为什么全球变暖会导致空气污染？

　　过去的这个夏天，无论中国还是中国以外的很多国家，都受到了高温热浪的侵袭，很多地方还创下了有气象记录以来的高温的极值。最近，世界气象组织发布了《2022年空气质量与气候公报》，称本世纪热浪频率、强度和持续时间将继续增加。同时，气象组织秘书长彼得里·塔拉斯表示：＂随着全球变暖，即使在低排放情况下，预计野火及相关空气污染也会增加。空气污染物从大气沉降到地表，不但会影响人类健康，还会影响生态系统……这种现象被称作‘气候惩罚’＂。
　　本期我们即将关注：1、为什么天气变热会导致空气质量下降？2、除了山火燃烧导致的空气污染，还有哪些排放物会加剧空气污染？3、热浪会降低空气的自净化能力或者一些污染物在自然条件下的排除能力吗？4、我们该如何继续改善空气质量？5、臭氧对身体的伤害及预防6、如何应对气候变化带来的空气污染？
　　为我们带来解读的是中科院大气物理研究所的副研究员魏科。
　　一、全球变暖、极端天气与空气污染
　　全球温度升高，会让山火燃烧更为频繁，强度可能会变得更强，燃烧的面积更大，继而加剧空气污染。同时，化石燃料燃烧所排放的温室气体，农业生产特别是畜牧业所排放的甲烷、氨气，以及晴朗的高温天气所产生的臭氧，都会给空气质量带来严峻的挑战。而且高温天气风速降低，也会降低空气的自净化能力。
　　【问】报告当中说天气变热会导致空气质量下降，原因是什么？
　　【答】这些年世界气象组织除了关心气候变化，同时也关心大气空气质量这一非常重要的领域，所以他们最近两年每年都会发布世界气象组织《空气质量和气候公报》，今年是第二期。
　　今年世界气象组织主要关注的是山火燃烧的问题，高温越严重，越容易导致山火发生。比如说今年西欧非常热，高温触发法国、西班牙和葡萄牙等国连发多起山火，所以那段时间整个欧洲给人的感觉就是火警无处不在。而且今年我国重庆在高温期间也发生了山火，这就是全球温度升高带来的一种效应，会让山火燃烧更为频繁，强度可能会变得更强，燃烧的面积更大，所以世界气象组织就指出：气候增暖会带来山火燃烧，继而加剧空气污染。
　　西欧多地发生火灾的危险性＂极高＂（紫色） 图源 欧洲森林火灾信息系统（EFFIS）
　　重庆山火现场 图源 中国新闻周刊
　　此前联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告也指出，在温室气体高排放的情况下，到本世纪末，灾难性野火事件的概率可能增加40%-60%；即使在低排放情况下也可能增加30%-50%。所以气温升高会带来非常严重的空气污染问题，尤其是山火燃烧地区。
　　比如2019-2020年时澳大利亚爆发的山火，持续了将近9个月。在2020年1月1号，全球污染最严重的城市就是在澳大利亚的墨尔本，PM2.5数值接近1000微克/立方米。这是非常严重的污染，是由于山火燃烧导致的，如果全球变暖持续，那么未来这样的污染事件会越来越多。
　　【问】也就是说关注空气污染，要关注的源头是山火，也就是树木燃烧排放到空气当中的污染物。那么除了高温致使山火燃烧导致的空气污染，还有哪些排放会加剧空气污染？
　　【答】首先，全球变暖是由温室气体过量排放导致的。温室气体的过量排放来自烧煤炭、烧油、烧天然气。特别是烧煤，它不光产生二氧化碳，还产生氮氧化物、一氧化碳等污染物，一氧化氮在阳光的作用下，能够生成臭氧和硝酸盐气溶胶，这些也是污染物。尤其最近几年，夏季的臭氧污染比较严重。
　　2020年中国及世界温室气体排放来源示例图 图源 网络
　　其次，农业生产会释放大量的甲烷和氨气，氨气的排放是因为农业生产中会大量使用氮肥，而且氨气在空气中会形成铵盐气溶胶，这也是空气污染物中的重要成分。特别是畜牧业，牛打嗝放屁都会排放甲烷和氨气。
　　全球主要地区甲烷行业年排放量/百万吨，2017，不含大洋洲。来源: Saunois et al. (2020).
　　畜牧业年均甲烷排放量/百万吨。来源：FAO(2013;2017)
　　【问】世界气象组织发布报告时还提到，在今年肆虐欧洲等地的热浪中可以看到，稳定的高压大气条件、阳光和低风速都导致了高水平污染，这是不是意味着热浪会导致整个空气的自净化能力，或者说一些污染物在自然条件下的排除能力下降？
　　【答】如果一个地方的平均风速降低，那么空气的自净能力确实会减弱。
　　这是过去气候界一直在讨论的一个很重要的问题，也就是说全球变暖带来的除了温度升高，还有大气环流状况的变化，全球气候变化可以说是牵一发而动全身。对于我国东部地区而言，过去几十年一个很明显的趋势就是平均风速在降低，对于其他地方则可能会产生不同的影响。
　　这其中还要关注极端天气的发生。气候变化之后，极端天气发生的频率和强度就会增加。不久前，Nature Communication上发表的一篇文章就在讨论，低纬度地区和副热带地区未来致命高温（湿球温度超过35℃）发生的天数可能会接近甚至超过200天；而对于我们中纬度地区尤其是亚欧大陆东部地区和北美大陆东部地区来说，致命高温的天数可能会增加10倍以上，达到40~50天。那么如果到了这种时候，长期的高温再加上非常严重的污染，热量散发不出去，大气里面的污染物也散发不出去。
　　而且高温天的时候，天气非常晴朗，这时非常利于臭氧浓度的增加，这是最近几年夏季最主要的污染物。所以未来随着全球变暖的加剧，空气污染可能会变得更为严峻，我们必须采取更为严格的减排措施，这对于我们来说是个挑战。
　　二、减污降碳，空气污染的治理方案
　　治理臭氧污染，可能要比治理PM2.5还难一些。对于我国来说，继续改善空气质量，要将减污和降碳结合起来，坚持＂双碳＂目标，分步骤、平稳地向新能源领域过渡。未来越来越完备的储能技术加上遍布全国的特高压输电技术，是有利于我们改善空气质量，应对气候变化的。
　　【问】我们该如何继续改善空气质量？
　　【答】大家可能听过另外一个词叫＂减污降碳＂。我们国家最近这些年在空气污染治理领域取得了非常大的成果，以北京为例，2021年气候公报显示，北京市PM2.5年均浓度降至33微克/立方米，空气质量首次实现全面达标。而10年前，北京市PM2.5的年均浓度接近90微克/立方米，极度污染事件时PM2.5的数值则能够达到七八百微克/立方米，所以那时候的污染非常严重。
　　现在已经降低到33微克/立方米了，如果要继续改善空气质量，原来的方式已经减不动了，那么这时候要做的就是＂减污降碳＂，也就是将减少碳排放和减少污染结合起来。减污降碳相结合，一方面能够减缓温室效应，另外一方面能够减少空气污染。
　　【问】之前大家一说空气污染想到的都是PM2.5，这些气溶胶会对肺部产生一定的物理伤害，进而导致病变。那么空气污染物中的臭氧，会对我们的身体造成什么伤害呢？
　　【答】关于臭氧污染，历史上最严重的一次叫＂洛杉矶光化学污染事件＂。当时，洛杉矶很多人感到空气特别的刺眼、刺鼻，这就是臭氧导致的。臭氧是一种高强度的氧化剂，对我们尤其是身体比较敏感和脆弱的人群来说，影响非常严重。
　　臭氧超标还会对种植业产生严重影响。在洛杉矶光化学污染期间，很多柑橘种植园受到臭氧的影响，基本上就绝产了。
　　而且臭氧不像PM2.5肉眼可见。PM2.5高时，我们看见灰蒙蒙的天时就知道污染比较严重。但臭氧污染比较严重的时候，天依然是非常晴朗非常蓝的，而越是这样的天空，越容易发生很严重的臭氧污染，所以臭氧的影响并不亚于PM2.5。
　　【问】一部分PM2.5可以使用空气净化器以及出门戴口罩等手段＂物理拦截＂， 那么预防臭氧污染有没有什么物理的手段呢？
　　【答】没有太多办法，只能尽量减少户外活动，室内比较凉爽的地方会好很多。
　　治理臭氧污染，可能要比治理PM2.5难一些。在过去几年尤其是2020年，全球受到疫情影响，很多地方工业减产、人类活动减少，进而带来了PM2.5、氮氧化物等各种污染物的浓度大幅下降。但是全球各个地方，包括我国、欧洲、美国都意外地观察到了臭氧浓度大幅度地增加。
　　因为形成臭氧污染的一些前体物，就是反应方程左边的那些物质有很大一部分是来自自然的，比如说VOC挥发性有机物，它很大一部分来自自然中的植物释放。当然我们国家主要还是工业、燃油还有汽车排放出来的，但是在欧美一些看起来空气很干净的地方，自然中排放的VOC占很大一部分，尤其是环境质量好、森林覆盖率又高的地方，自然中的VOC含量很高，容易在高温和阳光炙烤下天然形成臭氧。这种减排比减少人为排放要复杂并且难得多，我们不可能把森林全部都砍掉，全砍还会导致更多其他的问题。
　　臭氧污染的来源 图源 网络
　　【问】我们现在面对的空气污染是一个新问题，无论是我国还是其他国家此前都没有碰见过，我们该用什么方法能更加有效地解决呢？
　　【答】我们提出了要减污降碳，那么在这个过程中，降碳是非常重要的，也就是碳中和的工作。能源和新技术突破是实现碳中和的前提，储能技术必须建设好基础设施。我国＂十四五＂期间重点实施＂双两百工程＂，将在200个市、县开工建设200个以上的抽水蓄能项目，这些项目会消纳很多新能源产生的所谓＂垃圾电＂，就是不好用的电，促使我们平稳切换到新能源领域。我们不用担心使用新能源后，白天有电，晚上可能就没电了，或者说一场大暴雨来临就停电了。
　　而且现在新能源比传统能源的价格要便宜，比如火力发电前期需要一定的投资，后期每年也都得投资，购买、采掘、运输等成本非常高，但是新能源后期是不用花钱的，我们前期建设好后，后期不用给太阳或者风交钱，时间一长，成本就降下来了。未来越来越完备的储能技术再加上遍布全国的特高压输电技术，是有利于我们改善空气质量，应对气候变化的。
　　全球气候问题逐渐严峻，也让我们对于空气污染的源头有了更多的思考和认识。虽然治理空气污染的过程并不容易，但是我们树立了明确的目标，并且坚定且有序地在向目标方向前进，没有摆烂，未来就充满希望。况且，这个过程中还蕴含着一些商机，新能源，不仅是部分投资者增加收益的出路，更是解决气候问题最好的出路。