環境學院耿冠楠團隊合作提出中國近中期大氣細顆粒物、臭氧及二氧化碳協同治理策略
清華新聞網11月12日電 《大氣污染防治行動計劃》2013年實施以來，我國空氣質量改善顯著，但大氣細顆粒物（PM2.5）濃度整體仍處于較高水平，且臭氧（O3）污染問題日益突出，加之緊迫的碳達峰要求，協同推進PM2.5、O3和二氧化碳（CO2）控制已成為我國當前環境治理面臨的重大需求。盡管CO2排放與PM2.5及其前體物排放具有較強的同源性，但與O3前體物，尤其是與揮發性有機物（VOCs）排放的同源性較低。此外，O3對氣態前體物排放的非線性響應及氣象波動的不確定性進一步增加了多目標協同控制路徑設計的復雜性。目前，已有研究多聚焦于實現PM2.5、O3、CO2單一控制目標或兩兩協同目標的路徑研究，而針對三者統籌治理的綜合策略研究尚不充分。
針對以上問題，清華大學環境學院耿冠楠副研究員團隊合作研究構建了耦合自下而上排放預測模型、目標導向的減排措施優選技術、空氣質量模型及成本效益模型的大氣成分多目標協同治理綜合評估框架。在此框架下，該研究融合清潔空氣與氣候政策，通過多情景推演與費用效益評估，量化不同情景的碳減排、PM2.5和O3污染改善成效，以及相應的氣候、健康、經濟效益，從而系統探究中國近中期實現PM2.5、O3和CO2“三協同”目標的可行性及關鍵策略。
研究顯示，只有協同推進污染治理與結構轉型，才能切實保障中國近中期PM2.5、O3、CO2“三協同”目標的實現。具體而言，不同情景減排成效存在顯著差異。若延續現行清潔空氣政策而不考慮氣候政策，雖能有效降低PM2.5濃度，但對O3污染改善作用有限；在O3控制目標導向下充分釋放末端治理潛力、優化末端措施組合，可協同改善PM2.5與O3污染，但O3控制目標實現的穩健性易受氣象條件波動的影響；若僅考慮氣候政策，雖然可以實現碳達峰目標并協同改善PM2.5，但對O3污染改善有限。只有將嚴格的清潔空氣政策與積極的氣候政策相結合，才能穩定達成“三協同”目標。在此情景下，全國CO2排放有望于2025年提前達峰，2030年全國PM2.5年均濃度和O3日最大8小時平均值的第90百分位數有望分別降低至19.1μg/m3和126.9μg/m3。“三協同”情景不僅能有效應對氣象條件波動的不確定性，還可以帶來超過3萬億元的凈收益。
圖1.不同協同治理路徑下PM2.5、O3、CO2目標達成情況及相應環境、氣候、經濟效益
在既有研究普遍強調低碳政策對長期空氣質量改善主導作用的基礎上，本研究表明，即使在近中期，氣候政策對達成“美麗藍天”目標同樣具有關鍵支撐作用。但值得注意的是，實現我國近中期O3污染改善目標，仍主要依賴于末端治理水平的提升，并強化NOx和VOCs協同減排。在具體實施路徑上，建議重點推進柴油車排放標準升級、工業鍋爐脫硝等高性價比NOx管控措施，并通過加強工業涂料、石化、民用散煤、汽油車等重點源有機廢氣治理與溶劑源頭替代，系統補齊VOCs治理短板；同時優先推廣兼具NOx與VOCs協同減排效益的低碳措施，如通過柴油車電動化與電力供熱能源系統轉型強化NOx減排效果，通過民用散煤取締和汽油車電動化提升VOCs協同控制水平。
圖2.主要大氣污染物與CO2的分行業及分措施減排貢獻
該研究構建了PM2.5、O3、CO2多目標協同治理的綜合評估框架，提出了目標導向的大氣前體物減排約束方法，有效解決了O3協同減排規劃中的高度非線性問題。通過融合大氣污染治理與氣候變化應對政策，在措施尺度系統推演了協同治理路徑，為實現多目標協同減排提供了可操作的技術方案。研究證實，通過統籌多目標管控、協同推進污染深度治理與結構轉型，能夠實現環境、氣候與經濟社會效益多贏。研究成果不僅為我國統籌推進“美麗中國”建設與“雙碳”目標實現提供科學支撐，也將為其他面臨氣候變化應對與空氣質量改善雙重挑戰的國家提供重要參考。
研究成果以“中國近中期PM2.5、O3、CO2協同治理策略”（Strategy for coordinating near-term PM2.5, ozone, and CO2mitigation in China）為題，于11月10日發表于《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）。
清華大學環境學院與生態環境部環境規劃院大氣環境規劃研究所聯合培養博士后劉宇希、生態環境部環境規劃院大氣環境規劃研究所副研究員鄭逸璇為論文共同第一作者，清華大學環境學院副研究員耿冠楠為論文通訊作者。論文合作者包括清華大學環境學院賀克斌院士，地球系統科學系教授張強、副教授同丹，以及地球系統科學系2022屆博士畢業生程靜和環境學院博士后劉洋。研究得到國家自然科學基金委重點項目、面上項目和能源基金會等的支持。
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