王金南院士团队ES&T刊文：提出以环境健康为导向的臭氧污染控制路径

2022-05-21 00:36

【导读】王金南院士团队在《Environmental Science & Technology》刊发的论文“Mitigating China’s ozone pollution with more balanced health benefits”，以O3相关的环境健康改善为导向，提出了中国在短期和中长期两个阶段NOx和人为源VOCs（AVOCs）的协同减排路径。

研究背景

尽管我国PM_2.5污染治理取得显著成绩，但O₃污染日益凸显，对人群健康产生较大影响。大量研究已表明，我国大部分城市的城区O₃生成多为VOCs控制型，而郊区等大范围的地区多为NO_x控制型，仅减排NO_x尽管可使区域性大范围的O₃浓度下降，但可能导致部分地区O₃浓度显著上升，从而产生不利的环境健康影响，进而引发环境健康不均衡问题。尽管如此，考虑到“双碳”目标驱动下的深度结构性调整、我国PM_2.5污染依然较重（硝酸盐占比大）、NO_x减排利于长期O₃根本性改善（VOCs受天然源排放影响，深度减排难度较大）等多重因素，预计NO_x的大幅度减排是不可避免的。因此，需要寻求优化的NO_x与AVOCs协同减排策略，以降低短期内部分地区O₃浓度增加造成的不利环境健康影响。

图1 研究思路与框架

研究结果

本研究设置了11个NO_x单项减排情景和121个“NO_x-AVOCs”交叉减排组合情景，利用WRF-CAMx空气质量模型、GBD健康影响评估与机器学习方法，研究了全国及重点区域的O₃浓度及相关过早死亡人数与“NO_x-VOCs”减排的量化响应关系，进一步以O₃相关的环境健康改善为导向，提出了中国在短期和中长期两个阶段NO_x和AVOCs的协同减排路径。

图2 全国及重点区域NO_x单项减排下的O₃浓度变化

图3 全国及重点区域NO_x-VOCs交叉减排下的O₃浓度变化

基于不同的NO_x单项减排情景，利用GBD健康影响评估方法分别计算了全国及重点区域在不同O₃生成控制区的相关过早死亡人数变化特征。结果表明，在VOCs控制区，短期内O₃暴露的相关过早死亡人数有所上升；但随着NO_x减排的持续深入，O₃暴露相关过早死亡人数将加速下降。

图4 NO_x单项减排带来的O₃相关过早死亡人数变化

利用二分类Logistic回归模型探讨地区GDP与O₃生成控制区的关系，结果表明，GDP水平越高，O₃生成更倾向于VOCs控制型，因而这些经济发达、人口密度大的地区公众健康更容易受到短期NO_x减排带来的负面影响。

图5 GDP与O₃暴露相关过早死亡回归关系

进一步利用GBD方法计算了121个“NO_x-VOCs”交叉减排矩阵情景下的O₃相关过早死亡人数。基于机器学习算法，综合考虑环境健康效益的短期均衡性与长期效率性，提出了两阶段的NO_x与AVOCs的协同减排路径。从整体环境健康效益来看，坚定不移地开展NO_x深度减排是必要的，同时在VOCs控制区（多为经济较发达地区）应加强VOCs减排力度。

图6 NO_x-VOCs交叉减排下的O₃相关过早死亡人数变化

政策应用

本研究量化并提出了以环境健康效益为导向的O₃前体物NO_x-VOCs协同减排路径，对于开展中国O₃污染防治工作具有一定指导意义，同时可为其它面临O₃污染和相关健康不均衡性问题的国家提供参考。

作者贡献

重点实验室薛文博研究员和王金南院士为论文通讯作者，刘泽源（博士研究生）和雷宇研究员为论文共同一作，其他作者包括：刘鑫助理研究员、姜越琪博士（清华大学）、史旭荣助理研究员、郑逸璇副研究员、张清宇研究员（浙江大学）。论文获取：Zeyuan Liu, Yu Lei, Wenbo Xue*, Xin Liu, Yueqi Jiang, Xurong Shi, Yixuan Zheng, Qingyu Zhang, Jinnan Wang**. Mitigating China’s ozone pollution with more balanced health benefits, Environmental Science & Technology. 2022. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c00114

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