臭氧及其前體物監測如何助力加州南海岸空氣質量提升？

加州南海岸是美國臭氧污染程度最高的地區。2020年，洛杉磯縣臭氧超標天數達118天。如何促使臭氧濃度達標是加州南海岸空氣質量管理工作面臨的一大挑戰。

美國加州南海岸地區

臭氧污染挑戰

加州南海岸是美國臭氧污染程度最高的地區。2020年，洛杉磯縣臭氧超標天數達118天。如何促使臭氧濃度達標是加州南海岸空氣質量管理工作面臨的一大挑戰。

整個加州地區被劃分為15個空氣盆地（每個空氣盆地的氣象和地理條件相似），其中加州南海岸空氣盆地特別容易出現臭氧濃度高的情況，因為：

1）區域內人口稠密、經濟發達，有發電廠和煉油廠排放、機動車輛尾氣排放以及個人衛生和清潔產品等消費品的生產等多種排放源，且排放強度大；

2）山區地形易造成污染；

3）夏季陽光充足，高溫加速臭氧的生成和某些前體污染物的揮發排放；

4）當地常出現逆溫層現象，導致各種來源排放的污染物被“罩”在地面附近不利于擴散，加劇了污染程度。

加州南海岸空氣質量管理局（SCAQMD，以下簡稱管理局）是美國南加州區域空氣污染聯防聯控的管理機構，管轄區域包括洛杉磯縣、橙縣、河濱縣以及圣伯納蒂諾縣。

總體上看，四個縣域中，內陸地區的臭氧污染更為嚴重。這與地形有關，當海風將污染物吹向內陸時，盆地周圍的山區會捕獲污染物，加重下風向處人口密集區、河濱縣、圣伯納蒂諾縣山谷及鄰近山區、洛杉磯縣圣塔克拉利塔市周圍地區的臭氧污染。而來自海洋的清潔空氣交換，使得橙縣和洛杉磯縣的沿海地區的臭氧濃度低于洛杉磯縣內陸區域、河濱縣和圣伯納蒂諾縣。

臭氧及其前體物監測

為減排政策制定提供支持

由于海陸交匯區臭氧傳輸機制和生成化學復雜，開展臭氧污染監測對于海陸交匯區臭氧污染治理尤為重要。氮氧化物和揮發性有機化合物是臭氧主要的前體物，來源于車輛尾氣排放、工廠排放等燃燒源以及油漆生產、消費品生產等非燃燒源。二者在光化學反應下生成臭氧，因此前體物監測是臭氧污染監測的重要部分。

管理局已經將臭氧及其前體物（氮氧化物和揮發性有機化合物）納入監測體系。經過美國環保局批準，空氣質量監測網絡搭建了29個臭氧和23個二氧化氮的連續監測裝置，每小時將監測數據近實時傳輸至網站和應用程序。

光化學評估監測網絡（PAMS）是美國臭氧監測的另一重要措施，根據該網絡的要求，管理局設立了2個監測站，測量包括揮發性有機物和羰基化合物等在內的臭氧前體物以及地面和高空的氣象要素（風速、氣壓、太陽輻射、紫外輻射和混合高度）。監測數據用于以下工作：

1）提供臭氧前體物和氣象學的時空變化信息，用于空氣質量模型建模工作，以此預測未來污染物濃度，為制定空氣質量管理策略提供依據。

2）提供污染物濃度的空間估計值，用來評估整個轄區內由于空氣污染造成的癌癥風險。

3）使用“點源”模型，用于工廠設備排放許可證的申請評估工作。

4）用于驗證空氣質量模型在預測大氣污染物濃度方面的性能。

筆者認為，臭氧及其前體物監測可以為減排政策的制定提供支持。管理局將監測到的污染物濃度與美國國家空氣質量標準進行比較，以確定是否需要采取額外的減排措施。如果需要采取相應的措施，再利用排放清單和模擬氣象學進行空氣質量建模，以評估控制措施的實施規模、實施進度和空間影響，確保該區域的污染物濃度在規定日期前達標。

統一技術方法和監測儀器

實現監測質量控制與保障

加州南海岸石化園區采取了多種監測方法和技術手段，實現多種監測方法和技術手段的協同效應、最大程度的保證監測質量尤為必要。通過實施其第1180號法規，管理局要求其管轄范圍內的煉油廠安裝和運行電子圍欄監測系統，以測量標準污染物和有毒空氣污染物排放情況，制定綜合排放清單。

在監測質量控制與保障（QA/QC）方面，管理局要求七家運行電子圍欄監測系統的煉油廠提供有關空氣監測儀器、數據維護、質量控制程序、備份系統、審計和數據報告方法的詳細信息，并在制定監測計劃的過程中，遵循1180號法規中對于《煉油廠圍欄空氣監測計劃指南》的規定。該文件規定了煉油廠應使用的空氣監測方法和技術類型，系采用美國環保局批準的技術方法對苯、甲苯、乙苯和二甲苯等揮發性有機物和其他污染物進行光學遙感監測。這一過程保證了所有開展監測的煉油廠使用的儀器、技術方法的一致性和數據的可比性。

此外，管理局的工作人員也使用類似的遙測方法在油氣井和其他揮發性有機物的排放設施附近進行移動監測，以確定潛在泄漏點和無組織排放點，并評估排放對于附近社區空氣質量的影響。

清潔能源推廣及多種源排放管控

助力實現空氣質量改善

除了空氣質量監測，過去幾十年，加州南海岸還采取了減少污染車輛、實施更嚴格的工業法規（包括許可證管理和合規性監測）、推廣更清潔的技術和清潔燃料等措施，使得管轄區內的空氣污染情況有所改善。

推廣清潔能源使用。通過實施經濟激勵計劃和低排放技術的法規，加快發動機、鍋爐、設備、運輸車輛向清潔化轉變是減少該地區空氣污染的主要措施。經濟激勵計劃鼓勵企業和居民在規定的期限內轉向使用更清潔的技術，加快改善空氣質量。政策法規通過加嚴監管、提高污染物排放標準，促進企業生產、運輸過程中排放的進一步減少和船舶、飛機、火車及其相關行業清潔燃料使用程度的提高。

比如，去年管理委員會制定了新的煉油廠和相關設施的排放標準。按照管理局相關法規的規定，預計在未來14年內，該區域每天將減少7.7至7.9噸氮氧化物排放，到2023年氮氧化物的排放將減少近一半，以實現近期的空氣質量管理目標。這對于減少化工設施給當地社區造成的空氣污染乃至整個地區的空氣污染治理來說邁出了一大步。

多種污染源排放管控。管理局主要監管責任在于固定源和面源的監管，如大型工廠和商業設施等，但在實際工作中，管理局也試圖減少由港口、鐵路或倉庫等場所大規模物流運輸活動導致的排放。目前，管理局對大型物流倉儲采取減排措施，預計將使物流倉儲相關來源的排放減少約15%。此外，管理局還通過與自愿減少運營排放的商業機場等單位簽訂諒解備忘錄，促進自愿減排。

編輯：李丹