臭氧污染的來源及產生1、臭氧的“雙重身份”臭氧（03）有“亦正亦邪的雙重身份”，一個是始終保護著地球的衛士，另一個則是污染物。這是怎么回事呢？平流層03（距地面約20~30km）能夠強烈地吸收太陽紫外輻射，像一道天然屏障保護著地球生物圈，使動植物免受危害，因此平流層03被稱為“地球的保護傘”，也被稱為“好臭氧”，需要加以保護。但是在對流層中，03卻是一種污染氣體，同時也是重要的溫室氣體。對流層03不僅能吸收地氣系統的長波輻射從而加熱大氣，還可以參與大氣光化學反應，進而改變其他溫室氣體的含量和分布，影響地氣系統的輻射平衡。特別是高濃度的近地面03（地面至2km左右）將引發城市光化學煙霧，影響人類健康，對植被和農作物也會造成嚴重影響。因此對流層03被稱為“壞臭氧”，需要降低其濃度。目前針對03污染的研究主要集中在對流層03。平流層臭氧和對流層臭氧有何不同?平流層03和對流層032、O3污染從何而來?對流層O3污染一方面來自于自然界。其中，平流層O3入侵是重要途徑之一，但其平均貢獻不足10%，且主要影響的是對流層上部，對低海拔地區近地面O3的影響很小。其次，自然界產生的氮氧化物（NOx）（土壤、閃電等）與植物排放的揮發性有機物（VOCs，甲烷、萜烯類化合物）反應也會生成03。對流層03污染更重要的來源是人為源排放前體物的化學生成。人類活動排放了大量的NOx和VOCs，和天然源一起在環境中通過復雜的光化學反應生成O3。大氣光化學反應生成O3的機理較為復雜，但是目前有關其機理的認識基本明確。下面這張示意圖中，紅色的“NOx循環”（主要由NOx參與）和綠色的“ROx”循環（主要由VOCs參與）相互作用，導致環境中O3積累、濃度上升。N0乂CycleHOMON0乂CycleHOMOHNOj。印ROOHOVOCNitratesO3生成機制簡化示意圖3、03污染是如何產生的？受什么因素影響?

環境空氣中的O3濃度受到背景值、區域和局地化學生成、沉降以及化學去除的綜合影響，攻關研究結果表明，O3污染的形成可以從前體物排放、化學轉化、氣象影響和三維傳輸等方面進行解析。城市（區域）O3污染成因概念圖（圖源：北京大學）前體物排放居于高位及其化學轉化是O3污染的主因。排放清單研究表明，我國人為源VOCs排放主要來自機動車、工業涂裝、建筑涂料與膠粘劑、石化、通用型防腐涂料、油品儲運銷、居民生活能源使用、生物質露天燃燒、焦化、印刷等，排放量在2600-2900萬噸/年的范圍內波動，天然源VOCs排放量與人為源排放幾乎相當。NOx排放主要來自移動源、電力供熱、鋼鐵、工業鍋爐等人為源，排放量自2012年的峰值約2900萬噸逐漸下降到2020年的約2200萬噸。美國2020年人為源VOCs排放量約為1700萬噸，NOx排放量約為800萬噸，與之相比，我國VOCs和NOx排放量依然處于高位。化學機理

研究顯示，在城市層面上O3生成對人為源VOCs排放十分敏感，在區域層面上對于NOx和VOCs排放均比較敏感，在郊區等天然源VOCs排放高的區域通常對于NOx更為敏感。全國人為源VOCs（左）、天然源VOCs（中）和NOx（右）排放強度分布（數據來源：清華大學、中國環境科學研究院）3000250030002500-20001500-1000500-0-■交通■溶劑使用生活口電力■工業2010年2012年2014年2016年2018年2020年2010-2020年全國人為源VOCs排放變化（圖源：清華大學）氣候與氣象條件是O3污染形成的關鍵驅動因子。長期氣候效應研究顯示，氣候變暖會引起全球O3濃度升高，在城市群及周邊等人為活動影響顯著的地區，由氣候變化引起的溫度每增加1攝氏度，O3增加0.4~4微克/立方米；在20—30年的時間尺度上，全球氣候變化對我國重點區域夏季O3濃度變化的影響范圍約為+1~+16微克/立方米。小風、高溫、低濕、少雨、高日照時數是易導致O3超標的典型氣象特征。從重點區域來看，氣溫、輻射和相對濕度是影響O3污染的最主要氣象要素，但在不同區域，各類氣象要素的重要性排序明顯不同。從典型城市來看，對北京4~10月O3逐日變化影響最大的氣象要素為溫度；上海春秋季對O3逐日變化影響最大的氣象要素是溫度，夏季則是相對濕度。（a）氣候變化和（b）人為排放變化導致的1980-2010年夏季O3濃度的變化三維立體傳輸是O3污染發生發展的重要影響因素。在垂直方向上看，近地層O3垂直交換具有普遍性，邊界層垂直交換對地面O3濃度貢獻約為19%~47%。在水平方向上看，由于O3在大氣中的壽命（7-21天）比NOx（約1天）和活性VOCs（數小時）長很多，這就意味著O3能夠比它的前體物傳輸長得多的距離。因此，大范圍、跨區域（跨省）的O3污染輸送通常以O3自身為主；短距離、相鄰城市間的O3污染輸送呈現O3及其前體物混合輸送的特征。

城市或局部 區域或尺度L中尺度湃AO二O工ModeratelyLong-Lived微尺度全球尺度1m10m100m 1km10km100krn