疫情期間PM2.5下降，臭氧上升

南方周末記者 楊凱奇

2020年4月，哈爾濱持續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，18日當(dāng)天早晨，哈爾濱市氣象臺發(fā)布大霧黃色預(yù)警信號。??人民視覺

大氣化學(xué)中經(jīng)典的EKMA曲線顯示了NOx和VOCs對于臭氧生成的復(fù)雜關(guān)系。

梁淑怡　?　制圖

★如同東北的秸稈焚燒，疫情期間傳統(tǒng)排放活動并未像公眾想象的那樣“消失了”。

“如果這種（氣象）條件發(fā)生在往年，沒有近幾年減排的努力，以及因疫情減少的污染排放，污染會更嚴(yán)重。”

2020年2月12日，正是全國防控疫情最吃緊的關(guān)頭。北京的大馬路上空空蕩蕩，從中關(guān)村的IT企業(yè)到南鑼鼓巷的市井營生，都因防疫需要而暫停經(jīng)營。也在這一天，北京的天空卻為霧霾所籠罩，當(dāng)日PM2.5日均濃度高達(dá)207微克/立方米。

許多人據(jù)此懷疑這些年的空氣污染防控措施并沒有對準(zhǔn)“病灶”，反而影響了經(jīng)濟(jì)和生活。一篇題為《請環(huán)保專家回答，大氣污染源到底是什么？》的網(wǎng)文流傳甚廣——疫情期間，人們宅在家里，企業(yè)不生產(chǎn)，車子不上路，工地不開工，似乎證明污染與這些活動無關(guān)。

全社會級別的大幅減排，如同天造地設(shè)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室來驗(yàn)證這樣的問題：疫情期間的重污染過程是怎么來的？我們還應(yīng)該堅(jiān)持減排政策嗎？

重污染仍然來自重工業(yè)

“客觀地說，疫情期間全國空氣質(zhì)量同比還是明顯改善的?！鄙鷳B(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院空氣質(zhì)量模擬與系統(tǒng)分析中心主任薛文博告訴南方周末記者，觀測數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)一季度，全國PM2.5濃度同比大概下降了15%左右，其中京津冀及周邊地區(qū)“2+26城市”、長三角、汾渭平原三個(gè)重點(diǎn)區(qū)域PM2.5濃度分別下降了16%、26%、19%左右。

不同區(qū)域的改善幅度并不相同。珠三角、長三角改善較顯著，京津冀改善幅度稍弱，而東北地區(qū)改善有限。

京津冀地區(qū)在疫情期間發(fā)生了兩次很典型的重污染過程，第一次為春節(jié)期間的1月22日-29日，污染集中于華北平原中南部，對北京影響不大。中國環(huán)境監(jiān)測總站大氣室主任唐桂剛曾解讀，此次污染過程的起因是煙花爆竹燃放，又疊加不利氣象條件。但與2019年元宵節(jié)同期相比，今年的污染程度其實(shí)相對減輕——區(qū)域PM2.5、PM10平均濃度分別下降34.9%和40.3%，北京市PM2.5峰值濃度同比降低38%。

在東北，疫情期間減排也有效果，但不明顯。公眾環(huán)境研究中心創(chuàng)始人馬軍發(fā)現(xiàn)，吉林、黑龍江一些地區(qū)PM2.5濃度一度達(dá)到極值，哈爾濱甚至在4月18日曾達(dá)2357微克/立方米，4倍于“爆表”水平（500微克/立方米）。

哈爾濱霧霾天氣的一大原因是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民焚燒秸稈。黑龍江近年來嚴(yán)禁冬春季秸稈焚燒，但屢禁不止，4月7日，燒起“春天里第一把火”的黑龍江寧安市被省政府約談。

“我們跟爆表城市的市領(lǐng)導(dǎo)打電話了解情況，地方反映今年的雨雪比較多，加上疫情的影響，部分秸稈沒有離田，有點(diǎn)滯后?！?020年5月的生態(tài)環(huán)境部例行發(fā)布會上，生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司司長劉炳江介紹，東北三個(gè)省秸稈焚燒火點(diǎn)比2019年同期增加了八倍。

如同東北的秸稈焚燒，疫情期間傳統(tǒng)排放活動并未像公眾想象的那樣“消失了”。薛文博分析，疫情期間下降最大的排放活動是機(jī)動車以及輕工業(yè)，反映在污染物上，PM10和氮氧化物濃度有大幅下降。

但在PM2.5濃度上，鋼鐵、焦化、玻璃等高污染高能耗的資源型行業(yè)相對發(fā)達(dá)的京津冀地區(qū)明顯高于長三角、珠三角，證明“疫情期間的污染仍然主要是重工業(yè)導(dǎo)致的”。

生態(tài)環(huán)境部曾發(fā)布一篇對疫情期間空氣污染的解讀。中國工程院院士賀克斌在文中表示，資源型行業(yè)生產(chǎn)工序往往不可中斷，需要常年運(yùn)轉(zhuǎn)。春節(jié)期間，全國鋼鐵產(chǎn)量較春節(jié)前小幅下降，但總體產(chǎn)量仍比2019年同期高0.6%。從污染物在線監(jiān)測數(shù)據(jù)看，正月初一到十五期間，火電和鋼鐵行業(yè)污染物排放量較節(jié)前下降約10%，焦化、石化、玻璃、有色等行業(yè)無明顯變化趨勢。

公眾環(huán)境研究中心的“蔚藍(lán)地圖”App上，也能顯示出京津冀地區(qū)重點(diǎn)工業(yè)排放源在疫情期間的排放變化趨勢：2月重工業(yè)排放并沒有太多下降，反而是全國復(fù)工復(fù)產(chǎn)的3月有所下降。3月全球疫情蔓延，導(dǎo)致需求減少，工廠在2月的產(chǎn)品有了庫存壓力，生產(chǎn)步伐不得不放緩。

通過疫情期間京津冀排放活動的觀察，“我們或許可以得出結(jié)論，機(jī)動車對于PM2.5的貢獻(xiàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工業(yè)源的?！瘪R軍表示。

這種氣象條件發(fā)生在往年，污染會更嚴(yán)重

《2019年北京市生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，2019年，北京空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)為240天，空氣重污染天數(shù)為4天。

薛文博記得，北京已經(jīng)好幾年沒有發(fā)生過連續(xù)三天的重污染天氣。2月8日-13日的重污染天氣不僅持續(xù)了5天，且空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）達(dá)到255，為嚴(yán)重污染。這令很多北京人想不通：排放已經(jīng)如此之低，為什么還會有霧霾？

薛文博將疫情期間兩次重污染天氣與2016-2017年跨年霾、2015年圣誕節(jié)前后的重污染過程做對比，發(fā)現(xiàn)疫情期間2月那次重污染過程的氣象條件是近年來最差的——當(dāng)時(shí)，污染物順著南風(fēng)堆積到北京的燕山山脈前，而西面有太行山脈阻擋，北面亦有氣流阻滯，造成污染物在京津冀及周邊地區(qū)北部聚集。

對環(huán)境容量的一個(gè)經(jīng)典比喻是，當(dāng)一個(gè)房間的房頂降低、容積縮小，那么即便在房間里吸煙的人沒有變多，房間里的空氣也會變得更嗆。氣象條件就起到改變“屋頂高度”的作用，因而遇到很差的氣象條件，即便污染減少，也可能超過環(huán)境容量。

“如果這種（氣象）條件發(fā)生在往年，沒有近幾年減排的努力，以及因疫情減少的污染排放，污染會更嚴(yán)重?！毖ξ牟┱f。

他從中有了收獲——運(yùn)用“底線思維”，把2020年一季度重污染天氣的氣象條件作為極端不利條件的標(biāo)準(zhǔn)，可以測算出北京要基本消除重污染天氣所需的最低環(huán)境容量，從而進(jìn)一步推導(dǎo)出要削減多少排放量。

此處的環(huán)境容量不僅僅對應(yīng)北京本地，還要通盤考慮京津冀乃至“2+26”通道城市區(qū)域的環(huán)境容量——疫情期間，北京機(jī)動車排放大大減少，說明單純靠區(qū)域污染傳輸就足以造成北京的重污染天氣。

經(jīng)過推演，北京要在疫情期間已經(jīng)大大削減的排放清單基礎(chǔ)上，再削減20%以上，才可以基本消除區(qū)域性的嚴(yán)重污染。而要完全消除重污染天氣，則要削減50%。

“這個(gè)目標(biāo)在各方面共同努力下基本可達(dá)，當(dāng)然難度是很大的?，F(xiàn)在末端治理的手段基本都使用了，要進(jìn)一步減排達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平，可能涉及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，百姓也需要改變生活方式?！备鶕?jù)近幾年來的減排力度，薛文博提出，到2030年，爭取基本消除區(qū)域性的重污染天氣。

臭氧上升，按下葫蘆浮起瓢

另一個(gè)現(xiàn)象引起了科學(xué)家們的警惕。4月17日，在由中國清潔空氣政策伙伴關(guān)系（CCAPP）主辦，生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院承辦的“新冠肺炎疫情期間的空氣質(zhì)量”線上學(xué)術(shù)沙龍上，南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院院長丁愛軍介紹，疫情期間隨著全國范圍內(nèi)氮氧化物同比大幅度下降，臭氧等二次污染物濃度和比重反而有上升趨勢。

復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系教授張宏亮也發(fā)現(xiàn)，疫情期間，上海車流量減少、污染排放降低，某些時(shí)刻，區(qū)域臭氧反而有明顯升高的趨勢。薛文博也表示，全國許多大城市在疫情期間，都有臭氧濃度升高的現(xiàn)象。

這種現(xiàn)象不只是發(fā)生在中國。印度首都新德里在疫情前是全球空氣質(zhì)量最差的城市之一，張宏亮和印度合作者的研究顯示，新德里因疫情“封城”之后空氣質(zhì)量大幅好轉(zhuǎn)，但有些地區(qū)臭氧取代了PM2.5，成為主要污染物。

臭氧被稱為“在天是佛，下地成魔”。大氣中距離地面20-25公里的臭氧層能阻止紫外線，到地面上則成了有害物質(zhì)。臭氧本身具有較強(qiáng)的氧化性，可加速人體衰老。它亦會刺激人的呼吸道，引發(fā)哮喘等疾病，并對人體神經(jīng)產(chǎn)生影響，造成視力下降、記憶力衰退等問題。

大部分臭氧是由人為排放的“NOx（氮氧化物）”和“VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）”，在高溫光照條件下二次轉(zhuǎn)化形成。NOx主要來自機(jī)動車、發(fā)電廠、燃煤鍋爐和水泥爐窯等排放，VOCs主要來自機(jī)動車、石化工業(yè)排放和有機(jī)溶劑的揮發(fā)等。

疫情期間PM2.5濃度下降，臭氧濃度上升，其中的原理并不是學(xué)界的新發(fā)現(xiàn)。

疫情期間，從NASA（美國國家航空航天局）公布的數(shù)據(jù)來看，中國二氧化氮濃度下降明顯。氮氧化物是主要的大氣污染物，能夠破壞呼吸系統(tǒng)。除了自己是“壞物質(zhì)”之外，氮氧化物還對其他大氣過程產(chǎn)生重要影響。比如它能生成顆粒物中的硝酸鹽，還能參與到臭氧的生成過程中。

“一般污染物排放量和大氣濃度中的關(guān)系是單調(diào)的，排放量降低，污染物的濃度就會降低。但是光化學(xué)產(chǎn)物，由于光化學(xué)反應(yīng)的‘鏈?zhǔn)椒磻?yīng)非線性的特點(diǎn)，其濃度會經(jīng)常跟排放變化相反?！睆埡炅料蚰戏街苣┯浾呓榻B，“這個(gè)過程就像按下葫蘆浮起瓢?！?/p>

如果把臭氧生成比做一團(tuán)熊熊燃燒的火焰，NOx即是下面的干柴，VOCs即是促使火焰燃燒的燃料。

VOCs可以產(chǎn)生OH自由基和HO2自由基，當(dāng)?shù)趸锵鄬^量時(shí)，可以和大氣中的這些自由基反應(yīng)，起到消耗自由基的作用，也就間接減少了臭氧的生成?？梢咔槠陂g，大家守在家里，避免開車出門，空氣中的氮氧化物濃度下降過快，自由基就如掙脫了鎖鏈，濃度反而升高。這些自由基迫切需要找到其他污染物“小伙伴”發(fā)生反應(yīng)，于是在光的作用下反而促進(jìn)了臭氧、硝酸鹽、硫酸鹽等二次污染物的生成，部分抵消了排放降低的效果。

大氣化學(xué)中經(jīng)典的EKMA曲線顯示了NOx和VOCs對于臭氧生成的復(fù)雜關(guān)系。在NOx和VOCs分別為縱軸和橫軸的坐標(biāo)圖上，臭氧等值曲線是一條條近似等高線的“L”型曲線，連接不同臭氧等值線的拐點(diǎn)可以形成一條“脊線”，在脊線上方，NOx相對VOCs過量，稱為VOCs控制區(qū)——臭氧防控以控制VOCs排放為主；在脊線下方，VOCs相對NOx過量，稱為NOx控制區(qū)——臭氧防控以控制NOx為主。

例如在NOx控制區(qū)，VOCs濃度保持不變，NOx濃度下降時(shí)，臭氧濃度反而上升。疫情讓這項(xiàng)經(jīng)典理論在現(xiàn)實(shí)中呈現(xiàn)。

因而要真正降低臭氧濃度，要協(xié)同減排NOx和VOCs這兩種污染物。NOx的排放較為集中，可以對機(jī)動車、工業(yè)源排放進(jìn)行針對性的治理，但VOCs排放則很多處于開放環(huán)境，如裝修房屋、汽車噴漆，連城市里的植物也會排放大量VOCs，治理較難。此外，氮氧化物多產(chǎn)生于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而VOCs排放則產(chǎn)生于生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)，治理難度大于氮氧化物。

“我們國家現(xiàn)在這兩種污染物的排放量還是居高不下。通過這些年治理，（像工廠煙囪這樣的）高架源的氮氧化物治理有一定成效，但移動源和大量工業(yè)爐窯下降不顯著，而VOCs排放源多，治理基礎(chǔ)薄弱，成效不是很明顯，點(diǎn)多、分散，尚未得到有效控制?！眲⒈诎l(fā)布會上介紹，會積極推進(jìn)VOCs和NOx協(xié)同減排，針對臭氧污染，2020年開展的VOCs攻堅(jiān)行動文件即將下發(fā)。

華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院教授袁自冰認(rèn)為，需要重視構(gòu)建VOCs組分清單。目前國家-省-市三級的高分辨率排放源清單的構(gòu)建力度很大，但大部分清單只給出VOCs排放總量，未考慮不同VOCs組分在生成臭氧時(shí)的能力差異。

薛文博認(rèn)為，可以優(yōu)先在臭氧污染較重的重點(diǎn)區(qū)域、治理技術(shù)成熟的重點(diǎn)行業(yè)加大VOCs治理力度。隨著技術(shù)成熟、治理成本下降，就可以在其他地區(qū)、行業(yè)大范圍推廣。

“一刀切”式的減排政策可能會事倍功半

對公眾而言，目前還無需太過擔(dān)心減排導(dǎo)致臭氧濃度上升。張宏亮介紹，中國對PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)參照世衛(wèi)組織過渡期目標(biāo)一設(shè)立，較為寬松；而臭氧濃度標(biāo)準(zhǔn)則基本與國際接軌，較為嚴(yán)格。

中國的空氣污染治理策略，一直隨著科學(xué)研究的進(jìn)展而變化。1990年代后，酸雨問題進(jìn)入公眾視野，政策開始關(guān)注控制煤炭消費(fèi)。進(jìn)入21世紀(jì)，以奧運(yùn)會為契機(jī)，開始治理二氧化硫、氮氧化物、PM10。2011年后的霧霾，讓PM2.5這一罪魁禍?zhǔn)椎玫街匾暋?/p>

隨著“大氣污染防治行動計(jì)劃”、打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的推進(jìn)，PM2.5的濃度已經(jīng)逐年遞減，新冠肺炎疫情的空氣污染則提醒，一次污染物排放大幅降低之后，防控模式已經(jīng)進(jìn)入深水區(qū)，要關(guān)注二次污染物。

PM2.5來源復(fù)雜，有直接排放的一次PM2.5，如燃燒產(chǎn)生的黑碳；亦有二次反應(yīng)生成，如前體物二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化而成的硫酸鹽、硝酸鹽。以PM2.5為代表的復(fù)合型大氣污染好似并發(fā)癥，單單治理一種污染物，不一定會藥到病除，甚至?xí)砀弊饔?，使得一些污染物濃度上升?/p>

張宏亮指出，2011年后對PM2.5組分的研究中，科學(xué)家對二次無機(jī)組分的理解更充分，所以致力于減少SO2和NOx。但由于對二次有機(jī)氣溶膠組分理解不夠，所以沒有重視VOCs的減排，在顆粒物中有機(jī)組分占比逐漸上升的同時(shí)，也造成了目前臭氧濃度上升的情況。

2019年，全國337個(gè)地級及以上城市臭氧濃度同比上升6.5%，以臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的41.8%，導(dǎo)致全國優(yōu)良天數(shù)比率同比損失2.3個(gè)百分點(diǎn)。

2019年，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會成立了臭氧污染控制專業(yè)委員會。在近期召開的多場學(xué)術(shù)會議上，賀克斌等學(xué)者紛紛指出，PM2.5和臭氧的協(xié)同控制已成為當(dāng)下持續(xù)改善空氣質(zhì)量的關(guān)鍵。

袁自冰提醒，在以二次污染為主的深水區(qū)時(shí)，“一刀切”式的減排政策可能會事倍功半，甚至產(chǎn)生反效果?！笆軞庀髼l件和排放變化的影響，臭氧-前體物的非線性關(guān)系并不是一成不變的，而存在明顯的時(shí)空變化。在某一時(shí)段起作用的防控策略在另一時(shí)段可能會起到反效果?！?/p>

如今，臭氧和PM2.5這兩種呈非線性關(guān)系的污染物的綜合控制被擺上臺面?！斑@對現(xiàn)有防控模式提出了很大挑戰(zhàn)?！睆埡炅琳f。他建議可以按照季度，根據(jù)當(dāng)季臭氧主要受哪種污染物控制，動態(tài)制定相應(yīng)的減排方案。此外，每年或每幾年，隨著污染情況變化，方案也要及時(shí)更新。

但動態(tài)控制意味著政策將時(shí)常調(diào)整，實(shí)施起來難度較大?！罢叩膭討B(tài)調(diào)整可能對（排污）企業(yè)生產(chǎn)和百姓生活產(chǎn)生影響?？紤]到可執(zhí)行性，不建議搞得太復(fù)雜了。”薛文博表示。

袁自冰介紹，臭氧不只與前體物間存在非線性關(guān)系，在不同區(qū)域間也存在非線性關(guān)系。這意味著PM2.5和臭氧協(xié)同控制的未來，每個(gè)城市制定自身減排政策時(shí)，或許還要考慮“鄰居”的感受，“使某一地區(qū)臭氧降低的防控策略，可能會使其他地區(qū)（尤其是下風(fēng)向）臭氧上升，因此需要處理區(qū)域一盤棋的觀念，避免單打獨(dú)斗，通過科學(xué)研究確定區(qū)域內(nèi)各地區(qū)最佳防控策略，達(dá)到區(qū)域整體防控的效果?！?/p>