京津冀地区nox与vocs协同减排的必要性及路径优化

“十三五”时期以来，我国的环境污染治理力度之大前所未有，大气环境质量明显改善。但是，大气污染防治形势仍然严峻。2020年，全国大气pm_2.5年均质量浓度是世界卫生组织准则值的6.6倍，仍有37.1%的城市pm_2.5浓度超过国家二级环境空气质量标准。o₃污染呈现持续升高态势，京津冀“2+26”城市的o₃日最大8小时浓度第90百分位数约为美国洛杉矶等污染较重城市的1.5倍—1.8倍，o₃已成为仅次于pm_2.5的影响空气质量的重要污染物。因此，pm_2.5和o₃协同控制已成为持续改善空气质量的关键。

优化nox与vocs协同减排路径的必要性

pm_2.5和o₃的生成具有共同来源，nox和vocs是两者共同的前体物，因此对pm_2.5和o₃的协同控制具备基本条件。nox和vocs在一定比例下通过大气光化学反应会产生o₃。如果nox和vocs控制比例不当可能导致o₃浓度的增加，还可能进一步影响二次颗粒物的生成。因此，只有优化nox与vocs协同减排路径，才能实现pm_2.5和o₃的协同治理。

优化nox和vocs减排策略，将长期浓度的持续降低与短期减少高浓度暴露的需求衔接起来，还能在减排期间带来显著的健康和生态收益。从长期来看，可以成本最小为目标，确定达标要求下nox和vocs减排的最优策略。但由于实现空气质量达标需要大量减少前体物排放，可能需要10年以上的时间，因此即使减排总量确定，不同的nox和vocs控制路径可以在减排期间产生不同的收益。由于当前o₃对vocs较为敏感，因此在vocs排放控制速度更快的情况下，能在整个nox控制期间内尽早额外降低pm_2.5和o₃浓度，减少pm_2.5和o₃对人群健康和生态系统带来的不利影响，从而产生额外的且高于vocs控制成本的健康和生态效益。

nox深度减排是实现京津冀地区pm_2.5和o₃达标的关键

近年观测数据表明，京津冀地区硝酸盐区域性污染十分突出，已经成为pm_2.5中最主要的二次无机组分，其浓度快速上升已成为pm_2.5爆发式增长的关键因素之一。nox是硝酸盐的前体物，因此控制pm_2.5污染需要对nox进行控制。o₃高污染时段出现在夏季，受夏季气象条件和较高的自然源vocs排放等因素的影响，nox的深度减排才能最终降低这一时段的o₃浓度。但需注意的是，由于非线性响应关系，从短期来看，nox的单一减排可能使得o₃浓度增加，因此，在制定近期的减排策略时，需要考虑如何协同控制vocs和nox。而当我们讨论达标要求下的减排需求时，nox的控制是必不可少的，它的深度减排对于持续降低pm_2.5浓度、减少o₃生成至关重要。

控制o₃污染在欧美发达国家也是一个难题，美国大洛杉矶地区（南海岸空气盆地）是全美最大的不达标区域。与北京的情况类似，洛杉矶也经常会出现逆温现象，导致当地污染物扩散不出去，nox与vocs在大气中相互作用形成更多o₃。鉴于当地地理与气候特点，南海岸空气质量管理局（scaqmd）考虑了三个o₃的控制策略（仅治理nox的策略、仅治理vocs的策略、nox—vocs均等策略），通过大量数据采集和建模分析，最终决定，把nox排放削减作为其o₃控制的主要策略，同时采取适当策略性的vocs减排。这一策略能缓解o₃在nox富集地区初期的增加，实现o₃浓度达标，并为pm_2.5等的治理带来协同效应。

京津冀地区需制定季节性的减排策略

不同季节，pm_2.5与o₃浓度的特征有较大差异，二者对前体物排放的响应也不同，因此污染治理需要各有侧重。在冬季，o₃化学处于vocs敏感区，nox减少会使o₃增加。但冬季o₃浓度本身较低，应侧重于对pm_2.5的控制。但如果只控制nox而不控制vocs，可能会增加大气氧化性并显著影响二次pm_2.5的形成，因此需要在当前冬季错峰生产措施的基础上进一步强化vocs控制。夏季，pm_2.5和o₃需协同控制。o₃对nox排放的敏感性增大，nox排放量的大幅减少对于o₃污染控制效果比vocs减排带来的效果更好。因此，需要在vocs强化措施的基础上进一步降低区域nox排放，促进降低o₃峰值浓度。

京津冀地区vocs和nox减排比例如何设置？

nox与vocs的相对大小是影响o₃化学的重要因素之一。减排比例的比值会受季节、控制区域范围大小等的影响。当仅城市单独减排时，vocs的减排要高于nox。但当区域联合控制时，o₃对nox的敏感性增加，控制范围越大，nox的减排带来的o₃控制效果越好。vocs/nox减排比例在一年内变化也较大，考虑区域联合控制，从冬至夏，京津冀各城市nox/vocs减排比例的比值中位数约从0.95（12月）降到0.02（7月）。当nox减排量超过36%—53%时，vocs减排效果将小于nox。

以北京为例，冷季（1月—2月、11月—2月）vocs/nox的减排比值约在0.68—0.87，主要是避免氧化性增强促进二次颗粒物生成。暖季（5月—9月）所需vocs/nox减排比值较低（约0.37，7月无须vocs控制可使浓度降低）。冷暖季相交的时段，vocs/nox比值约为0.44。这一时期，o₃浓度不高，但仍需注意nox控制的短期不利影响。

还需注意的是，随着减排的进行，需考虑污染物化学生成敏感性的变化调整协同控制策略。在冷季，当nox持续减排超过40%—51%时，其减排对于o₃的控制效果将高于vocs。在暖季，当nox持续减排超过近21%时，可进一步促进o₃对nox敏感性向正敏感性的转变，因此当减排进行到这一程度，就可以更加重视对nox排放的削减。