臭氧污染對廣東省2020年空氣質量目標影響的探討*

汪 宇 區宇波 陳多宏# 陳詩琳 趙 燕 翟宇虹 梁家權

(1.廣東省環境監測中心，國家環境保護區域空氣質量監測重點實驗室，廣東省環境保護大氣二次污染研究重點實驗室，廣東 廣州 510308；2.壹點環境科技(廣州)有限公司，廣東 廣州510000)

空氣質量考核是落實大氣污染防治行動、保障空氣質量改善的重要工具。2013年，國務院發布《大氣污染防治行動計劃》，對全國地級以上城市和京津冀、長三角、珠三角等重點區域提出了PM2.5濃度改善目標[1]。2014年，環境保護部與全國31個省(區、市)簽署了《大氣污染防治目標責任書》和《大氣污染防治行動計劃實施情況考核辦法(試行)》，進一步明確了各地PM2.5濃度和優良天數比例的約束性目標[2]。由于空氣質量考核目標科學合理，針對PM2.5等污染物的減排措施落實到位，大氣污染防治行動成效顯著。截止2017年底，《大氣污染防治行動計劃》圓滿收官[3]。自2015年起，廣東省年均PM2.5就穩定在35 μg/m3以下，提前兩年完成考核目標[4]。

2018年，國務院發布《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，提出了我國重點區域2020年PM2.5濃度和空氣質量優良天數比例目標[5]。根據國家要求，廣東省發布《廣東省打贏藍天保衛戰實施方案(2018—2020年)》，提出至2020年，全省空氣質量優良天數比例達到92.5%，PM2.5控制在33 μg/m3以下[6]，并制定了57項詳細的具體任務，以保障目標完成。

大氣污染防治的考核目標應具備可達性和可操作性[7]。都小尚[8]指出，當前我國實行的空氣質量目標管理中存在前瞻性和可達性不強的問題，氣象及經濟社會發展的不確定性較大。石敏俊等[9]綜合考慮空氣質量改善趨勢和氣象等因素，評估了京津冀地區PM2.5濃度目標的可達性，認為當時采取的減排措施難以實現PM2.5濃度控制目標。楊雪等[10]以歷年空氣質量現狀為參考，建立了江蘇省空氣質量考核目標可達性預測方法。孟露露等[11]發現歐美等發達國家在PM2.5濃度較高或是排放量較大的時期，PM2.5濃度下降速度更快；當空氣質量越好時，改善難度越大。柴發合等[12]認為，為適應新的大氣污染特征和形勢，我國應對不同地區實行分級管理，體現空氣質量目標和實現目標的時間期限等方面的差別。由此可見，制定空氣質量考核目標時，應綜合考慮本地大氣污染特征和氣象等外界客觀因素，因地制宜地提升目標的前瞻性、可達性、科學性和實用性，以提高環境管理效率，加速空氣質量改善進程。

由于臭氧污染加劇等因素，當前廣東省PM2.5濃度改善和空氣質量優良天數比例提升呈現不同步的問題。本研究將以廣東省為例，分析造成臭氧污染的客觀因素，以及臭氧污染對空氣質量優良天數比例的影響，探討空氣質量考核方面存在的問題，并提出空氣質量考核目標管理方面的建議。

1 空氣質量評價考核

1.1 評價方法

依據《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)，PM2.5和臭氧日評價濃度分別采用日均值和8 h滑動平均值的最大值，年評價濃度采用日評價濃度的90百分位。根據《環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)》(HJ 633—2012)，如果城市空氣質量等級為優良，需要包括PM2.5、臭氧在內的共6項污染物濃度都不超過各自標準限值，臭氧超標會影響空氣質量優良天數比例這一指標。

1.2 考核目標

廣東省2020年空氣質量優良天數比例目標為不低于92.5%，PM2.5年均質量濃度目標為不超過33 μg/m3。為了分析廣東省2020年空氣質量目標是否過高，將其與河北(京津冀城市群代表性省份)、江蘇和浙江(長三角城市群代表性省份)以及廣西(同一緯度相鄰省份)等4個省份進行比較，結果見表1。在5個省份中，廣東省2020年空氣質量優良天數比例、PM2.5年均濃度兩項指標要求最高。浙江、廣西兩省份已于2018年率先完成2020年考核目標，河北、江蘇兩省份的兩項考核目標暫時都沒有完成，廣東省已于2018年提前完成比其他省份更嚴格的PM2.5年均濃度目標，但是空氣質量優良天數比例目標尚未完成。

2 大氣污染形勢

2.1 城市空氣質量現狀

2018年，廣東省PM2.5平均質量濃度為31 μg/m3，創歷史新低，提前達到了2020年PM2.5年均濃度目標。但空氣質量優良天數比例為88.9%，與2020年目標(92.5%)仍有3.6百分點的差距。PM2.5濃度改善與空氣質量優良天數比例欠佳呈現出不匹配的特征，其主要原因來自于臭氧超標率升高。2014至2018年，廣東省21個地級市PM2.5超標率平均值自9.0%下降至2.9%，同期臭氧超標率平均值從6.6%上升至8.3%。2018年，在廣東省21個地級市的空氣質量超標日中，臭氧作為首要污染物的占比達到73.5%，18個地級市占比超50%，其中汕頭市和汕尾市更達100%。而PM2.5作為空氣質量超標日的首要污染物的占比僅22.9%。由此可見，臭氧超標對廣東省空氣質量優良天數比例的影響遠遠超過了PM2.5。

表1 不同省份2018年空氣質量現狀和2020年目標對比1)

注：1)數據來源于各省(自治區)生態環境廳公布的2018年空氣質量年報及《河北省打贏藍天保衛戰三年行動方案》、《江蘇省打贏藍天保衛戰三年行動計劃實施方案》、《浙江省打贏藍天保衛戰三年行動計劃》、《廣西大氣污染防治攻堅三年作戰方案(2018—2020年)》、《廣東省打贏藍天保衛戰實施方案(2018—2020年)》。

2.2 城市臭氧污染趨勢

在其他各項污染物穩定下降的同時，廣東省臭氧污染日益嚴峻。2014—2018年，廣東省臭氧年評價質量濃度自146 μg/m3波動上升至154 μg/m3，上升了5.5%。珠三角九市臭氧年評價質量濃度自156 μg/m3波動上升至164 μg/m3，上升了5.1%，其中2017年和2018年珠三角臭氧年評價質量濃度分別為165、164 μg/m3，超過了GB 3095—2012二級標準限值(160 μg/m3)。

2.3 背景站和郊區站臭氧污染特征

廣東省臭氧平均濃度與PM2.5平均濃度呈現相反的空間分布特征，在受人為活動影響干擾少的區域，臭氧平均濃度反而更高。岳玎利等[13]觀測發現，位于廣東省北部南嶺山脈中的大氣背景站周邊沒有明顯的人為大氣排放源，PM2.5等污染物濃度顯著低于城市站，但是臭氧年平均濃度明顯高于廣州市中心的磨碟沙子站、珠三角城市群東北郊的天湖子站及西南郊的桃源子站。郊區站與城市站呈現出相同的單峰型特點，14：00前后濃度最高；背景站臭氧濃度未呈現出類似的單峰型日變化規律，而是穩定高濃度水平。

3 臭氧污染的客觀影響因素

近地層大氣中人為源和天然源排放的揮發性有機物(VOCs)及NOx在高溫及光照的氣象條件下生成臭氧。為了消除臭氧污染，原廣東省環境保護廳聯合多部門已于2018年4月印發了《廣東省揮發性有機物(VOCs)整治與減排工作方案(2018—2020年)》[14]，全力推進VOCs減排工作。然而受區域背景濃度、地形氣象條件、天然源排放等客觀因素影響，廣東省臭氧超標率持續升高。

3.1 區域背景濃度上升

從大氣環境監測數據共享平臺(http://123.127.175.60)提供的城市空氣質量數據來看，自《大氣污染防治行動計劃》實施以來的5年內(2013—2017年)，全國74個重點城市臭氧年評價濃度的平均值總體呈逐年上升趨勢，京津冀和長三角城市群臭氧年評價濃度呈現逐年上升趨勢，珠三角和成渝城市群則呈現波動上升趨勢。

3.2 地形和氣象條件不利

廣東省地處中國大陸最南部，地勢總體北高南低，北部為南嶺山脈，中部為珠江三角洲平原，山地地形的阻擋作用影響污染物的擴散；南部瀕臨海洋，地形及海陸風作用導致污染氣團回流[15]，進而引發大氣污染事件。

廣東省以南亞熱帶季風氣候為主，高溫時段長。根據中央氣象臺網站(http://www.nmc.cn/)公布的氣候背景資料，河北、江蘇、浙江、廣西、廣東等省份的年均氣溫逐步升高。以各省份的省會城市為代表進行比較，廣州市年均氣溫為22.8 ℃，最高月均氣溫為29.4 ℃，兩者皆明顯高于石家莊市、南京市、杭州市、南寧市；廣州市4—11月的月均氣溫高于20 ℃，時長占全年的2/3，比南寧市多1個月，比石家莊市、杭州市和南京市多3個月。高溫、日照強、風力弱等氣象條件與臭氧濃度升高密切相關[16]。

廣東省受熱帶氣旋影響明顯。美國聯合臺風預報中心(JWTC)1951—2015年熱帶氣旋最佳路徑資料集顯示，登陸廣東省的熱帶氣旋個數超過登陸我國熱帶氣旋總數的30%。熱帶氣旋登陸前，珠三角地區云量低，氣溫升高，風速降低，同時前體物濃度升高，大氣光化學反應效率迅速提高，造成區域臭氧高濃度污染事件[17]。

與我國大部分省份相比，廣東省受副熱帶高壓影響強度大，時間長。每年6月下旬開始，副熱帶高壓開始影響我國，首先影響的是廣東省等華南沿海省份；直到10月，副熱帶高壓逐漸南退，南退時影響的仍然是廣東省等華南沿海省份。在副熱帶高壓影響下，天空云量偏少，中低層氣流下沉，地面為靜風狀態，近地面常出現極端高溫天氣，容易引發臭氧污染[18]。

3.3 天然源VOCs排放量大

廣東省森林覆蓋率居全國前列。衛星遙感資料反演結果顯示，廣東省每年植被VOCs排放總量約為100萬t，位居全國首位；按單位面積計算，廣東省植被VOCs排放強度達到6.05 t/km2，僅次于海南省和福建省，相當于浙江省的1.30倍、江蘇省的8.07倍、北京市的2.18倍[19]。森林覆蓋率高導致植被VOCs排放量大，而在夏秋季，植被排放的異戊二烯是對珠三角地區臭氧生成潛勢貢獻最大的VOCs組分[20]。夏秋季的高溫會顯著提升植被異戊二烯排放速率[21]。天然源VOCs對廣東省臭氧污染有重要影響。

4 存在的問題

4.1 PM2.5和空氣質量優良天數比例不匹配

由于臭氧超標日益嚴重，影響了空氣質量考核達標，造成PM2.5改善與空氣質量優良天數比例不匹配。我國華北地區的研究表明，PM2.5濃度下降的同時，會削弱氣溶膠對過氧化氫自由基的非均相吸收作用，從而加劇大氣臭氧濃度升高[22]。當前PM2.5的GB 3095—2012二級限值(35 μg/m3)與美國、日本等發達國家限值(15 μg/m3)和世界衛生組織推薦值(10 μg/m3)仍有較大差距。在未來較長一段時期，PM2.5仍然是我國大氣污染防治的重點，廣東等PM2.5低濃度省份將努力向發達國家PM2.5濃度水平靠攏，臭氧可能會相應升高，影響空氣質量優良天數比例。

4.2 臭氧防治有效路徑尚未明確

臭氧生成的影響機制非常復雜，影響因素眾多。從發達國家大氣污染防控歷程來看，臭氧污染防治是一個長期斗爭過程，其與PM2.5等污染物的防治有顯著差異。20世紀40年代，美國加利福尼亞州就開始推進臭氧治理，由于臭氧追因溯源、探索控制措施非常困難，再加上控制措施的推進需要與相關利益團體進行協商，因此經歷了50年才逐漸實現臭氧達標。目前我國仍處于PM2.5防治階段，臭氧污染防治工作起步較晚，光化學觀測網絡尚未建成，臭氧與前體物敏感性關系尚未全面厘清，系統性的VOCs排放源清單、源成分譜庫和總量減排控制技術方法尚未建立，臭氧污染防治有效路徑尚未明確。因此，我國需要經歷一個長期摸索過程才能有效降低臭氧，提升空氣質量優良天數比例。

4.3 臭氧監測評價方法有待完善

GB 3095—2012發布后，我國已采用與美國一致的臭氧日評價值，即8 h滑動平均最大值。我國臭氧濃度二級標準限值為160 μg/m3，與美國標準接近。但是監測狀態有所區別，我國采用標準狀態(溫度為273 K，氣壓為101.325 kPa)，美國采用參比狀態(溫度為298.15 K，氣壓為101.325 kPa)。在相同的大氣環境中，由于溫度參數的差異，理論上參比狀態所測濃度比標準狀態低8.39%。2018年8月，生態環境部發布的GB 3095—2012修改單中，將臭氧實時監測標準狀態轉換為參比狀態，但是空氣質量考核評價仍采用標準狀態數據。

5 建 議

在臭氧污染日益突出的背景下，空氣質量考核評價應當充分考慮當前大氣污染新形勢，抓住當前大氣污染防治的主要矛盾，結合臭氧防治工作的實際情況進行適當調整。對此，本研究提出以下建議：

(1) 與國際主流標準接軌，使用參比狀態數據考核。我國環境監測部門實時發布的環境空氣臭氧濃度數據已經全部更新為參比狀態，而空氣質量考核仍采用標準狀態。在廣東省等年均氣溫高于0 ℃的亞熱帶地區，標準狀態比參比狀態臭氧濃度偏高，且氣溫越高，偏差越大，由此造成臭氧實時發布結果與考核結果差異顯著。現階段考核建議以參比狀態數據作為考核依據。

(2) 為降低極端天氣影響，建議依據3年滑動平均結果考核。每年氣象條件的波動對臭氧濃度和空氣質量優良天數比例影響顯著，高溫或熱帶氣旋等極端天氣有可能掩蓋全年的減排工作成效。因此，建議依據所在地區最新的連續3年監測數據進行考核，盡量減少氣象條件波動的影響。

(3) 允許空氣質量優良天數比例目標上下浮動。當前臭氧防治的有效路徑仍在探索中，空氣質量優良天數比例目標建議考慮氣象因子、天然源排放、大氣背景濃度等客觀因素，允許空氣質量優良天數比例目標保留一定的上下浮動空間。