中國「封城令」下工業停頓 為何地面臭氧污染仍飆升?污染源起謎團漸解

最新刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》的研究指,中國因應武漢肺炎(COVID-19)疫情實施「封城令」下工業停頓,燃燒化石燃料排放的氮氧化物 (nitrogen oxides, NOx) 下降,惟臭氧污染卻未有減少。相關情況意外地協助科研團隊了解,有超過 3 億人口的華北地區,臭氧污染季近年為何由夏季延長至冬末初春。

2020 年初,全中國嚴格執行「封城令」,阻止 COVID-19 蔓延,多地日常生活陷入停頓。當時,中國北部的運輸和工業污染排放量直線下降,氮氧化物更曾下降 60–70% 。雖然 NOx 是臭氧一部份,但北京和北部平原的地面臭氧污染,在此期間仍繼續飆升。

事實上,該地區近年不時出現嚴重臭氧污染,大多數污染事件都發生在夏季,直至 5 年前才出現變化,臭氧污染季節延長,由冬末至初春也會發生。

臭氧是通過一系列化學反應形成,並從揮發性有機化合物(VOC)的氧化開始。該反應會形成自由基(free radical),推動 NOx 和 VOC 之間的反應,在陽光照射下產生臭氧。多種人類活動可產生 VOC,例如工廠、發電廠運行的排放。 2018 年《紐約時報》與獨立調查員曾在華北發現,當地有大量山寨廠無視國際條約,繼續製造被禁的 VOC 一氟三氯甲烷(CFC-11)。

NOx、VOC 排放減 臭氧污染仍嚴重

是次研究中,哈佛與南京信息科技大學的團隊發現, NOx 在冬季起著類似作用,可清除自由基並防止它們形成臭氧。隨著空氣 NOx 含量降低,不論是在封城狀態下突然發生,還是在空氣污染管制下逐漸發生 ,同一時間華北 VOC 排放亦有所下降,但仍維持在高水平,導致更多自由基可形成。

哈佛大學化學和環境工程系教授 Daniel J. Jacob 形容,是次發現來自「非自願實驗」,團隊認為 COVID-19 的封城經驗,有助解釋中國冬末和初春臭氧污染加劇的趨勢。研究團隊又強調,需要更了解 VOCs 的來源和種類,並規範其排放,可在公共衛生、農業生產等方面獲得重大益處。

在此前的研究中,同一團隊已發現,在夏季空氣,懸浮粒子如 PM2.5 像海綿一樣吸收自由基,從而阻止臭氧污染的產生,而中國政府制定的降低 PM2.5 空氣污染政策,也被發現在大城市中增加地面臭氧污染。

來源:
Phys.org, COVID-19 lockdown highlights ozone chemistry in China, 1 March 2021

報告:
Li, K., Jacob, D.J., Liao, H. & et al. (2021). Ozone pollution in the North China Plain spreading into the late-winter haze season. PNAS March 9, 2021 118 (10) e2015797118. doi: 10.1073/pnas.2015797118

文/Alan Chiu

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