臭氧污染從何而来?如何產生?

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弁言

党的十八大以来，經由過程施行《大气污染防治举措規划》《打赢蓝天捍卫战三年举措規划》等，我國氛围質量较着改良，人民大眾的蓝天幸福感和得到感极大晋升。氛围質量的延续改良離不開科技支持，國度大气污染防治攻联系關系合中間将經由過程系列文章，向大師解读大气污染防治科技攻關項目標最新钻研功效和污染防治相干政策办法。本期為大師带来“我國臭氧污染成因”專题的解读。

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臭氧的“两重身份”

臭氧（O3）有“亦正亦邪的两重身份”，一個是始终庇护着地球的卫士，另外一個则是污染物。這是怎样回事呢？

平流层O3（距地面约20~30km）可以或许强烈地吸取太阳紫外辐射，像一道自然屏蔽庇护着地球生物圈，使動植物免受風险，是以平流层O3被称為“地球的庇护伞”，也被称為“好臭氧”，必要加以庇护。

可是在对流层中，O3倒是一種污染气隨身按摩器,體，同時也是首要的温室气體。对流层O3不但能吸取地气體系的长波辐射從而加热大气，還可以介入大气光化學反响，進而扭转其他温室气體的含量和散布，影响地气體系的辐射均衡。出格是高浓度的近地面O3（地面至2 km摆布）将激發都會光化學烟雾，影响人類康健，对植被和农作物也會造成紧张影响。是以对流层O3被称為“坏臭氧”，必要低落其浓度。今朝针对O3污染的钻研重要集中在对流层O3。

平流层O3和对流层O3

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O3污染從何而来？

对流层O3污染一方面来自於天然界。此中，平流层O3入侵是首要路子之一，但其均匀進献不足10%，且重要影响的是对流层上部，对低海拔地域近地面O3的影响很小。其次，咕卡套裝,天然界發生的氮氧化物（NOx）（泥土、闪電等）與植物排放的挥發性有機物（VOCs，甲烷、萜烯類化合物）反响也會天生O3。

对流层O3污染更首要的来历是报酬源排放前體物的化學天生。人類勾當排放了大量的NOx和VOCs，和自然源一块兒在情况中經由過程繁杂的光化學反响天生O3。大气光化學反响天生O3的機理较為繁杂，可是今朝有關其機理的熟悉根基明白。下面這张示用意中，赤色的“NOx轮回”（重要由NOx介入）和绿色的“ROx”轮回（重要由VOCs介入）互相感化，致使情况中O3堆集、浓度上升。

O3天生機制简化示用意

（图源：Wang et al., 2017）

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O3污染是若何發生的？受甚麼身分影响？

情况氛围中的O3浓度遭到布景值、區域和局地化學天生、沉降和化學去除的综合影响，攻關钻研成果表白，O3污染的構成可以畴前體物排放、化學转化、景象影响和三维傳输等方面举行解析。

都會（區域）O3污染成因觀點图

（图源：北京大學）

前體物排放居於高位及其化學转化是O3污染的主因。排放清单钻研表白，我龍潭通馬桶,國报酬源VOCs排放重要来自灵活車、工業涂装、修建涂料與胶粘剂、石化、通用型防腐涂料、油品储運销、住民糊口能源利用、生物資露天焚烧、焦化、印刷等，排放量在2600–2900万吨/年的范畴內颠簸，自然源VOCs排放量與报酬源排放几近至關。NOx排放重要来自挪動源、電力供热、钢铁、工業汽锅等报酬源，排放量自2012年的峰值约29肩頸酸痛,00万吨逐步降低到2020年的约2200万吨。美國2020年报酬源VOCs排放量约為1700万吨，NOx排放量约為800万吨，與之比拟，我國VOCs和NOx排放量仍然處於高位。化學機理钻研顯示，在都會层面上O3@天%68EH3%生对报%16745%酬@源VOCs排放十分敏感，在區域层面上对付NOx和VOCs排放均比力敏感，在郊區等自然源VOCs排放高的區域凡是对付NOx更加敏感。

天下报酬源VOCs（左）、自然源VOCs（中）和NOx（右）排放强度散布

2010-2020年天下报酬源VOCs排放變革

（图源：清华大學）

天气與景象前提是O3污染構成的關頭驱動因子。持久天气效應钻研顯示，天气變暖會引發全世界O3浓度升高，在都會群及周邊等报酬勾當影响顯著的地域，由天气變革引發的温度每增长1摄氏度，O3增长0.4~4微克/立方米；在20–30年的時候標准上，全世界天气變革对我國重點區域夏日O3浓度變革的影响范畴约為+1~+16微克/立方米。小風、高温、低湿、少雨、高日照時数是易致使O3超標的典范景象特性。從重點區域来看，气温、辐射和相对於湿度是影响O3污染的最重要景象要素，但在分歧區域，各種景象要素的首要性排序较着分歧。從典范都會来看，对北京4~10月O3每日變革影响最大的景象要素為温度；上海年龄季对O3搬家,每日變革影响最大的景象要素是温度，夏日则是相对於湿度。

（a）天气變革和（b）报酬排放變革致使的1980–2010年夏日O3浓度的變革

（手機a片,图源：Fu and Tai, 2015）

三维立體傳输是O3污染產生成长的首要影响身分。在垂直標的目的上看，近地层O3垂直互换具备廣泛性，鸿沟层垂直互换对地面O3浓度進献约為19%~47%。在程度標的目的上看，因為O3在大气中的寿命（7–21天）比NOx（约1天）和活性VOCs（数小時）长不少，這就象征着O3可以或许比它的前體物傳输长很多的間隔。是以，大范畴、跨區域（跨省）的O3污染運送凡是以O3本身為主；短間隔、相邻都會間的O3污染運送顯現O3及其前體物夹杂運送的特性。

O3及其關頭前體物的寿命和傳输間隔

（图源：北京大學）

O3污染的防治既是區域性困難也是全世界性课题，作為对流层最首要的污染气體和温室气體之一，O3污染科學防控亟待在人類運气配合體理念下展開國際互助。我國作為全世界重要的工業國和最大的市場之一，在减污降碳协同治理的進程中要踊跃阐扬各方面的引领感化。