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建立光化學評估監測網絡應對臭氧污染

   日期:2019-07-09     來源:中國環境報    瀏覽:2340    評論:0    
20世紀五六十年代,美國城市深受空氣污染困擾,為此,政府推動建立了一系列大氣污染防治法律。其中,最為著名的是七十年代頒布的《清潔空氣法案》,成為世界各國制定大氣污染防治法律的重要參考。

隨著美國大氣污染治理不斷推進,《清潔空氣法案》進行了多次的修訂。鑒于美國城市的臭氧污染一直得不到有效控制,《清潔空氣法案1990修正案》專門針對臭氧污染提出了監管要求。根據當時的1小時近地面臭氧濃度標準,各地被劃分為嚴重、非常嚴重和極端嚴重3個等級。《1990修正案》要求這些地區必須加強對臭氧和臭氧前體物的監測。其中,最為重要的監測措施之一就是建立光化學評估監測網絡(簡稱PAMS)。在接下來的近30年中,PAMS項目在美國治理臭氧污染上發揮了重要作用,也為其他同樣面臨臭氧污染的國家和地區提供了治理思路。

臭氧是一種復雜的大氣二次污染物,它由如氮氧化物(NOX)和揮發性有機物(VOCs)這樣的污染物通過光化學反應生成,了解臭氧的生成機理對制定精準的措施尤為關鍵。PAMS就是針對這一目的產生的。區別于傳統的空氣質量監測站,PAMS項目新增了大量有價值的環境空氣監測數據,尤其是臭氧前體物,包括NOX和50多種VOCs。一些具有高活性的VOCs和氣象參數也是PAMS項目的監測指標。一些城市可以根據自身情況,靈活增加監測內容。通過PAMS監測,可以更好地了解大氣中臭氧是如何形成的,為減少臭氧污染提供決策建議。

美國PAMS項目始于20世紀90年代中期。最初,那些近地面臭氧1小時平均濃度超過160ppb、達到嚴重污染級別的地區,必須按要求開展PAMS監測。到1997年,美國國家環境空氣質量標準(NAAQS)首次設定了臭氧8小時平均濃度限值為 84 ppb。2008年,這一限值降至75 ppb,2015年又再次修訂下降到了70 ppb。隨著美國臭氧標準的不斷加嚴,PAMS項目也進行了調整。

在監測指標方面,當前的PAMS項目要求全部符合要求的地區都要對臭氧、NOX、VOCs、地面氣象等參數進行監測。在監測區域方面,當前的PAMS項目要求對人口在100萬以上且包含臭氧未達標區域的城市都要開展PAMS監測。如果某一地區的8小時臭氧濃度水平為中等、嚴重、很嚴重或極端嚴重級別的其中之一,則需要制定“強化監測計劃”。“強化監測計劃”必須增加臭氧、臭氧前體物和氣象數據的監測,以幫助城市實現臭氧達標。根據法規要求,在2019年10月1日之前,城市應當將“強化監測計劃”提交到美國環保局,由美國環保局審閱批準后實施。

PAMS項目有完整的質量管理機制。城市需要在年度監測計劃中寫明PAMS的監測計劃和方案,并提交至美國環保局。經美國環保局審核、批準,才可以實施。此外,美國環保局每年都會對PAMS項目進行評估。PAMS監測需要符合國家質量保證項目計劃,目前,美國環保局正在編制國家層面針對PAMS項目的國家質量保證項目計劃模板,以進一步確保PAMS項目的質量。

為了幫助各地更好地開展PAMS項目,美國環保局也著手制定了PAMS技術指南,預計將于2019年底發布。這一指南也將為地方實施監測提供更細致的指導。

美國PAMS項目的監測數據對公眾、國家及地方政府和學術機構都是開放的。這些數據對于了解近地面臭氧濃度的變化趨勢和NOX、VOCs濃度之間的關系非常有用。此外,這些數據也有助于評估不同臭氧前體物控制措施對臭氧的控制效果,從而甄別最有效的治理措施,以幫助城市實現臭氧達標。

PAMS監測數據的用途多種多樣。首先,PAMS項目可以提供長期臭氧監測數據,幫助人們了解城市周邊地區的臭氧濃度變化。其次,PAMS的數據可用于解釋臭氧濃度變化與NOX和VOCs濃度變化之間的關系,提供有關VOC活性的信息,從而了解大氣中臭氧的生成機理。如果監測點二者的濃度比VOCs/NOX<4,則此監測點被認為位于“VOCs敏感區”;如果監測點VOCs/NOX>15,則此監測點被認為位于“NOX敏感區”;如果VOCs/NOX的比例在5-15之間,則此監測點位于“過渡區”。針對不同類型的站點,決策者可以采取針對性的措施。PAMS提供的氣象條件數據,如氣溫、太陽輻射、風速、降水量等,也可以幫助評估氣象條件對臭氧形成的影響。

自20世紀90年代以來,在PAMS項目的數據支撐之下,美國已經對VOCs和NOX實施了一系列管控措施,并取得了顯著的效果。以美國德克薩斯州休斯頓市為例,在1986至2015年間,這一城市的年均8小時臭氧濃度下降了32%。下一步,美國計劃通過“強化監測計劃”,進一步發揮監測在科學治理臭氧中的作用,幫助美國大氣科學家和城市管理者制定更為精準有效的治理策略。 
 

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