近日，《國家科學(xué)評論》在線發(fā)表了中山大學(xué)盧驍副教授、范紹佳教授和北京大學(xué)張遠(yuǎn)航院士等與國內(nèi)外多個團(tuán)隊(duì)的合作研究成果。該研究通過梳理全球城市站點(diǎn)地表臭氧濃度的歷史變化趨勢，揭示了地表臭氧濃度年代際趨勢的動態(tài)演變特點(diǎn)及驅(qū)動因子，為我國現(xiàn)階段臭氧污染演化機(jī)制和控制策略提供了新的思考。

北半球城市臭氧污染最新分布及趨勢

研究首先梳理了2013-2022年全球城市站點(diǎn)（基于現(xiàn)有觀測網(wǎng)絡(luò)，分布在中國、日本、韓國、印度、歐洲、美國）暖季地表臭氧濃度的空間分布和變化趨勢。分析顯示，我國的華北平原、長三角地區(qū)與美國西部加州是臭氧高濃度區(qū)域。2013年至2022年間，高濃度站點(diǎn)的暖季臭氧水平快速上升（1.2±1.3 ppbv year-1），而相對低濃度站點(diǎn)的上升幅度較?。?.2±0.9 ppbv year-1），進(jìn)一步擴(kuò)大了城市間的臭氧污染程度差異。這表明，從全球視角來看，極端臭氧污染事件的頻率和強(qiáng)度正在增加。由于臭氧的強(qiáng)氧化性，地表臭氧污染加劇將對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成日益嚴(yán)峻的威脅。

圖1. 2013-2022 年北半球暖季（4 月至 9 月）和冷季（10 月至 3 月）的臭氧日最大八小時平均濃度及其變化趨勢空間分布

從歷史時期臭氧變化趨勢中思考臭氧演變的驅(qū)動因子和控制策略

研究進(jìn)一步剖析了1980年以來，上述地區(qū)逐十年臭氧變化趨勢與人為排放及氣候條件之間的聯(lián)系，旨在從歷史觀測數(shù)據(jù)中提煉地表臭氧濃度對前體物排放變化和氣候變化的響應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而分析我國近年來臭氧濃度上升在現(xiàn)象和成因上與其他地區(qū)的異同。分析發(fā)現(xiàn)，日本、韓國等地區(qū)在分別在1990年和2010年前后經(jīng)歷過伴隨著氮氧化物排放下降而地表臭氧濃度迅速上升的現(xiàn)象。但近十年，隨著氮氧化物的深度減排及揮發(fā)性有機(jī)物的協(xié)同減排，日本、韓國的臭氧上升趨勢已大幅減緩或已進(jìn)入穩(wěn)定下降通道。然而，我國臭氧濃度在2013-2022年期間的上升幅度顯著高于1980年以來日本、韓國觀測到的臭氧十年上升幅度。這一特殊性源于我國在減排初期具有相比于其他地區(qū)的歷史時期更高的氮氧化物和氣溶膠濃度，因此針對氮氧化物和顆粒物的減排導(dǎo)致了臭氧水平的顯著上升。從2018年到2022年，我國臭氧的上升趨勢明顯放緩，表明氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物的持續(xù)、協(xié)同減排措施已對臭氧污染控制產(chǎn)生了初步成效。歐美地區(qū)的臭氧變化則體現(xiàn)了深度減排后，氣候變暖和野火排放的增加將對臭氧控制帶來新的挑戰(zhàn)。上述分析進(jìn)一步得到了大氣化學(xué)數(shù)值模擬試驗(yàn)的驗(yàn)證。

圖2. 1980 年以來不同地區(qū)和時期的歷史十年臭氧趨勢與人為NOx，NMVOCs 排放和溫度趨勢之間的關(guān)系

該研究得到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科協(xié)青年人才托舉工程項(xiàng)目和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的支持。