔28年又發(fā)出了光化學煙霧警報。2005年9月2日，埼玉縣也在時隔21年后首次發(fā)出光化學煙霧警報。

我國進入快速城市化和工業(yè)化以來，頻頻出現(xiàn)的霧霾天氣更是受到高度關注。自2013年9月國務院印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》（氣十條），積極治理大氣污染以來，PM2.5污染問題得到了有效控制，并呈逐年下降趨勢，但臭氧超標問題日益突出，成為繼PM2.5之后又一個重要的具有區(qū)域性特征的污染物。2013—2015年，長三角地區(qū)25個城市1—8月臭氧濃度平均超標率為13.2%～20.2%，且平均濃度逐年上升，而細顆粒物、SO2和NO2濃度卻呈現(xiàn)下降趨勢。重點地區(qū)O3濃度上升速度，總體呈現(xiàn)出京津冀最高，珠三角最低，長三角介于兩者之間[7]。

臭氧污染問題在治理過程中具有高度的復雜性和反復性，甚至成為全球性環(huán)境難題。在我國臭氧問題逐漸顯現(xiàn)的今天，總結美國、日本等國在污染治理方面的經(jīng)驗和教訓，為建立更加全面、科學、系統(tǒng)的治理體系推進臭氧污染防治工作提供借鑒。

1 美國洛杉磯“光化學煙霧”污染成因和治理措施

1.1 洛杉磯煙霧污染的成因

洛杉磯煙霧污染的形成原因主要有兩個方面：城市發(fā)展格局、地理區(qū)位特征。

（1）城市發(fā)展格局

洛杉磯的城市發(fā)展史從產(chǎn)業(yè)發(fā)展視角可分為無序緩慢發(fā)展期（18世紀80年代至19世紀80年代）、石油產(chǎn)業(yè)引領期（19世紀80年代至20世紀70年代）、多元產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展期（20世紀70年代至21世紀初）三個時期。18世紀80年代洛杉磯僅為1 600人的小鎮(zhèn)，到19世紀80年代人口隨著鐵路和石油產(chǎn)業(yè)的興起而涌入，第二次世界大戰(zhàn)后已成為美國西部重要的經(jīng)濟發(fā)展中心。70年代后經(jīng)歷了產(chǎn)業(yè)轉型升級，新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，到21世紀，洛杉磯基本形成了多元產(chǎn)業(yè)結構和多維經(jīng)濟發(fā)展模式，成為全球的高科技產(chǎn)業(yè)和服務業(yè)中心。而20世紀40—60年代末是洛杉磯制造業(yè)和石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“黃金時代”，GDP最高以約240%的速度增長的同時，洛杉磯光化學煙霧進入爆發(fā)期。

（2）洛杉磯煙霧污染形成的人為條件

城市規(guī)劃不合理。洛杉磯政府1910年頒布了工業(yè)區(qū)內城市居住用地面積不削減的政策，導致工業(yè)區(qū)分散發(fā)展，工業(yè)用地和住宅用地混雜，為工業(yè)污染的擴散和對居民健康影響埋下了隱患。

石油化工產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。洛杉磯城市化和以石油化工等為代表的污染型產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，排放的顆粒物和有毒有害物質消耗了城市清潔大氣。

機動車保有量大。洛杉磯一直被譽為“車輪上的城市”，是美國機動車保有量最高的地區(qū)。1924年道路建設促進了機動車的發(fā)展，同時也增大了移動源污染物（CO、CH和NOx等）排放量。第二次世界大戰(zhàn)后，洛杉磯攤大餅的城市格局和低效的公交系統(tǒng)使私家車在某種程度上成為了生活必需品。洛杉磯人在享受生活便利的同時，也變成了污染源[8,9]。

（3）獨特地形地貌是洛杉磯煙霧污染形成的自然地理條件

洛杉磯地處三面環(huán)山、一面臨海的盆地，日夜溫差較大，日間比較炎熱，即便是冬季，日間氣溫也有攝氏20℃，夏季日間溫度則常超越35℃，是典型的地中海氣候。日照強烈，氣候干燥，大氣擴散條件差，這為“光化學煙霧”提供了天然有利條件。

1.2 洛杉磯“光化學煙霧”的治理進程

20世紀40年代洛杉磯煙霧爆發(fā)，直到20世紀90年代大氣環(huán)境才得到較大改善，其治理經(jīng)歷了50多年。洛杉磯煙霧污染治理從公眾認知和政府行為的改變來看，經(jīng)歷了四個階段，即盲目期、推責期、改善期和改善后期[8-12]（見表 1）。

表1 洛杉磯煙霧污染治理四個階段

20世紀40—50年代，煙霧天氣頻發(fā)，來源不清，群眾恐慌地問責市政府。雖政府成立了空氣污染控制局，但迫于石油企業(yè)的壓力和對煙霧成因機理、治理經(jīng)驗的研究不足，未開展霧霾污染改善行為。

20世紀50—60年代，洛杉磯爆發(fā)了兩次嚴重的“光化學煙霧”事件，政府雖已認清了霧霾的本質和來源，也成立相關的煙霧控制局，但由于利益鏈條的龐雜性，大氣治理行動推進緩慢。

20世紀60年代末開始，環(huán)保公眾運動促使了環(huán)境法律法規(guī)、政策和政府環(huán)保機構的建立。1970年和1988年美國聯(lián)邦政府和加州政府先后頒布了《清潔空氣法》和《加州潔凈空氣法》，1970成立美國環(huán)境保護署（EPA），1977年成立南海岸空氣質量管理局和加州空氣資源局，大力推進了洛杉磯地區(qū)污染氣體的限排與污染治理工作。2003年，加州先于聯(lián)邦政府制定了強制性PM2.5標準（12μg/m3，2006年聯(lián)邦標準15μg/m3）。至此，洛杉磯空氣質量明顯改觀（見圖1和圖2），洛杉磯歷經(jīng)了50多年的治理基本使煙霧消失。

圖1 1980—2015年洛杉磯NO2、SO2、PM10和PM2.5濃度演變趨勢

圖2 1976—2015年洛杉磯都會區(qū)臭氧濃度演變趨勢

21世紀洛杉磯的大氣臭氧濃度大幅下降，但仍未達到質量健康標準值。而從2008—2010年洛杉磯PM2.5的年均濃度來看，遠超過美國環(huán)保署規(guī)定不高于3天的標準，超過警報線的平均天數(shù)達20.3天[8～12]。

1.3 洛杉磯空氣污染治理經(jīng)驗和措施

（1）制定嚴格的空氣質量標準和污染治理政策

美國加州政府通過制定嚴于聯(lián)邦政府的大氣環(huán)境質量標準和嚴格的法律法規(guī)及環(huán)保政策，并授權州和地方大氣環(huán)境管理部門進行監(jiān)管。

（2）建立跨區(qū)域治理機構，實施區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控

建立跨區(qū)域的空氣質量管理機構，并賦予其強有力的行政執(zhí)法和監(jiān)管權力。24小時實時網(wǎng)上公開發(fā)布污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，促進公眾環(huán)保意識和參與度，對排污企業(yè)構成了強大監(jiān)督和威懾，極大地推動了空氣污染的治理。

構建跨區(qū)域的大氣環(huán)境質量管理部門，進行日常監(jiān)管和執(zhí)法；通過媒體和網(wǎng)絡增加環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)的公開程度，加強公眾環(huán)保意識和參與度，從而形成對污染企業(yè)的監(jiān)督和震懾力，推進區(qū)域大氣環(huán)境質量的改善和污染治理。

（3）公眾強烈意愿支持

洛杉磯空氣質量改善的動力來自公眾對清潔空氣的強烈訴求、環(huán)保組織和運動的興起以及政治領導的決心。公眾通過法律手段和其他維權運動迫使政府正視環(huán)境空氣質量，直接導致了《清潔空氣法》的出臺。

（4）產(chǎn)業(yè)結構調整

從1970年開始，洛杉磯進行了產(chǎn)業(yè)結構調整和升級。以附加值高、科技含量高的新興產(chǎn)業(yè)如電子、通信、生物技術、網(wǎng)絡等產(chǎn)業(yè)，替代了大氣污染物排放量大的能源、石油化工和機械制造等產(chǎn)業(yè)。

（5）從供給側控制和鼓勵新能源的使用

美國環(huán)保署針對細顆粒物排放源（如火電站、機動車等）發(fā)布了規(guī)范和指導，鼓勵清潔能源的使用；控制生產(chǎn)商生產(chǎn)符合新排放標準的產(chǎn)品，減少大氣污染物排放。洛杉磯地區(qū)要求油煤改氣發(fā)電，鼓勵風能、太陽能等可再生新能源使用并給使用者財政補貼，制定減少臭氧前體物排放政策等。

（6）改變出行方式，改善公共交通系統(tǒng)

洛杉磯于1995年開展了交通二十年發(fā)展規(guī)劃，把地鐵、輕軌等大運量公共軌道交通定為發(fā)展重點。通過改變交通出行、用地分布和結構等進行減排。例如，市區(qū)道路增設自行車道，在高速路設置兩人以上車輛專用道和新能源汽車單人駕駛專用道等。

（7）優(yōu)化城市空間布局，減少通勤距離

洛杉磯1970年通過城市總體規(guī)劃明確“多中心”城市發(fā)展模式，合理布局居住、工業(yè)和商業(yè)用地結構，縮減上下班的通勤距離；增加城市交通干道和軌道交通沿線的住宅密度，對減緩機動車大氣污染起到了一定的積極作用[13]。

2 日本“光化學煙霧”污染成因和治理措施

2.1 日本“光化學煙霧”臭氧污染成因

戰(zhàn)后日本沿太平洋條帶的“新產(chǎn)業(yè)城市”規(guī)劃，推動了經(jīng)濟和城市化的快速發(fā)展。1955—1970年日本進入第二次世界大戰(zhàn)后經(jīng)濟高速增長期，增長率達8.8%～12.4%，以東京原工業(yè)帶為基礎，推動了以京濱、中京、阪神、北九州四大“核心工業(yè)帶”的發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展帶來了巨大能源消耗。1955—1964年，日本的能源消耗量增長了約3倍，主要能源消耗類型由煤炭轉為石油。煤炭消費從1955年的49.2%下降到1965年的27.3%；石油消費從19.2%增加到58.0%。隨著能源消耗的日益增長，大氣污染和其他形式的環(huán)境污染不斷涌現(xiàn)，以至于由石化產(chǎn)業(yè)造成的“聯(lián)合企業(yè)公害”開始出現(xiàn)。在20世紀60—70年代大氣污染達到頂峰，神奈川的川崎市、兵庫縣的尼崎市、北九州市等由于制鐵所、火電站、石油冶煉廠的蓬勃發(fā)展，導致大氣狀況迅速惡化，而名古屋南部、千葉縣京葉高速沿線區(qū)域周圍也變成了日本大氣污染的集中淪陷區(qū)。

20世紀70年代日本爆發(fā)的“光化學煙霧”，導致東京呼吸道疾病患者激增，環(huán)保民意運動最終推動了日本政府大氣污染防治立法的驅動力。

2.2 日本大氣污染和“光化學煙霧”事件的治理進程

（1）大氣污染治理進程與“光化學煙霧”的重現(xiàn)

20世紀50年代，日本開始進入戰(zhàn)后經(jīng)濟復蘇和高速發(fā)展時期，隨之而來的大氣污染事件和民眾的維權運動，促使了日本環(huán)境法律法規(guī)的形成（見表2）。而環(huán)境污染卻出現(xiàn)了新舊問題的往復。

表2 日本大氣污染治理歷程和相關法律法規(guī)

20世紀70年代，東京發(fā)生了以臭氧為主要成分的嚴重光化學煙霧事件，導致一些學生中毒昏迷。而類似的事件在日本其他城市也相繼發(fā)生。日本環(huán)保部門通過對東京幾個主要污染源的調查發(fā)現(xiàn)，CO、NOx、HC這三種汽車排放的污染物占總排放量的80%，認定汽車尾氣是光化學煙霧發(fā)生的源頭。

日本經(jīng)過30多年的大氣污染治理，使臭氧污染濃度逐漸下降，一度認為問題已解決；但千葉縣在2002年7月4日，時隔28年又發(fā)出了光化學煙霧警報，導致包括千葉縣在內的東京都市圈，400多人出現(xiàn)眼睛不適及喉嚨疼痛。時隔21年，埼玉縣在2005年9月2日也首次發(fā)出這種警報。VOCs與NOx排放比例上升、碳氫化合物和熱島現(xiàn)象可能是造成光化學氧化劑污染的新誘因，臭氧污染和治理問題正逐步成為全球性的環(huán)境難題。

（2）日本光化學污染監(jiān)測與警報

光化學氧化劑包括臭氧及其他大氣中可氧化的物質，其中臭氧占主要部分，還包括peroxyacetylntrate（PAN）等。當光化學氧化劑小時均值大于0.12ppm時，當?shù)卣ㄟ^大眾媒體發(fā)出警報，協(xié)調社會各方減緩污染，如要求企業(yè)減少固定污染源排放，減少機動車使用等。當光化學氧化劑小時均值大于0.24ppm時，則發(fā)出光化學污染嚴重警報。

1985—2002年日本近地面對流層的臭氧濃度呈現(xiàn)逐年上升趨勢（見圖3）。全國326個監(jiān)測點數(shù)據(jù)顯示，平均臭氧濃度在1994—2002年比1985—1990年高3.5ppb。而偏遠地區(qū)近地面對流層的臭氧濃度從1990年開始也呈上升趨勢。

圖3 日本光化學氧化劑年平均濃度① 數(shù)據(jù)源自全日本國326個連續(xù)環(huán)境空氣污染監(jiān)測站。Ohara and Sakata, 2003。

自20世紀70年代起，埼玉縣對光化學污染進行監(jiān)測并發(fā)出報警，年均有29天，且始終持續(xù)在高水平上，是當時報警天數(shù)最多的縣。80年代后，由于采取有效的大氣污染防治措施，警報天數(shù)減至16天，1984年有2 733次投訴，到1994年有58次投訴，其間也存在無投訴年份，但2000年又重新轉入高峰期（40天）。

東京都市區(qū)同樣觀測到臭氧濃度逐年上升。根據(jù)2005年東京市政府環(huán)境局的調查發(fā)現(xiàn)，1990—2002年，東京的光化學氧化劑日間平均濃度增長了5.6ppb，年均增長了0.5ppb。光化學煙霧報警天數(shù)自2000年起逐年增長，光化學氧化劑濃度超過120ppb的天數(shù)也在逐漸增加，比20世紀70年代晚期水平還要高。具體見圖4。

圖4 1990—2003年日本光化學氧化劑AOT40平均值② AOT40是基于光化學氧化劑濃度超過0.06ppm及0.12ppm的小時總數(shù)估算并可視化。資料來源于 Kohno,2005。

2.3 日本治理光化學污染的相關政策和措施

（1）臭氧污染前體物的排放管控政策和措施

出臺《機動車NOx和PM法案》。21世紀初，日本將工作重點轉向顆粒物和臭氧防控。修訂并提高了《機動車NOx法案》（1992年）中原有NOx的排放標準，且增加了顆粒物控制標準。

重點源實施VOCs排放管控和監(jiān)管。2004年日本政府在《大氣污染防治法》修訂中，增加了《VOCs排放規(guī)制》的內容。2006年對化學品制造、涂裝、工業(yè)清洗、粘接、印刷、VOCs物質貯存六類重點源實施VOCs排放控制，要求VOCs排放設施單位進行申報、達標排放和監(jiān)測記錄。

（2）法律監(jiān)管和自主減排相結合

日本在VOCs減排控制上，采用兼顧穩(wěn)定、合理、公平的法律監(jiān)管和具有創(chuàng)新、靈活性的企業(yè)自主減排結合的施政方針，并合理設置監(jiān)管與自主減排的權重，實現(xiàn)最佳組合，于2004年錄入《大氣污染防治法》。

（3）光化學污染超標警報措施

除沖繩等6個縣以外，日本42個都道府縣的市民均可通過手機隨時了解環(huán)境省發(fā)布的光化學污染信息。污染嚴重時，相關地區(qū)的警報會每小時發(fā)布一次當時大氣中光化學污染物的濃度，以便市民及時預防。

3 美國、日本臭氧環(huán)境質量標準與中國對比

美國和日本的臭氧環(huán)境質量標準相對于中國來說較嚴格。其中，日本還根據(jù)臭氧濃度劃分了警報預警的等級。而美國加州的臭氧環(huán)境質量地方標準高于美國聯(lián)邦政府的標準（見表3）[14]。

表3 中國、美國和日本臭氧環(huán)境質量標準

4 對我國臭氧污染防治的政策建議

4.1 加強臭氧污染產(chǎn)生機制研究，分類和精準控制臭氧前體物排放

我國煤煙型大氣污染已隨著燃煤污染控制得到了有效改善，但城市“光化學煙霧”的臭氧污染和PM2.5已成為區(qū)域大氣污染迫切需要解決的兩大問題。因此，臭氧污染控制應該盡快提上日程?？刂茀^(qū)域“光化學煙霧”污染的關鍵需進行產(chǎn)生臭氧污染的前體物源解析和臭氧對其前體物排放變化的響應規(guī)律研究，以便進一步精準控制不同來源臭氧污染前體物的工作開展。

4.2 加大VOCs減排和多種污染物協(xié)同控制

4.2.1 兼顧細顆粒物和臭氧污染治理，多種污染物協(xié)同控制

與細顆粒物污染相比，晴空之下的臭氧污染更具有隱蔽性。這就更需要政府和專家有針對性地對臭氧8小時污染及其治理進行宣教。揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、氮氧化物（NOx）及顆粒物之間的轉化關系復雜，而臭氧的形成過程中，VOCs和NOx并不是一個線性關系，與兩者的比例密切相關。因此，減少氮氧化物及懸浮顆粒物排放，需同步減少揮發(fā)性有機化合物。若VOCs的減排速度趕不上氮氧化物減排速度，導致VOCs和NOx之間未達到合適比例，減排效果就會不理想，反易發(fā)生高濃度臭氧。

4.2.2 重點行業(yè)VOCs減排的基礎上，進一步加強中小型VOCs污染源管控

目前，我國出臺了重點行業(yè)的VOCs綜合防治方案，針對石化煉油、化學制品、合成纖維、表面涂裝等13個重點行業(yè)的整治方案。但大氣污染物的減排對象主要針對大型污染源，但城市中分布著大量排放污染物造成面源污染的中小型商業(yè)企業(yè)，對大氣VOCs污染的貢獻也很大，如汽車維修店、小型加油站等。隨著減排工作的深入，中小型污染源也應納入主要的管控對象。

4.3 加強重點區(qū)域VOCs連續(xù)在線監(jiān)測和光化學煙霧長期性預測，實施區(qū)域聯(lián)合控制

4.3.1 VOCs連續(xù)在線監(jiān)測和光化學煙霧長期性預測

開展重點地區(qū)VOCs在線監(jiān)測，探索各重點地區(qū)不同時段臭氧前體物——VOCs和NOx的轉化形成機制和控制技術，協(xié)同治理PM2.5和O3。

美國加州南海岸空氣質量管理局擁有9倍于大氣現(xiàn)狀監(jiān)測人員的污染預測研究人員，從事洛杉磯大氣環(huán)境質量中遠期預測，分析未來污染來源，科學提出治理應對之策。而目前我國環(huán)境監(jiān)測屬于跟蹤性現(xiàn)狀監(jiān)測，而基于區(qū)域城市、產(chǎn)業(yè)、交通、人口和技術發(fā)展程度下，對未來大氣污染源和污染程度的預測和研判能力較缺乏。

4.3.2 區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控臭氧污染

一方面，我國臭氧及其前體物的排放具有區(qū)域性特征，由點及面地在城市之間傳輸。因此，劃定臭氧污染聯(lián)防聯(lián)控區(qū)具有重要意義。加強臭氧及其前體物的監(jiān)測監(jiān)控，構建臭氧污染的預警預報機制和報警限值，在區(qū)域臭氧濃度超標時啟用應急預案。另一方面，大力發(fā)展區(qū)域綠色公共交通體系，推廣新能源機動車，提高輸運效率，降低臭氧前體物排放。

4.4 極端天氣狀況下采取臨時性污染物應急控制措施

在區(qū)域臭氧污染的預測預報工作的基礎上，當臭氧聯(lián)防聯(lián)控區(qū)出現(xiàn)臭氧濃度超標時，應采取臨時性污染物應急控制措施，包括通過各種公眾媒體公告市民，鼓勵采取自愿生活行為方式協(xié)助降低臭氧前體物排放，如乘坐高效率公共交通工具，避免使用含有揮發(fā)性有機物的涂料，改變烹飪方式，等等。

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