根據(jù)中國氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，今年5月份全國高溫范圍為近50多年來最高記錄，高溫日數(shù)為次最高，總的來說今年的高溫天氣來的早，分布廣，而且根據(jù)50年數(shù)據(jù)來看，已經(jīng)基本形成了高溫越來越早的趨勢。這里既有人為排放溫室氣體促使全球變暖的大背景影響因素，也有自然本身因素。
高溫的危害是顯而易見的，據(jù)報(bào)道，截止5月中旬，浙江、江西、湖南等地出現(xiàn)了多個(gè)中暑和熱射病患者，這一方面體現(xiàn)了高溫之高，另一方面表現(xiàn)出高溫提前令人們準(zhǔn)備不足。
高溫?zé)崂说牧硪粋€(gè)危害就是臭氧（O3）污染。根據(jù)生態(tài)環(huán)保部門公布的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，去年5、6月份由于出現(xiàn)持續(xù)高溫，京津冀出現(xiàn)了較多的臭氧污染。今年5月期間，北京單站臭氧8小時(shí)滑動(dòng)平均最高值279微克每立方米，小時(shí)均值最高值337微克每立方米，且都已有多次超標(biāo)，有些站點(diǎn)甚至一個(gè)月有二分之一到三分之二的日數(shù)存在超標(biāo)，全國367個(gè)監(jiān)測臭氧的城市中共有252個(gè)城市出現(xiàn)八小時(shí)滑動(dòng)平均濃度超標(biāo)，超標(biāo)率為68.7%，2016年全國338地級及以上城市中，全年86%（288個(gè)）出現(xiàn)臭氧污染超標(biāo)現(xiàn)象，京津冀魯豫、長三角、珠三角和成渝地區(qū)為超標(biāo)較集中的區(qū)域。這些區(qū)域近十年處于逐年上升趨勢，且京津冀地區(qū)漲幅居前。
圖1：2018年5月全國367個(gè)臭氧監(jiān)測城市8小時(shí)滑動(dòng)平均超標(biāo)天數(shù)分布圖（數(shù)據(jù)來自生態(tài)環(huán)境部）
臭氧污染是怎么來的？
大氣層中的臭氧有90%分布在離地面20 km至50 km平流層高空，平流層臭氧生成是由來自太陽的紫外線，將一個(gè)氧氣分子分為兩個(gè)氧原子，然后每個(gè)氧原子和沒有分裂的氧氣分子合并生成三個(gè)氧原子組成的臭氧分子。臭氧分子不穩(wěn)定還會(huì)分解、又合并形成動(dòng)態(tài)平衡的臭氧層，臭氧對太陽輻射的紫外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此這層臭氧在高空保護(hù)地球生物免遭過量紫外線照射，是我們地球生物的保護(hù)傘（但有些敏感人群也會(huì)在坐飛機(jī)時(shí)感受到臭氧的刺激）。
但另外10%左右的臭氧存在于我們生活的對流層。在春季北半球會(huì)有一些來自平流層的臭氧向下輸送，但更多的對流層臭氧來自光化學(xué)反應(yīng)。這部分對流層臭氧既是造成全球變暖的溫室氣體又是損害地球生物的有害污染氣體。我們目前所說的臭氧污染主要是對流層內(nèi)的更貼近人類的近地層這部分有害的臭氧。
總的來說，人類活動(dòng)直接排放的近地層臭氧的量微不足道，一般來自生活使用的激光打印機(jī)，靜電式空氣凈化器，有些使用臭氧發(fā)生器的消毒裝置等，僅對附近的使用者會(huì)產(chǎn)生一定健康危害。不過近年來廣泛采用的，利用高壓靜電或稱為等離子體技術(shù)類的餐飲油煙過濾裝置、工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物減排裝置將會(huì)產(chǎn)生過量的局地臭氧排放。
大量的近地層臭氧來自人類活動(dòng)的間接排放。人類排放的工業(yè)廢氣及化石燃料的燃燒所排放的尾氣中含有大量氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物。這些物質(zhì)在特定的氣象條件下，如強(qiáng)烈日光、無風(fēng)或微風(fēng)時(shí)，經(jīng)過一系列光化學(xué)反應(yīng)生成了主要含臭氧、醛類以及多種過氧酰基硝酸酯的光化學(xué)污染物，其中臭氧含量占90％。
因此，就像細(xì)顆粒物（PM2.5）是霧霾污染最主要的污染物，臭氧是光化學(xué)污染的首要污染物，也稱為示蹤物，也就是說發(fā)生了臭氧超標(biāo)，表明還有其它的光化學(xué)污染產(chǎn)物伴隨產(chǎn)生，尤其是一些有機(jī)氣溶膠，這也是細(xì)顆粒物中的主要成分之一。簡單地說，對流層臭氧產(chǎn)生的三大主因?yàn)椋旱趸?，揮發(fā)性有機(jī)物和陽光。
臭氧有哪些危害？
高濃度臭氧對人體健康有較大影響，可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺功能和甲狀腺功能受損，組織缺氧、視力和視覺敏感度下降，引起胸悶咳嗽、咽喉腫痛及加重呼吸系統(tǒng)疾病惡化等危害。大量流行病學(xué)研究表明，長期吸入臭氧可增加哮喘、慢性阻塞性肺疾病發(fā)病率和死亡率增高。臭氧與其他空氣污染物，如細(xì)顆粒物、氮氧化物等共同作用對心血管系統(tǒng)的損害效果更加明顯。
臭氧很不穩(wěn)定，具有強(qiáng)氧化性，本身有害的同時(shí)在空氣中還會(huì)參與很多化學(xué)反應(yīng)，能與許多有機(jī)物和無機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，危害室內(nèi)外材料、裝飾涂料和文物等，同時(shí)這些反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生二次污染，二次污染物中都包含大量醛類化合物，因此二次污染物的刺激性更強(qiáng)，對人體和材料危害更嚴(yán)重。
隨著室外大氣臭氧超標(biāo)，開窗換氣或通風(fēng)設(shè)施主動(dòng)通風(fēng)，都會(huì)將臭氧傳入室內(nèi)，由于室內(nèi)墻面，家具，生活、辦公用品等的構(gòu)成的表面較多，臭氧在室內(nèi)一般壽命很短，如果沒有持續(xù)的來源，幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)就會(huì)基本自行反應(yīng)掉，但如果有持續(xù)的外界來源，將導(dǎo)致室內(nèi)的臭氧持續(xù)超標(biāo)，更復(fù)雜和有害的問題是在室內(nèi)環(huán)境中存在某些揮發(fā)性有機(jī)物能夠與臭氧迅速反應(yīng)，研究表明，有些室內(nèi)甲醛就是臭氧與大多數(shù)室內(nèi)不飽和碳?xì)浠衔锓磻?yīng)的主要產(chǎn)物，這些反應(yīng)物還包括丙醛、己醛、丙酸和己酸，以及少量的乙醛，戊醛和壬醛等。
圖2臭氧的危害（引用自：近地臭氧有何危害、如何應(yīng)對？來源：《科技生活》周刊
https://www.cdstm.cn/gallery/kjzd/201707/t20170725_536795.html）
如何進(jìn)行臭氧污染的防護(hù)？
在陽光強(qiáng)烈的夏季，我們應(yīng)該更多關(guān)注來自環(huán)保部門公布的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)臭氧超標(biāo)的時(shí)候注意個(gè)人防護(hù)。由于臭氧本身化學(xué)活性強(qiáng)，和大多數(shù)表面都會(huì)發(fā)生分解、氧化反應(yīng)，只是分解速率取決于溫度，濕度，接觸材料和停留時(shí)間，因此在室外臭氧超標(biāo)時(shí)，可以減少室外通風(fēng)并開啟空氣凈化器，空氣凈化器能增加臭氧與各種表面接觸的次數(shù)與時(shí)間，尤其是目前很多凈化器裝有活性炭濾網(wǎng)，降低臭氧濃度的效率更高，但也要注意有些高壓靜電式凈化器本身就會(huì)釋放臭氧，應(yīng)確保其具備臭氧過濾網(wǎng)，且不會(huì)在數(shù)小時(shí)使用過程中被飽和穿透。
由于即便是防護(hù)細(xì)顆粒物的口罩也不是靠更小孔徑截留顆粒物，而是靠加駐了靜電的纖維網(wǎng)通過電極吸附原理去除的，那么自然對臭氧分子也有一定吸附作用和表面分解作用，當(dāng)然比表面積更大的活性炭材料具有更高的效率，也就是說對于敏感人群，在臭氧超標(biāo)的室外活動(dòng)佩戴口罩是有效的，只是不同的材質(zhì)，器型配合等導(dǎo)致效率不同。
如何進(jìn)行臭氧污染治理？
近地層臭氧污染問題也是世界性的難題，在著名的化學(xué)煙霧事件曾經(jīng)爆發(fā)的洛杉磯，這些年來依然處于美國臭氧濃度排行榜前列。
據(jù)當(dāng)?shù)匮芯勘砻鳎迳即壘用裼捎陂L期呼吸具有臭氧污染的空氣，預(yù)計(jì)2011年有100萬成年人和30萬兒童患哮喘病，造成約高達(dá)26億美元的經(jīng)濟(jì)損失。臭氧污染也是歐盟成員國最主要的空氣污染問題。
據(jù)報(bào)道，因臭氧污染問題，歐盟居民人均壽命減少了8個(gè)月，歐盟每年因臭氧污染問題死亡人數(shù)超過2000例，有60％的人在臭氧濃度超標(biāo)的環(huán)境中暴露過。歐盟監(jiān)測臭氧的國家中污染主要集中在法國、意大利、葡萄牙和西班牙，該區(qū)域臭氧污染水平高與該地區(qū)夏季高溫?zé)崂伺c機(jī)動(dòng)車排放有直接關(guān)系。全球熱點(diǎn)地區(qū)人口與經(jīng)濟(jì)、消費(fèi)持續(xù)增長，更多的能源消耗就要排放更多臭氧前體物，臭氧污染會(huì)不斷加劇。
美國奧巴馬政府曾為了保護(hù)經(jīng)濟(jì)增長寬松了臭氧濃度的限制標(biāo)準(zhǔn)，但歐美發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)仍比我國現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。相比于歐盟的臭氧最大8小時(shí)平均值120微克/立方米、世界衛(wèi)生組織（WHO）最大8小時(shí)平均值100微克/立方米的標(biāo)準(zhǔn)，我國為160微克/立方米。
近地層臭氧在我國各大城市一般存在明顯的季節(jié)變化和日變化形態(tài)，即夏秋季出現(xiàn)峰值，但有些地區(qū)入夏后降水增多，就表現(xiàn)為夏中期間有谷值，初夏和秋季雙峰形形態(tài)，日變化一般都是較為規(guī)律的正弦波形態(tài)，午后出現(xiàn)峰值，但遠(yuǎn)郊區(qū)因?yàn)閭鬏?、污染源分布以及邊界層變化原因也?huì)出現(xiàn)峰值拖尾甚至雙峰形態(tài)。
因?yàn)槌粞跏情g接產(chǎn)物，治理只能是減少它的原料，其難處在于我們目前的大氣環(huán)境處于一種大氣中臭氧的產(chǎn)生原料非常充足且源源不斷，只要?dú)庀髼l件合適，馬上就達(dá)到污染狀態(tài)，近期北方地區(qū)普遍的臭氧污染就是高溫提前到來，滿足了高濃度臭氧的產(chǎn)生條件。又因?yàn)槌粞鯙榉蔷€性反應(yīng)的產(chǎn)物，因此原料減排并不直接對應(yīng)污染物濃度降低，有時(shí)反而減排導(dǎo)致污染物濃度上升。
臭氧的原料，如前述為氮氧化物與揮發(fā)性有機(jī)物，也稱為前體物，這兩項(xiàng)前體物來源十分廣泛，城市中的氮氧化物主要來自機(jī)動(dòng)車尾氣、化石燃料燃燒，工業(yè)生產(chǎn)過程。揮發(fā)性有機(jī)物來源主要有汽車噴涂、印刷廠油墨揮發(fā)、加油站油氣揮發(fā)、化工廠煉油過程油氣揮發(fā)、溶劑使用等等。除了人為源，氮氧化物有來自土壤生態(tài)系統(tǒng)的自然源，揮發(fā)性有機(jī)物有來自森林植被等的自然源。
“大氣十條”實(shí)施以來，全國氮氧化物減排量達(dá)到569萬噸，但揮發(fā)性有機(jī)物污染防治仍處于起步階段，存在排放基數(shù)不清、治理措施不利、監(jiān)測能力不足、標(biāo)準(zhǔn)缺失以及法規(guī)滯后等問題，目前全國的揮發(fā)性有機(jī)物排放量依然呈增長趨勢。尤其是目前對于氮氧化物的人為源減排較多，但揮發(fā)性有機(jī)物人為源減排較少、其自然源減排尚無涉及，這恰恰形成了臭氧更易生成的配比，導(dǎo)致臭氧濃度增高。因?yàn)槌粞跎闪亢蜕伤俾什粌H與氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)化合物的濃度有關(guān)，還與其配比值有很強(qiáng)的非線性關(guān)系。在低氮氧化物條件下，即氮氧化物控制區(qū)，臭氧濃度隨氮氧化物的增加而增加，而揮發(fā)性有機(jī)物濃度改變對臭氧影響不大；在高氮氧化物條件下即揮發(fā)性有機(jī)物控制區(qū)，氮氧化物的降低會(huì)引起臭氧濃度的上升，揮發(fā)性有機(jī)物的增加會(huì)使臭氧濃度升高，目前我國大部分地區(qū)處于揮發(fā)性有機(jī)物控制區(qū)。
當(dāng)前我國揮發(fā)性有機(jī)物治理水平和技術(shù)還不太成熟，表現(xiàn)為減排效率高的燃燒類設(shè)施成本很高，稍有不慎還會(huì)增加氮氧化物排放；成本較低的方法裝置往往效率很低，甚至還會(huì)直接排放臭氧，如前所述的高壓用電式裝置。要有所側(cè)重，研究表明揮發(fā)性有機(jī)物里的烯烴和芳香烴是對臭氧生成更加有活性和關(guān)鍵的種類，因此要針對高活性的揮發(fā)性有機(jī)物應(yīng)該優(yōu)先進(jìn)行減排，優(yōu)先研發(fā)、選用減排效率高且無二次污染物的技術(shù)方法。
圖3人工高壓用電裝置產(chǎn)生臭氧原理（圖片來源：http://www.11ozone.com/jishuwenxian/7.html）
還需要提醒大家，研究結(jié)果表明，即便是不超空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的少量的臭氧對人體健康依然存在潛在的危害。尤其是對于每天在室外工作數(shù)小時(shí)的人群來說，即使臭氧濃度低于較嚴(yán)格的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)對肺功能造成負(fù)面影響。因此在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件允許的情況下，盡可能降低空氣中的臭氧濃度應(yīng)該是我們追求的大氣環(huán)境優(yōu)化目標(biāo)。
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出品：科普中國
制作：中國科學(xué)院大氣物理研究所孫揚(yáng)
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