环境学院耿冠楠团队合作提出中国近中期大气细颗粒物、臭氧及二氧化碳协同治理策略
清华新闻网11月12日电 《大气污染防治行动计划》2013年实施以来，我国空气质量改善显著，但大气细颗粒物（PM2.5）浓度整体仍处于较高水平，且臭氧（O3）污染问题日益突出，加之紧迫的碳达峰要求，协同推进PM2.5、O3和二氧化碳（CO2）控制已成为我国当前环境治理面临的重大需求。尽管CO2排放与PM2.5及其前体物排放具有较强的同源性，但与O3前体物，尤其是与挥发性有机物（VOCs）排放的同源性较低。此外，O3对气态前体物排放的非线性响应及气象波动的不确定性进一步增加了多目标协同控制路径设计的复杂性。目前，已有研究多聚焦于实现PM2.5、O3、CO2单一控制目标或两两协同目标的路径研究，而针对三者统筹治理的综合策略研究尚不充分。
针对以上问题，清华大学环境学院耿冠楠副研究员团队合作研究构建了耦合自下而上排放预测模型、目标导向的减排措施优选技术、空气质量模型及成本效益模型的大气成分多目标协同治理综合评估框架。在此框架下，该研究融合清洁空气与气候政策，通过多情景推演与费用效益评估，量化不同情景的碳减排、PM2.5和O3污染改善成效，以及相应的气候、健康、经济效益，从而系统探究中国近中期实现PM2.5、O3和CO2“三协同”目标的可行性及关键策略。
研究显示，只有协同推进污染治理与结构转型，才能切实保障中国近中期PM2.5、O3、CO2“三协同”目标的实现。具体而言，不同情景减排成效存在显著差异。若延续现行清洁空气政策而不考虑气候政策，虽能有效降低PM2.5浓度，但对O3污染改善作用有限；在O3控制目标导向下充分释放末端治理潜力、优化末端措施组合，可协同改善PM2.5与O3污染，但O3控制目标实现的稳健性易受气象条件波动的影响；若仅考虑气候政策，虽然可以实现碳达峰目标并协同改善PM2.5，但对O3污染改善有限。只有将严格的清洁空气政策与积极的气候政策相结合，才能稳定达成“三协同”目标。在此情景下，全国CO2排放有望于2025年提前达峰，2030年全国PM2.5年均浓度和O3日最大8小时平均值的第90百分位数有望分别降低至19.1μg/m3和126.9μg/m3。“三协同”情景不仅能有效应对气象条件波动的不确定性，还可以带来超过3万亿元的净收益。
图1.不同协同治理路径下PM2.5、O3、CO2目标达成情况及相应环境、气候、经济效益
在既有研究普遍强调低碳政策对长期空气质量改善主导作用的基础上，本研究表明，即使在近中期，气候政策对达成“美丽蓝天”目标同样具有关键支撑作用。但值得注意的是，实现我国近中期O3污染改善目标，仍主要依赖于末端治理水平的提升，并强化NOx和VOCs协同减排。在具体实施路径上，建议重点推进柴油车排放标准升级、工业锅炉脱硝等高性价比NOx管控措施，并通过加强工业涂料、石化、民用散煤、汽油车等重点源有机废气治理与溶剂源头替代，系统补齐VOCs治理短板；同时优先推广兼具NOx与VOCs协同减排效益的低碳措施，如通过柴油车电动化与电力供热能源系统转型强化NOx减排效果，通过民用散煤取缔和汽油车电动化提升VOCs协同控制水平。
图2.主要大气污染物与CO2的分行业及分措施减排贡献
该研究构建了PM2.5、O3、CO2多目标协同治理的综合评估框架，提出了目标导向的大气前体物减排约束方法，有效解决了O3协同减排规划中的高度非线性问题。通过融合大气污染治理与气候变化应对政策，在措施尺度系统推演了协同治理路径，为实现多目标协同减排提供了可操作的技术方案。研究证实，通过统筹多目标管控、协同推进污染深度治理与结构转型，能够实现环境、气候与经济社会效益多赢。研究成果不仅为我国统筹推进“美丽中国”建设与“双碳”目标实现提供科学支撑，也将为其他面临气候变化应对与空气质量改善双重挑战的国家提供重要参考。
研究成果以“中国近中期PM2.5、O3、CO2协同治理策略”（Strategy for coordinating near-term PM2.5, ozone, and CO2mitigation in China）为题，于11月10日发表于《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）。
清华大学环境学院与生态环境部环境规划院大气环境规划研究所联合培养博士后刘宇希、生态环境部环境规划院大气环境规划研究所副研究员郑逸璇为论文共同第一作者，清华大学环境学院副研究员耿冠楠为论文通讯作者。论文合作者包括清华大学环境学院贺克斌院士，地球系统科学系教授张强、副教授同丹，以及地球系统科学系2022届博士毕业生程静和环境学院博士后刘洋。研究得到国家自然科学基金委重点项目、面上项目和能源基金会等的支持。
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