消除蓝天下的隐形污染 - 攻克臭氧难题的国际经验

关于亚洲清洁空气中心 亚洲清洁空气中心（CleanAirAsia，简称CAA）是一家国际非营利性组织，致力于改善亚洲区域空气质量，打造健康宜居的城市。CAA成立于2001年，是联合国认可的合作伙伴机构。 CAA总部位于菲律宾马尼拉，在中国北京和印度德里设有办公室。CAA拥有来自全球的261个合作伙伴，并建立了六个国家网络——印度尼西亚、马来西亚、尼泊尔、菲律宾、斯里兰卡和越南。 CAA自2002年起在中国开展工作，专注于空气质量管理、绿色交通和能源转型。2018年3月12日，CAA获得北京市公安局颁发的《境外非政府组织代表机构登记证书》，在北京设立亚洲清洁空气中心（菲律宾）北京代表处。CAA接受公安部及业务主管单位生态环境部的指导，在全国范围内开展大气治理领域的能力建设、研究和宣传教育工作。 报告团队 审稿人 付璐北京代表处首席代表 撰稿人 张伟豪高级环境研究员 万薇空气质量项目主任 致谢 贺克斌清华大学环境学院教授、中国工程院院士 朱彤北京大学环境科学与工程学院教授、中国科学院院士 张世秋北京大学环境科学与工程学院教授 伏晴艳上海市环境监测中心副主任教授级高工谭钦文成都市环境保护科学研究院教授级高工李云婷北京市生态环境监测中心大气室主任高工 薛文博生态环境部环境规划院空气质量模拟与系统分析中心主任研究员 陆克定北京大学环境科学与工程学院教授袁自冰华南理工大学环境与能源学院教授张宏亮复旦大学环境科学与工程系教授 胡建林南京信息工程大学环境科学与工程学院教授 薛涛北京大学医学部公共卫生学院助理教授 目录 CONTENTS 执行摘要3 背景8 1.目标制定、监测评估与达标管理10 1.1臭氧治理目标的制定11中国尚未形成针对臭氧污染控制的国家层面约束性目标11美国以达标为核心目标，根据超标程度设置不同达标期限11欧盟基于目标值对超标次数做出限制，并规定实现期限12 1.2臭氧监测和评估13中国臭氧及其前体物监测快速起步13美国开展污染物差别化监测，臭氧为重中之重14 欧盟根据污染水平变化动态调整监测站点，达标地区可结合模型评估16 处理影响达标判定的外部因素17 1.3限期达标管理与规划编制21划定达标区和非达标区21制定以达标为核心的SIP22根据不同超标级别制定差异化SIP要求23美国非达标区SIP与我国限期达标规划的对比23 1.4小结与建议25 1977年首次审议标准：折衷各方意见修订标准限值48 后续的臭氧标准审议：因不确定性未纳入成本效益分析49 3.4科研支撑与政策转化的滞后性51 3.5小结与建议52 2.区域管理制度与前体物协同减排26 2.1臭氧污染的区域传输影响导致控制措施“失效”27 2.2臭氧污染的区域管理机制和减排项目26立法规定“睦邻”条款，限制上风向州的排放影响28行政制度变革，基于臭氧传输区域建立跨州管理机构28设定区域排放总量控制目标，允许排放配额交易29 2.3排放总量上限的设置和减排目标分解34基于历史数据与模型计算确定排放上限34基于历史热输入值确定排放配额34 2.4NOx与VOCs协同减排36 扩展专栏：美国-加拿大跨国区域协作37 2.5小结和建议38 3.科研支撑与政策转化39 3.1臭氧生成机理研究改变前体物控制策略40以VOCs减排为重点的初期臭氧污染控制策略失效40基于立法开展国家层面臭氧污染及控制策略研究41EPA和地方合作开展大型研究项目42 3.2臭氧及前体物传输特性的发现催生区域协同减排44臭氧区域传输的科研历程44睦邻条款促成臭氧污染管控的区域协同45区域合作减排项目46 3.3对健康影响的研究持续推动臭氧标准的加严47 1970年标准初设阶段：科学研究的较大不确定性给标准带来争议48 执行摘要 执行摘要 -3- 中国自2013年开始大力推进大气污染防治工作并取得显著成效，PM2.5等主要大气污染物浓度整体下降，然而臭氧污染问题却不断凸显。如何在“十四五”期间设置和达成臭氧控制目标，并实现长期持续改善，尚未完全定论。进一步遏制臭氧污染需要深入夯实科学基础和创新管理机制。分析中国现状和需求，并总结国际上可借鉴的先进经验，对于中国攻克臭氧污染这一难题，促进城市空气质量全面改进并实现达标尤为重要。 进一步明确臭氧治理目标，将臭氧污染高峰季作为管控重点 2013年以来，《大气污染防治行动计划》和城市的行动计划、达标规划都是以颗粒物浓度下降和优良天数为目标，未将臭氧浓度作为硬性约束指标进行控制。但随着臭氧超标天数不断增加，直接影响到优良天数的达标率，臭氧问题受到更多城市重视并逐步形成“软约束”。迈入“十四五”，如何制定臭氧控制目标一直悬而未决，一方面的观点认为应当设置浓度约束性指标并通过考核等方式强势推动；同时也有担忧的声音存在，从管理视角指出臭氧浓度目标的分解和考核在实施过程中难度更大。此外，在臭氧超标城市范围持续扩大的趋势下，如何促进超标城市尽快达标，同时督促已达标城市维持乃至改善当前空气质量水平也是当前面临的重大挑战。应该指出，上述难题和挑战并非我国独有，欧美和日本等发达国家和地区在长达半个世纪的臭氧污染治理历程中积累了大量经验教训，值得我国借鉴参考。 1971年，美国针对光化学污染首次制定光 化学氧化物（Ox）的1小时平均标准，其后于1979年、1997年、2008年和2015年对臭氧相关标准指标进行了修订，并始终将达到臭氧标准作为空气质量管理的核心目标之一。美国的现行臭氧标准为“每年的日最大8小时第四高值的三年平均不超过0.07ppm（约为137.4μg/m3）”，每年的日最大8小时第四高值的三年平均这种数据统计形式也称为臭氧的设计值 （designvalue）。美国环保局（EPA）要求标准修订后的一年之内基于设计值划定达标区和非达标区，各州需根据划定结果在规定期限内制定各自的州实施计划（SIP），表明如何采取措施实现达标或维持达标。臭氧的非达标区按照超标程度分为五个等级，并根据超标程度设置3-20年不等的差别化的达标期限。针对超标严重的地 区，在达标时间上给予宽限，但在减排目标和措施上的要求则更为严格。 欧盟在2008年颁布的《环境空气质量和清洁空气指令》（《指令》）中要求成员国需分阶段实现臭氧目标值和长期目标，并对目标值设定了达标期限： ●目标值：连续三年中，平均每年中日最大8小时平均浓度值超过120μg/m3的次数不超过25次，需要在2010年1月1日前实现； ●长期目标：一年中的日最大8小时平均浓度值不超过120μg/m3。 欧盟《指令》要求成员国需要先采取一切必要措施实现臭氧的目标值，再制定并实施成本有效的措施来实现长期目标。对于已经达标的国家和地区，即使在污染跨界传输和气象条件不利的情况下，成员国也应维持目标水平，并通过适当的措施实现更好的空气质量。 世界卫生组织（WHO）发布了最新修订的 《全球空气质量指导值（2021）》，基于长期臭氧浓度与总死亡率和呼吸道死亡率之间关联的健康影响证据，增设了臭氧浓度高峰季平均值，为60μg/m3。该指导值也为各国设置臭氧污染控制的目标提供了重要参考方向，也即在减少短期暴露水平的同时也应针对性降低臭氧污染高峰季的长期暴露水平。 我国在PM2.5控制方面取得的显著成效以及欧美空气污染治理经验都表明，确定明确的目标是治理成功最关键的第一步。尽管我国国家层面尚没有明确的臭氧治理目标，但不少城市已经提出了具体的臭氧控制目标。截止2021年10月， 我国有23个城市发布了臭氧高峰季专项行动方案， 其中11个城市提出了臭氧超标天数下降的目标， 9个城市提出了臭氧浓度下降的目标。可以说，大气污染治理“目标先行”的意识在地方层面已萌发。 “十四五”期间，建议生态环境部进一步明确臭氧治理目标，在污染形势较为严峻的重点区域设置臭氧高峰季区域浓度下降目标，并针对超 标城市设置超标天数限制和达标期限，以此对重点区域和超标城市形成强有力约束和对臭氧治理的长期战略预期。在中长期形成以达标为核心的空气质量管理体系，为更多城市提供污染治理的压力、动力和长期污染防治战略信号。 变革管理制度，切实促成区域协同 我国的臭氧污染具有显著的区域复合性特征，大气污染防治重点区域京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原、珠三角地区的臭氧年评价浓度（日最大8小时滑动平均浓度值的第90百分位数）均高于全国平均水平。但重点区域城市或难以复制PM2.5控制的成功经验，仅凭自身努力达到理想成效。这是因为臭氧及其前体物在区域内城市和区域之间存在相互输送与影响，并且复杂的光化学链式反应机制下前体物NOx和VOCs减排比例的“失衡”也会造成臭氧浓度不降反升。 重点区域目前在臭氧前体物排放管控方面走在全国前列，并尝试探索区域协作治理臭氧污染的机制，但主要以签署协议、举办联席会议、协商、联合执法等较为松散的形式开展，本质上没能突破属地管理的行政藩篱。在减排目标制定时各省市仍基于国家层面要求自行决策，尚未形成真正的区域协同管理和前体物协同减排机制，这一难题在“十四五”期间亟待攻关并获得突破。 美国在臭氧污染控制的历程中同样走过弯路，但最终通过区域协作扭转局面，取得了显著的改善成效。上世纪70年代初EPA和美国《环境空气质量标准》（NAAQS）同步诞生，其后20年实施了诸多重大治理项目和污染控制计划，取得了一定的空气质量改善效果，但在很多地区臭氧治理的进展却很缓慢，令决策者、公众及相关行业部门均感到失望和费解。美国国家科学院的权威评估报告《城市和区域空气污染中臭氧问题的反思》甚至总结认为，1970-1989年之间美 国臭氧污染控制相关的努力基本上都以失败告终。主要原因有：其一，没有对前体物VOCs和NOx的控制计划进行可靠的预评估造成方向性失误；其二，区域传输影响使得处于下风向地区无法通过自身努力遏制臭氧污染。 1990年，美国对《清洁空气法案》（简称《法案》）进行修订，对解决污染物的区域传输问题做出了一般性规定和专门针对臭氧的具体规定，被称为“睦邻”条款。相关条款要求上风向州有责任保证自身排放的污染物不影响下风向州实现达标，并需体现在本州SIP的措施及评估证据中；受到影响的下风向州有权利向EPA提出申请对上风向州做出干预，制止其对下风向州空气质量达标的不利影响。 《法案》还划定臭氧传输区域（OTR），覆盖臭氧污染严重的东北部11个州和华盛顿特区，并授权建立了管理机构—臭氧传输委员会（OTC），由各州代表以及EPA成员共同组成。OTC的建立从根本性改变了过去各州治理臭氧各自为政的局面，形成了以州为主导，联邦政府和各州共同议事和协调的区域性合作机制。该机构基于科学评估的结果制定区域性减排计划，改变前20年以VOCs控制为主导的臭氧治理策略，非常重视区域传输影响大的高架源NOx排放控制，在臭氧污染高峰季实施总量控制与排放配额交易项目，共同完成区域在臭氧季的整体排放上限要求。区域管理制度的建立和实施“科学配比”的减排措施使得美国臭氧治理驶入正轨，并在过去30年实现了臭氧污染持续改善。 我国的臭氧的生成与传输机制、前体污染物排放特征与美国存在显著差异，因此不能照搬其减排策略，但其在区域管理制度变革方面的很多经验仍值得参考。建议我国通过立法进一步明确对污染的区域传输影响的责任和义务，要求各地的大气污染行动防治规划、措施和重大建设项目除应保障自身空气质量达标外，还需通过足够的减排等努力，消除对周边地区达标的影响。同时， 建议由生态环境部统筹，基于臭氧污染传输通道和影响识别，划定臭氧区域协同控制区并建立相应的可以落地的跨行政区域的管理机制，协调臭氧控制区在臭氧成因与控制研究、减排任务目标、前体物控制举措等方面的协作。协同控制区的管理机构可针对区域影响显著的排放源，在臭氧污染高峰季节实施区域总量控制计划，并允许地方和企业灵活选择减排措施和技术。 夯实科研支撑，审慎选择控制策略 我国大气污染防治政策在很长一段时间缺乏对多污染物协同控制的重视，目标和重点往往只放在最严