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臭氧:這個“透明殺手”有點狠

(圖片來源:光明網)
  中評社北京3月18日電/與一直縈繞在我們耳邊的PM2.5相比,臭氧確實並沒有太多引起公眾的重視,因為它沒有前者那般“張牙舞爪”,但卻悄悄潛伏在萬里晴空,被稱為“透明殺手”。

  那麼,我們該如何監測與防治臭氧呢?近日,《美國科學院院報》刊登了一篇來自哈佛大學的論文,文章稱,科研人員根據季節數據開發出一個統計模型,首次可提前一個季度預測美國東部夏季月份臭氧的濃度。

  37年監測數據“撐起”預測模型

  “美國自1980年就開始監測空氣中的臭氧濃度了。”論文第一作者、哈佛大學應用工程與科學學院博士生沈路在接受《中國科學報》記者採訪時介紹說。

  美國對於臭氧的關注源於上世紀40年代初期,當時美國洛杉磯發生了嚴重的光化學煙霧事件。事件發生時正值當地的夏季,本應該晴朗的天空,但城市空氣能見度卻非常低,而後,洛杉磯很多市民出現了眼睛發紅、咽喉疼痛、呼吸憋悶、頭昏、頭痛等症狀。

  後來,科學家們證實導致這一事件的罪魁禍首就是臭氧,它是一種揮發性碳氫化合物和氮氧化物等在太陽光照射下引起光化學反應的產物。而所謂氮氧化物和可揮發性有機物,一般來自於汽車尾氣、石油化工廠廢氣以及森林植被排放等。高溫、強輻射會加速光化學反應,導致大量臭氧出現。這種有害混合煙霧中除氮氧化物等污染物外,主要含臭氧和醛類物質等,也有細顆粒物,對人體呼吸系統有直接影響。

  雖然這一事件與洛杉磯的地形密不可分,但是汽車尾氣排放、陽光照射同樣也是引發光化學煙霧事件的元凶之一。

  然而,這只是光化學污染事件的開始,1943年以後,煙霧更加肆虐,以致遠離城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片鬆林也因此枯死,柑橘減產;1955年因呼吸系統衰竭死亡的65歲以上的老人達到400多人;在1970年,大批市民因此患上了紅眼病。

  而為了應對可怕的光化學污染,美國自上世紀50年代開始對露天垃圾燃燒、工廠煙霧排放等方面做出嚴格規定,包括治理含有碳氫化合物的化工溶劑、垃圾填埋場有毒氣體、熱電廠氮氧化物,處理動物工廠的排放等。

  不僅如此,控制汽車尾氣排放也一直是治理重點。空氣質量管理者首先明確了管理部門,負責尾氣監測和污染減排設施認證,並且嚴格控制揮發性有機化合物的排放。在洛杉磯市,政府還要求汽車加裝催化轉化器,減排效果顯著。
 
 
  “除了健康因素,臭氧濃度還會影響到自然植被生成和農作物產量,所以美國一直關注臭氧濃度,而且這些觀測結果也是推動大氣化學機理研究的重要數據來源。”沈路告訴記者。

  基於37年的監測數據,沈路和導師洛雷塔·米克利又通過分析大量觀測數據和氣象模式,發現美國東部夏季高濃度臭氧與春季溫暖的熱帶大西洋、寒冷的東北太平洋海水表層溫度,以及夏威夷、大西洋和北美的海平面氣壓異常有關。

  針對這些關係,他們開發了一個統計模型,該模型能預測從1980年到2013年中45%的夏季臭氧濃度年際變化。“臭氧濃度不僅與局地天氣密切相關,同時也受到半球尺度的大氣環流和海水溫度的影響。”沈路解釋說。

  監測數據夠多PM2.5或可預測

  既然臭氧可以預測,那麼PM2.5是否也可以同理模擬出其濃度變化?對此,沈路認為,應該也可以提前一個季度預測PM2.5,只是目前並沒有相關研究。

  其實,在大氣污染物中,不論是可吸入顆粒物還是臭氧都只是人類面臨的諸多問題之一。“每個國家對於空氣污染物重視程度的高低,取決於各自的經濟發展狀況和污染水平以及其他的社會環境問題。不過,整體而言,PM2.5對健康的威脅要比臭氧大多了。”沈路表示。

  然而,這並不意味著我國相關研究機構忽視了臭氧的污染。在北京市新聞節目之後播報的空氣質量監測節目中,臭氧也一直沒有離開公眾的視野。

  但僅以沈路目前的統計模型想要預測中國的臭氧污染也有難度。與美國37年的監測時間相比,“中國的臭氧觀測時間序列還非常短,暫時不能用我們的這個模型直接做預測,需要尋找其他的辦法。而且影響中國空氣質量的大尺度環流和影響美國的不一樣,所以這個模型並不能直接通用”。

  臭氧控制勢在必行

  2017年伊始,深圳市、鄭州市等地紛紛提出,臭氧已經成為繼PM2.5後又一重要污染物。河南省鄭州市環保局數據顯示:2016年,由於臭氧超標,鄭州市優良天變為污染天的天數是52天,比2015年增加43天。這一數據顯示,臭氧成為影響鄭州市優良天數的主要因素之一。

  這並非個例,去年9月16日環保部發布的數據顯示,當年8月份全國重點區域74個城市的空氣質量超標天數中,以臭氧為首要污染物的天數最多,其次是大家熟悉的PM2.5。這是自去年5月份以來,臭氧連續第四個月取代PM2.5,成為空氣質量超標的“元凶”。

  “一般來說,臭氧濃度在發達國家是下降的,但是在發展中國家是上升的。而且,臭氧濃度在全球整體的背景下,總體趨勢也是上升的。”沈路表示。

  雖然在人們的理解中,臭氧是平流層中保護人們不受紫外線威脅的“護盾”,但是近地面臭氧卻是有害氣體。當濃度超過一定程度時,會對人體造成傷害。

  “未來幾十年內,全球氣候變化將可能會讓更多的夏季熱浪出現,這會導致美國一些地區臭氧事件增加70%~100%。由於中國現階段的污染比較嚴重,中國很可能面臨氣候變暖帶來的更嚴峻的挑戰,通過科學減排來控制空氣質量尤為重要。”沈路表示。

  其實,早在2012年,我國就修訂了《環境空氣質量標準》,並首次增設了PM2.5年均、日均濃度限值和臭氧8小時濃度限值,收嚴PM10和氮氧化物濃度限值等。

  歐盟相關各國也早在1979年簽署了長距離大氣污染公約,只為解決酸雨和近地面臭氧等大氣污染物跨界輸送導致的問題。1997年,歐盟還通過了一項酸雨防治戰略,旨在同時解決歐盟範圍內的酸沉降、富營養化以及近地面臭氧問題。2001年,歐盟委員會通過了《國家最高排放限值公約》,對二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機化合物等三類二次污染問題的前體物排放量做出了規定,以期解決臭氧相關問題。

  “提前知道臭氧濃度可以加大這個季節的減排力度,同時敏感人群注意觀察短時間尺度的空氣質量預報來安排自己的戶外活動,農業部門可以提前採取相應措施。”沈路同時表示,季節預測溫度降水還有很多沒有解決的問題,季節預測空氣污染只是剛剛開始,相信未來經改進後會達到更好的預測效果。

  (來源:中國科學報)
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