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臭氧已经成为继PM2.5后又一重要污染物!

2017-03-17 00:02:31 来源: 科学网(北京)
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(原标题:臭氧:这个“透明杀手”有点狠)

与一直萦绕在我们耳边的PM2.5相比,臭氧确实并没有太多引起公众的重视,因为它没有前者那般“张牙舞爪”,但却悄悄潜伏在万里晴空,被称为“透明杀手”。

那么,我们该如何监测与防治臭氧呢?近日,《美国科学院院报》刊登了一篇来自哈佛大学的论文,文章称,科研人员根据季节数据开发出一个统计模型,首次可提前一个季度预测美国东部夏季月份臭氧的浓度。

37年监测数据“撑起”预测模型

“美国自1980年就开始监测空气中的臭氧浓度了。”论文第一作者、哈佛大学应用工程与科学学院博士生沈路在接受《中国科学报》记者采访时介绍说。

美国对于臭氧的关注源于上世纪40年代初期,当时美国洛杉矶发生了严重的光化学烟雾事件。事件发生时正值当地的夏季,本应该晴朗的天空,但城市空气能见度却非常低,而后,洛杉矶很多市民出现了眼睛发红、咽喉疼痛、呼吸憋闷、头昏、头痛等症状。

后来,科学家们证实导致这一事件的罪魁祸首就是臭氧,它是一种挥发性碳氢化合物和氮氧化物等在太阳光照射下引起光化学反应的产物。而所谓氮氧化物和可挥发性有机物,一般来自于汽车尾气、石油化工厂废气以及森林植被排放等。高温、强辐射会加速光化学反应,导致大量臭氧出现。这种有害混合烟雾中除氮氧化物等污染物外,主要含臭氧和醛类物质等,也有细颗粒物,对人体呼吸系统有直接影响。

虽然这一事件与洛杉矶的地形密不可分,但是汽车尾气排放、阳光照射同样也是引发光化学烟雾事件的元凶之一。

然而,这只是光化学污染事件的开始,1943年以后,烟雾更加肆虐,以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死,柑橘减产;1955年因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达到400多人;在1970年,大批市民因此患上了红眼病。

而为了应对可怕的光化学污染,美国自上世纪50年代开始对露天垃圾燃烧、工厂烟雾排放等方面做出严格规定,包括治理含有碳氢化合物的化工溶剂、垃圾填埋场有毒气体、热电厂氮氧化物,处理动物工厂的排放等。

不仅如此,控制汽车尾气排放也一直是治理重点。空气质量管理者首先明确了管理部门,负责尾气监测和污染减排设施认证,并且严格控制挥发性有机化合物的排放。在洛杉矶市,政府还要求汽车加装催化转化器,减排效果显著。

“除了健康因素,臭氧浓度还会影响到自然植被生成和农作物产量,所以美国一直关注臭氧浓度,而且这些观测结果也是推动大气化学机理研究的重要数据来源。”沈路告诉记者。

基于37年的监测数据,沈路和导师洛雷塔·米克利又通过分析大量观测数据和气象模式,发现美国东部夏季高浓度臭氧与春季温暖的热带大西洋、寒冷的东北太平洋海水表层温度,以及夏威夷、大西洋和北美的海平面气压异常有关。

针对这些关系,他们开发了一个统计模型,该模型能预测从1980年到2013年中45%的夏季臭氧浓度年际变化。“臭氧浓度不仅与局地天气密切相关,同时也受到半球尺度的大气环流和海水温度的影响。”沈路解释说。

监测数据够多PM2.5或可预测

既然臭氧可以预测,那么PM2.5是否也可以同理模拟出其浓度变化?对此,沈路认为,应该也可以提前一个季度预测PM2.5,只是目前并没有相关研究。

其实,在大气污染物中,不论是可吸入颗粒物还是臭氧都只是人类面临的诸多问题之一。“每个国家对于空气污染物重视程度的高低,取决于各自的经济发展状况和污染水平以及其他的社会环境问题。不过,整体而言,PM2.5对健康的威胁要比臭氧大多了。”沈路表示。

然而,这并不意味着我国相关研究机构忽视了臭氧的污染。在北京市新闻节目之后播报的空气质量监测节目中,臭氧也一直没有离开公众的视野。

但仅以沈路目前的统计模型想要预测中国的臭氧污染也有难度。与美国37年的监测时间相比,“中国的臭氧观测时间序列还非常短,暂时不能用我们的这个模型直接做预测,需要寻找其他的办法。而且影响中国空气质量的大尺度环流和影响美国的不一样,所以这个模型并不能直接通用”。

臭氧控制势在必行

2017年伊始,深圳市、郑州市等地纷纷提出,臭氧已经成为继PM2.5后又一重要污染物。河南省郑州市环保局数据显示:2016年,由于臭氧超标,郑州市优良天变为污染天的天数是52天,比2015年增加43天。这一数据显示,臭氧成为影响郑州市优良天数的主要因素之一。

这并非个例,去年9月16日环保部发布的数据显示,当年8月份全国重点区域74个城市的空气质量超标天数中,以臭氧为首要污染物的天数最多,其次是大家熟悉的PM2.5。这是自去年5月份以来,臭氧连续第四个月取代PM2.5,成为空气质量超标的“元凶”。

“一般来说,臭氧浓度在发达国家是下降的,但是在发展中国家是上升的。而且,臭氧浓度在全球整体的背景下,总体趋势也是上升的。”沈路表示。

虽然在人们的理解中,臭氧是平流层中保护人们不受紫外线威胁的“护盾”,但是近地面臭氧却是有害气体。当浓度超过一定程度时,会对人体造成伤害。

“未来几十年内,全球气候变化将可能会让更多的夏季热浪出现,这会导致美国一些地区臭氧事件增加70%~100%。由于中国现阶段的污染比较严重,中国很可能面临气候变暖带来的更严峻的挑战,通过科学减排来控制空气质量尤为重要。”沈路表示。

其实,早在2012年,我国就修订了《环境空气质量标准》,并首次增设了PM2.5年均、日均浓度限值和臭氧8小时浓度限值,收严PM10和氮氧化物浓度限值等。

欧盟相关各国也早在1979年签署了长距离大气污染公约,只为解决酸雨和近地面臭氧等大气污染物跨界输送导致的问题。1997年,欧盟还通过了一项酸雨防治战略,旨在同时解决欧盟范围内的酸沉降、富营养化以及近地面臭氧问题。2001年,欧盟委员会通过了《国家最高排放限值公约》,对二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物等三类二次污染问题的前体物排放量做出了规定,以期解决臭氧相关问题。

“提前知道臭氧浓度可以加大这个季节的减排力度,同时敏感人群注意观察短时间尺度的空气质量预报来安排自己的户外活动,农业部门可以提前采取相应措施。”沈路同时表示,季节预测温度降水还有很多没有解决的问题,季节预测空气污染只是刚刚开始,相信未来经改进后会达到更好的预测效果。

王真 本文来源:科学网 责任编辑:王真_NT5228
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