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发布时间:2020-06-19     字体大小:    小     中     大

美发布《平流层臭氧侵入例外事件指南》,对技术关键进行介绍,并形成一套相应的业务化运行机制

信息来源:中国环境报  作者:王鹏、冯相昭、王敏、赵梦雪、杜晓林

 

 

 

平流层臭氧侵入例外事件示意图——平流层高浓度臭氧在高空特定气象扰动的触发下,侵入自由对流层,进而在显著下沉气流的引导下,穿越逆温层扩散至近地面,造成臭氧监测浓度异常超标。王鹏制作

 

2012614日,在美国怀俄明州绿河上游BoulderBig Piney等地环境大气监测点位的臭氧浓度急剧升高到70ppbv(大气单位体积浓度比)以上,打破了同时期臭氧浓度的峰值记录,超过了美国环保局(EPA)规定的臭氧8小时浓度标准限值。然而,EPA却免除了对怀俄明州此次“超标”事件的惩罚。其缘由则要追溯到美国2007年发布并于2016年修订的《例外事件总则》中关于“平流层臭氧侵入例外事件”的相关条文。

 

“平流层臭氧侵入例外事件”属于自然事件

 

众所周知,平流层臭氧层对人类赖以生存的地球有重要的保护作用,它能够吸收和阻碍太阳光中对人体和动植物有害的紫外线,保护地球上的生物得以生存繁衍。平流层中上层臭氧浓度远高于对流层臭氧浓度,平流层底部的臭氧浓度也可达对流层浓度的10倍以上。平流层和对流层大气的物质时刻都在发生交换,在特定气象条件的触发下,中纬度地区平流层底部和对流层上层区域较易发生严重的对流层顶“折叠”现象。这一现象使得平流层臭氧侵入自由对流层,若再遇到显著的下沉气流,会进一步穿越逆温层扩散至近地面,造成近地面臭氧浓度短时间内快速上升,严重情况下可导致臭氧浓度超标。美国《例外事件总则》将此类事件定义为“平流层臭氧侵入例外事件”。

 

以怀俄明州2012614日的事件为例,研究证明美国西部高层大气扰动在事件发生前向对流层上层注入了富含臭氧的空气,并由怀俄明州西部向对流层低层传输,进而导致BoulderBig Piney最大8小时平均臭氧浓度分别达到76ppb77ppb。若排除这一事件的影响,臭氧8小时浓度监测值不会超过EPA规定的限值。

 

由此可见,“平流层臭氧侵入例外事件”属于自然事件。平流层臭氧侵入主要受大气环流动力、热力等影响,与近地面人为污染排放性质显然不同。

 

美国:如能证明臭氧侵入与浓度超标之间的因果关系,可酌情免除惩罚

 

“平流层臭氧侵入例外事件”影响美国大气环境政策实施与评价考核。平流层臭氧侵入经常使得个别地区(特别是美国西部高海拔地区)特定时间段(特别是光化学反应受抑制时段)臭氧浓度异常升高,超出限定标准。EPA认为,如果将这些数据用于空气质量评价,会产生不公平的监管决策,影响美国《清洁空气法》的实施。此外,“平流层臭氧侵入例外事件”不定期发生,且影响范围较大。如美国2017420日至422日发生的事件,导致怀俄明州、科罗拉多州和新墨西哥州的高海拔地区及乡村地区都出现了臭氧浓度超标现象。

 

根据《清洁空气法》、《例外事件总则》的相关规定,如果地方空气质量管理机构能够证明平流层臭氧侵入与臭氧浓度超标之间存在明显的因果关系,即数据超标是由于平流层臭氧侵入直接引起的,则可在空气质量系统中将这一事件发生期间相关监测点位超标数据进行标识并全部扣除,免除对地方例外“超标”的惩罚。需要指出的是,EPA对此类事件影响的扣除方法与我国已发布的《受沙尘天气过程影响城市空气质量评价补充规定》中类似的扣除基本一致。

 

“平流层臭氧侵入例外事件”的判定是开展相关监测数据扣除的基本前提,也是客观评价此类事件影响的关键所在。美国EPA2018年发布了《平流层臭氧侵入例外事件指南》(以下简称《指南》),针对此类事件判定的技术关键进行了详细的介绍,特别是如何识别平流层臭氧向自由对流层侵入及平流层臭氧传输至近地面的过程、如何量化平流层侵入对近地面臭氧浓度的影响。《指南》提供的技术方法可作为重要的支撑和借鉴,供地方开展“平流层臭氧侵入例外事件”的申请论证工作。从流程化实操的角度来看,美国也已经形成一套规范的业务化运行机制,便于EPA与地方空气质量管理机构合理高效地开展申请与审核工作。结合调研结果,美国已有完成认证和在认证过程中的相关典型案例,体现了“平流层臭氧侵入例外事件”管理的合理性和可行性。

 

我国:应开展回溯分析,提前研究相关技术规范要求

 

近年来我国大气臭氧污染呈加剧态势,已成为继PM2.5后困扰城市空气质量改善的另一重要污染物,更是制约“十三五”空气质量优良天数目标顺利实现的一项重要挑战。研究发现,类似平流层臭氧侵入过程在我国每年会不定期发生,且覆盖时段较广,全国各地空气质量普遍受到此类过程的直接影响和威胁。

 

南京大学研究人员基于观测结果和数值模拟发现2018427-28日我国东部发生了平流层臭氧严重侵入对流层事件,南京、杭州、嘉兴以及合肥市的大气环境监测点位臭氧监测值在这一时段超标,最大值超过140ppbv。数值模拟结果表明,平流层臭氧侵入对臭氧监测浓度的贡献超过15%。

 

浙江大学研究人员以杭州市在二十国集团领导人第十一次峰会(即G20峰会)期间(2016824-96日)臭氧污染过程为例,分析得到平流层臭氧侵入对臭氧浓度和超标天数的影响。G20峰会期间,中国东南部发生了平流层臭氧侵入事件,是导致杭州市这一时段臭氧浓度居高不下甚至超标的重要原因之一。因此,平流层臭氧向对流层的异常输送可能是我国部分地方特定时间点臭氧浓度超标的直接原因之一。

 

目前,我国完全具备展开全方位分析研究的技术基础,并且美国相关法则、《指南》以及我国沙尘暴天气扣除经验,能够为我国探索研究相关政策提供有力的支撑。

 

综上所述,一方面,建议组织力量深入开展平流层臭氧侵入事件的回溯分析,为强化我国的臭氧管控能力,储备大气环境管理政策工具提供技术支撑。目前,我国平流层臭氧侵入事件的发生和影响程度尚未全面掌握,可鼓励相关科研单位,针对此类事件开展深入研究分析,快速摸清我国平流层臭氧侵入事件的底数,识别其涉及范围、发生频次、年际变化以及对近地面臭氧浓度的影响程度。

 

另一方面,建议提前探索研究我国平流层臭氧侵入事件的判定技术规范要求。相关文献表明,我国已初步开展了有关平流层臭氧侵入事件的基础研究工作,不过研究的广度和深度还有待提升。此外,尽管我国已具备较好的气象与空气质量预报模式,监测手段和监测工具也相对成熟,但是目前还没有综合应用于平流层臭氧侵入事件的研究,急需开展技术集成和工具开发应用等方面的工作,为将来可能开展的相关臭氧管控工作提供技术储备。

 

作者单位:生态环境部环境与经济政策研究中心

 

 

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