近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系长聘副教授林金泰的研究团队定量揭示了大气污染物的境外输送对我国PM2.5浓度的影响及其物理化学机制。研究发现，实现我国PM2.5污染的全面控制不但需要我国自身的减排，而且需要通过加强国际合作，减少周边区域人为源排放，这为深化我国PM2.5治理和国际环境合作提供了科学依据。相关研究成果被选为亮点文章发表在《Atmospheric Chemistry and Physics》杂志上。北京大学博雅博士后许俊玮为论文的第一作者，林金泰为通讯作者。
PM2.5和臭氧是大气主要污染物，对人体健康有显著危害。自2013年大气污染防控“国十条”起，我国采取了一系列措施，大幅减少了国内污染排放量。然而，在全球环境变化的背景下，我国周边国家的排放量仍在增加，其污染输送可能会严重影响我国大气环境的改善进程，但这方面的研究仍然很少。因此，理清境外污染源对我国空气质量的影响程度和作用机制，是保障我国空气质量持续改善的重要助力。
该研究结合国内外最新污染物排放清单（MEIC和CEDS）、全球大气化学传输模型（GEOS-Chem）及其覆盖整个亚洲的高分辨率区域模型（基于团队合作开发的Flex-Grid实现），在利用国内外大量观测数据验证模型模拟水平的基础上，评估了境外污染物的跨境输送对我国PM2.5及各组分的贡献。研究结果显示，2015年我国东部地区（包括华北和华东）近地面大气中8%的PM2.5（5μg/m3）和19%的硝酸盐（2.6 μg/m3）是境外人为排放所贡献的污染（如图1）。其中，1月贡献最高（6.9 μg/m3 PM2.5和68%硝酸盐），7月最低（2.7 μg/m3 PM2.5和11%硝酸盐）。然而，仅有30%的境外贡献是通过大气直接输送造成的（即污染物产生于境外的排放源区或输送过程中），其余70%是通过境外输送的颗粒物前体物与我国境内排放的污染物之间的化学作用实现的。具体而言，境外非甲烷挥发性有机化合物（NMVOCs）的输送增强了我国东部地区的大气氧化能力，促进了该地区氮氧化物（NOx）向硝酸（HNO3）的氧化过程，而我国东部地区大量的氨气（NH3）进一步将HNO3气体转化为颗粒态硝酸盐，从而显著增加了该地区的硝酸盐和总PM2.5浓度。研究揭示了境外输送对我国污染的影响程度和作用机制，对我国未来空气质量改善策略的制定有启示作用。
在不同时期，境外输送对多种污染物均有重要影响。林金泰团队前期的一项研究发现，近年来外国人为源排放使我国近地面大气臭氧浓度上升2-11ppb，其中超过一半是产生于境外排放的污染物向我国输送过程中所伴随的化学反应。在其他更长期的研究中，该团队探索跨境污染输送对PM2.5和臭氧的影响，量化了1950年以来人为源排放的变化对全球空气质量和公众健康的影响，发现跨界污染转移累计导致全球数千万人过早死亡，并且主要污染源存在复杂的时间演化，其中发达国家在很长的一段时间内都是最主要的污染源，这为构建以历史责任为基础的全球环境合作框架提供了科学依据。
未来，在我国逐步实现碳中和的背景下，我国本地污染物排放量势必将大幅下降，而周边国家的未来污染排放前景却尚未可知，因此探索全球大气污染输送的未来变化、充分认识我国污染的潜在外来影响有助于预判我国污染浓度变化，并制定相应的应对策略。
图1: 2015年境外人为源排放对我国PM2.5及其组分的年均浓度的贡献。粗黑线勾画出我国东部地区。左下角数字表示境外人为排放对我国东部地区年平均浓度的贡献(μg/m3）。
论文原文链接： https://acp.copernicus.org/articles/23/4149/2023/
相关论文链接：
Ni et al., ACP, 2018, https://acp.copernicus.org/articles/18/11447/2018/
Chen et al., Science Bulletin, 2022, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S209592732100699X
Chen et al., ERL, 2022, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac9009/meta
