臭氧污染对广东省2020年空气质量目标影响的探讨*

汪 宇 区宇波 陈多宏# 陈诗琳 赵 燕 翟宇虹 梁家权

(1.广东省环境监测中心，国家环境保护区域空气质量监测重点实验室，广东省环境保护大气二次污染研究重点实验室，广东 广州 510308；2.壹点环境科技(广州)有限公司，广东 广州510000)

空气质量考核是落实大气污染防治行动、保障空气质量改善的重要工具。2013年，国务院发布《大气污染防治行动计划》，对全国地级以上城市和京津冀、长三角、珠三角等重点区域提出了PM2.5浓度改善目标[1]。2014年，环境保护部与全国31个省(区、市)签署了《大气污染防治目标责任书》和《大气污染防治行动计划实施情况考核办法(试行)》，进一步明确了各地PM2.5浓度和优良天数比例的约束性目标[2]。由于空气质量考核目标科学合理，针对PM2.5等污染物的减排措施落实到位，大气污染防治行动成效显著。截止2017年底，《大气污染防治行动计划》圆满收官[3]。自2015年起，广东省年均PM2.5就稳定在35 μg/m3以下，提前两年完成考核目标[4]。

2018年，国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，提出了我国重点区域2020年PM2.5浓度和空气质量优良天数比例目标[5]。根据国家要求，广东省发布《广东省打赢蓝天保卫战实施方案(2018—2020年)》，提出至2020年，全省空气质量优良天数比例达到92.5%，PM2.5控制在33 μg/m3以下[6]，并制定了57项详细的具体任务，以保障目标完成。

大气污染防治的考核目标应具备可达性和可操作性[7]。都小尚[8]指出，当前我国实行的空气质量目标管理中存在前瞻性和可达性不强的问题，气象及经济社会发展的不确定性较大。石敏俊等[9]综合考虑空气质量改善趋势和气象等因素，评估了京津冀地区PM2.5浓度目标的可达性，认为当时采取的减排措施难以实现PM2.5浓度控制目标。杨雪等[10]以历年空气质量现状为参考，建立了江苏省空气质量考核目标可达性预测方法。孟露露等[11]发现欧美等发达国家在PM2.5浓度较高或是排放量较大的时期，PM2.5浓度下降速度更快；当空气质量越好时，改善难度越大。柴发合等[12]认为，为适应新的大气污染特征和形势，我国应对不同地区实行分级管理，体现空气质量目标和实现目标的时间期限等方面的差别。由此可见，制定空气质量考核目标时，应综合考虑本地大气污染特征和气象等外界客观因素，因地制宜地提升目标的前瞻性、可达性、科学性和实用性，以提高环境管理效率，加速空气质量改善进程。

由于臭氧污染加剧等因素，当前广东省PM2.5浓度改善和空气质量优良天数比例提升呈现不同步的问题。本研究将以广东省为例，分析造成臭氧污染的客观因素，以及臭氧污染对空气质量优良天数比例的影响，探讨空气质量考核方面存在的问题，并提出空气质量考核目标管理方面的建议。

1 空气质量评价考核

1.1 评价方法

依据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)，PM2.5和臭氧日评价浓度分别采用日均值和8 h滑动平均值的最大值，年评价浓度采用日评价浓度的90百分位。根据《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633—2012)，如果城市空气质量等级为优良，需要包括PM2.5、臭氧在内的共6项污染物浓度都不超过各自标准限值，臭氧超标会影响空气质量优良天数比例这一指标。

1.2 考核目标

广东省2020年空气质量优良天数比例目标为不低于92.5%，PM2.5年均质量浓度目标为不超过33 μg/m3。为了分析广东省2020年空气质量目标是否过高，将其与河北(京津冀城市群代表性省份)、江苏和浙江(长三角城市群代表性省份)以及广西(同一纬度相邻省份)等4个省份进行比较，结果见表1。在5个省份中，广东省2020年空气质量优良天数比例、PM2.5年均浓度两项指标要求最高。浙江、广西两省份已于2018年率先完成2020年考核目标，河北、江苏两省份的两项考核目标暂时都没有完成，广东省已于2018年提前完成比其他省份更严格的PM2.5年均浓度目标，但是空气质量优良天数比例目标尚未完成。

2 大气污染形势

2.1 城市空气质量现状

2018年，广东省PM2.5平均质量浓度为31 μg/m3，创历史新低，提前达到了2020年PM2.5年均浓度目标。但空气质量优良天数比例为88.9%，与2020年目标(92.5%)仍有3.6百分点的差距。PM2.5浓度改善与空气质量优良天数比例欠佳呈现出不匹配的特征，其主要原因来自于臭氧超标率升高。2014至2018年，广东省21个地级市PM2.5超标率平均值自9.0%下降至2.9%，同期臭氧超标率平均值从6.6%上升至8.3%。2018年，在广东省21个地级市的空气质量超标日中，臭氧作为首要污染物的占比达到73.5%，18个地级市占比超50%，其中汕头市和汕尾市更达100%。而PM2.5作为空气质量超标日的首要污染物的占比仅22.9%。由此可见，臭氧超标对广东省空气质量优良天数比例的影响远远超过了PM2.5。

表1 不同省份2018年空气质量现状和2020年目标对比1)

注：1)数据来源于各省(自治区)生态环境厅公布的2018年空气质量年报及《河北省打赢蓝天保卫战三年行动方案》、《江苏省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》、《浙江省打赢蓝天保卫战三年行动计划》、《广西大气污染防治攻坚三年作战方案(2018—2020年)》、《广东省打赢蓝天保卫战实施方案(2018—2020年)》。

2.2 城市臭氧污染趋势

在其他各项污染物稳定下降的同时，广东省臭氧污染日益严峻。2014—2018年，广东省臭氧年评价质量浓度自146 μg/m3波动上升至154 μg/m3，上升了5.5%。珠三角九市臭氧年评价质量浓度自156 μg/m3波动上升至164 μg/m3，上升了5.1%，其中2017年和2018年珠三角臭氧年评价质量浓度分别为165、164 μg/m3，超过了GB 3095—2012二级标准限值(160 μg/m3)。

2.3 背景站和郊区站臭氧污染特征

广东省臭氧平均浓度与PM2.5平均浓度呈现相反的空间分布特征，在受人为活动影响干扰少的区域，臭氧平均浓度反而更高。岳玎利等[13]观测发现，位于广东省北部南岭山脉中的大气背景站周边没有明显的人为大气排放源，PM2.5等污染物浓度显著低于城市站，但是臭氧年平均浓度明显高于广州市中心的磨碟沙子站、珠三角城市群东北郊的天湖子站及西南郊的桃源子站。郊区站与城市站呈现出相同的单峰型特点，14：00前后浓度最高；背景站臭氧浓度未呈现出类似的单峰型日变化规律，而是稳定高浓度水平。

3 臭氧污染的客观影响因素

近地层大气中人为源和天然源排放的挥发性有机物(VOCs)及NOx在高温及光照的气象条件下生成臭氧。为了消除臭氧污染，原广东省环境保护厅联合多部门已于2018年4月印发了《广东省挥发性有机物(VOCs)整治与减排工作方案(2018—2020年)》[14]，全力推进VOCs减排工作。然而受区域背景浓度、地形气象条件、天然源排放等客观因素影响，广东省臭氧超标率持续升高。

3.1 区域背景浓度上升

从大气环境监测数据共享平台(http://123.127.175.60)提供的城市空气质量数据来看，自《大气污染防治行动计划》实施以来的5年内(2013—2017年)，全国74个重点城市臭氧年评价浓度的平均值总体呈逐年上升趋势，京津冀和长三角城市群臭氧年评价浓度呈现逐年上升趋势，珠三角和成渝城市群则呈现波动上升趋势。

3.2 地形和气象条件不利

广东省地处中国大陆最南部，地势总体北高南低，北部为南岭山脉，中部为珠江三角洲平原，山地地形的阻挡作用影响污染物的扩散；南部濒临海洋，地形及海陆风作用导致污染气团回流[15]，进而引发大气污染事件。

广东省以南亚热带季风气候为主，高温时段长。根据中央气象台网站(http://www.nmc.cn/)公布的气候背景资料，河北、江苏、浙江、广西、广东等省份的年均气温逐步升高。以各省份的省会城市为代表进行比较，广州市年均气温为22.8 ℃，最高月均气温为29.4 ℃，两者皆明显高于石家庄市、南京市、杭州市、南宁市；广州市4—11月的月均气温高于20 ℃，时长占全年的2/3，比南宁市多1个月，比石家庄市、杭州市和南京市多3个月。高温、日照强、风力弱等气象条件与臭氧浓度升高密切相关[16]。

广东省受热带气旋影响明显。美国联合台风预报中心(JWTC)1951—2015年热带气旋最佳路径资料集显示，登陆广东省的热带气旋个数超过登陆我国热带气旋总数的30%。热带气旋登陆前，珠三角地区云量低，气温升高，风速降低，同时前体物浓度升高，大气光化学反应效率迅速提高，造成区域臭氧高浓度污染事件[17]。

与我国大部分省份相比，广东省受副热带高压影响强度大，时间长。每年6月下旬开始，副热带高压开始影响我国，首先影响的是广东省等华南沿海省份；直到10月，副热带高压逐渐南退，南退时影响的仍然是广东省等华南沿海省份。在副热带高压影响下，天空云量偏少，中低层气流下沉，地面为静风状态，近地面常出现极端高温天气，容易引发臭氧污染[18]。

3.3 天然源VOCs排放量大

广东省森林覆盖率居全国前列。卫星遥感资料反演结果显示，广东省每年植被VOCs排放总量约为100万t，位居全国首位；按单位面积计算，广东省植被VOCs排放强度达到6.05 t/km2，仅次于海南省和福建省，相当于浙江省的1.30倍、江苏省的8.07倍、北京市的2.18倍[19]。森林覆盖率高导致植被VOCs排放量大，而在夏秋季，植被排放的异戊二烯是对珠三角地区臭氧生成潜势贡献最大的VOCs组分[20]。夏秋季的高温会显著提升植被异戊二烯排放速率[21]。天然源VOCs对广东省臭氧污染有重要影响。

4 存在的问题

4.1 PM2.5和空气质量优良天数比例不匹配

由于臭氧超标日益严重，影响了空气质量考核达标，造成PM2.5改善与空气质量优良天数比例不匹配。我国华北地区的研究表明，PM2.5浓度下降的同时，会削弱气溶胶对过氧化氢自由基的非均相吸收作用，从而加剧大气臭氧浓度升高[22]。当前PM2.5的GB 3095—2012二级限值(35 μg/m3)与美国、日本等发达国家限值(15 μg/m3)和世界卫生组织推荐值(10 μg/m3)仍有较大差距。在未来较长一段时期，PM2.5仍然是我国大气污染防治的重点，广东等PM2.5低浓度省份将努力向发达国家PM2.5浓度水平靠拢，臭氧可能会相应升高，影响空气质量优良天数比例。

4.2 臭氧防治有效路径尚未明确

臭氧生成的影响机制非常复杂，影响因素众多。从发达国家大气污染防控历程来看，臭氧污染防治是一个长期斗争过程，其与PM2.5等污染物的防治有显著差异。20世纪40年代，美国加利福尼亚州就开始推进臭氧治理，由于臭氧追因溯源、探索控制措施非常困难，再加上控制措施的推进需要与相关利益团体进行协商，因此经历了50年才逐渐实现臭氧达标。目前我国仍处于PM2.5防治阶段，臭氧污染防治工作起步较晚，光化学观测网络尚未建成，臭氧与前体物敏感性关系尚未全面厘清，系统性的VOCs排放源清单、源成分谱库和总量减排控制技术方法尚未建立，臭氧污染防治有效路径尚未明确。因此，我国需要经历一个长期摸索过程才能有效降低臭氧，提升空气质量优良天数比例。

4.3 臭氧监测评价方法有待完善

GB 3095—2012发布后，我国已采用与美国一致的臭氧日评价值，即8 h滑动平均最大值。我国臭氧浓度二级标准限值为160 μg/m3，与美国标准接近。但是监测状态有所区别，我国采用标准状态(温度为273 K，气压为101.325 kPa)，美国采用参比状态(温度为298.15 K，气压为101.325 kPa)。在相同的大气环境中，由于温度参数的差异，理论上参比状态所测浓度比标准状态低8.39%。2018年8月，生态环境部发布的GB 3095—2012修改单中，将臭氧实时监测标准状态转换为参比状态，但是空气质量考核评价仍采用标准状态数据。

5 建 议

在臭氧污染日益突出的背景下，空气质量考核评价应当充分考虑当前大气污染新形势，抓住当前大气污染防治的主要矛盾，结合臭氧防治工作的实际情况进行适当调整。对此，本研究提出以下建议：

(1) 与国际主流标准接轨，使用参比状态数据考核。我国环境监测部门实时发布的环境空气臭氧浓度数据已经全部更新为参比状态，而空气质量考核仍采用标准状态。在广东省等年均气温高于0 ℃的亚热带地区，标准状态比参比状态臭氧浓度偏高，且气温越高，偏差越大，由此造成臭氧实时发布结果与考核结果差异显著。现阶段考核建议以参比状态数据作为考核依据。

(2) 为降低极端天气影响，建议依据3年滑动平均结果考核。每年气象条件的波动对臭氧浓度和空气质量优良天数比例影响显著，高温或热带气旋等极端天气有可能掩盖全年的减排工作成效。因此，建议依据所在地区最新的连续3年监测数据进行考核，尽量减少气象条件波动的影响。

(3) 允许空气质量优良天数比例目标上下浮动。当前臭氧防治的有效路径仍在探索中，空气质量优良天数比例目标建议考虑气象因子、天然源排放、大气背景浓度等客观因素，允许空气质量优良天数比例目标保留一定的上下浮动空间。