城市大气PM2.5与臭氧污染的管控研究——基于污染驱动量化与健康经济损失评估

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随着大气污染治理政策的相继颁布以及排放管控措施的持续收紧,我国在大气污染治理上成效显著,PM2.5污染浓度整体水平持续下降,但是仍有许多城市PM2.5浓度未达标,同时O3污染日益显现,成为仅次于PM2.5的污染物。O3作为二次污染物,与PM2.5的二次组分具有相同的前体物。因此,研究选择将十四五生态环境规划重要议题——“PM2.5与O3的复合污染”作为研究对象,以探究城市大气污染的高效管控对策。大气环境健康经济损失评估模型作为一种风险评估工具,可以作为城市大气PM2.5与O3污染评价的重要指标与污染管控的理论依据。但是,大气污染物的浓度变化受到人为排放和气象因素的共同作用,建立科学有效的污染管控对策不能仅从观测值角度出发,定量识别污染的驱动机制不仅有利于掌握已有空气治理措施的有效性,更有利于建立针对性对策。因此,站在十四五的起点,以“PM2.5与O3”、“气象因素与人为排放”、“空气污染与健康效应”三协同为研究目标,探索建立科学的大气环境分级管理体系,构建污染协同管控对策,对于决策者建立区域空气质量的高效管理与优化决策具有理论支撑。针对上述中国城市大气PM2.5与O3的复合污染及其健康效应问题,研究首先探究了二者污染的时空演变与分异性特征,筛选出了具有空间集聚效应的复合污染热点城市群,进而基于气象标准化算法定量识别出了气象因素与人为排放对热点城市群污染的驱动量及驱动机制。进而研究基于“健康与经济”双维度,选择人为排放驱动下的健康经济损失作为政策建立的理论依据,利用气象标准化浓度结合健康经济损失评估模型,量化了近年来人为排放驱动下热点城市PM2.5与O3的健康损失;并基于统计生命价值的实证分析结果核算了健康经济损失。最后,研究借助自然断点分类法分别建立了PM2.5与O3的健康损失评级体系,将各个热点城市科学划分为PM2.5优控区、O3优控区、PM2.5与O3协同优控区,并建立了针对性污染管控对策。研究结果表明:(1)2015–2020年全国337个城市PM2.5的年均值的平均水平分别为50±19、46±18、44±16、39±15、37±14、33±13μg/m~3,分别有78%、72%、69%、58%、50%、41%的城市PM2.5的年均值超标(35μg/m~3)。O3的年均值的平均水平分别为135±26、138±25、149±28、150±26、148±27、138±23μg/m~3,分别有17%、18%、31%、33%、30%、17%的城市O3的年评价值超标(160μg/m~3)。PM2.5的污染浓度整体水平不仅呈现连年下降的趋势,超标率也逐年降低。O3的污染浓度整体水平和超标率均呈现先上升(2015–2017),后下降(2018–2020)的趋势。基于空间集聚效应研究结果,将二者共同的热点区(99%置信度)覆盖的城市筛选归结出6个复合高污染热点城市群:京津冀城市群(简称“京津冀”)、山东半岛城市群(山东半岛)、关中平原城市群(关中平原)、中原城市群(中原)、长江三角洲城市群(长三角)、长江中游城市群(中三角),覆盖8个省2个直辖市共82个城市。(2)气象标准化算法的结果显示,2015–2020年六大热点城市群的PM2.5与O3污染受气象影响的程度与驱动方向均是不同的。PM2.5污染主要受人为排放驱动的影响较大。下降的人为排放是2015–2020年PM2.5污染改善的主要原因(占60%以上)。O3污染的波动主要受气象波动的影响较大,2015–2017年热点城市群O3污染水平的上升主要是由气象驱动的加强导致的(占70%以上)。2018–2020年热点城市群O3污染水平的下降也是主要由气象因素的下降驱动的(占90%以上)。(3)健康损失的评估结果显示,2015–2020年六个热点城市群平均每个城市人为排放驱动下PM2.5引起的健康损失水平排列为:京津冀(1968人)>山东半岛(1396人)>中原(1302人)>长三角(987人)>中三角(932人)>关中平原(869人);O3:京津冀(482人)>山东半岛(480人)>中原(314人)>长三角(306人)>江中三角(275人)>关中平原(189人),与PM2.5污染趋势一致。时间分布上,2015–2020年单个热点城市PM2.5相关的健康损失平均水平呈波动下降趋势。虽然整体上损失明显少于PM2.5,但是人为驱动下O3相关的健康损失平均水平呈波动上升趋势。(4)针对健康经济损失评估,意愿支付调研结果显示武汉市居民对于在未来10年间降低PM2.5对人体1‰的超额死亡风险的意愿支付平均水平为146.25元/年/人。支付意愿影响因素的回归结果显示,在一定的显著性水平下,最高学历、职业和月收入呈正向影响;年龄、空气污染对个人及家人的影响程度呈负向影响。基于成果转移法进而计算得到热点城市的健康经济损失:6个热点城市群平均每个城市PM2.5污染的健康经济损失平均水平排序为:京津冀(23.21亿)>山东半岛(16.07亿)>长三角(10.75亿)>中三角(10.16亿)>中原(10.95亿)>关中平原(6.90亿);O3:京津冀(32.18亿)>山东半岛(29.62亿)>长三角(19.02亿)>中三角(14.95亿)>中原(14.53亿)>关中平原(8.28亿)。时间分布上,6个城市群在2015–2020年人为排放驱动下的PM2.5污染和O3污染相关的健康经济损失均呈波动上升趋势。考虑社会经济发展水平后,与健康损失的趋势一致,PM2.5污染的健康经济损失比例总体呈波动下降趋势,O3呈波动上升趋势,且占GDP比例高于PM2.5。(5)基于各个年份PM2.5与O3相关健康损失的等级划分,将热点城市划分出了三个类型:“PM2.5与O3协同优先管控区”、“O3优先管控区域”与“PM2.5优先管控区域”。结合优先管控区域的热点污染因子及其优先管控区域的区位特征与国家“十四五”规划,提出了针对性的管控对策:(1)建立精细化污染管控指标,制定差异化空气质量标准;(2)统筹规划大气污染防治重点区域,增设O3污染重点防控区域;(3)推进重点行业NOx与VOCs的减排,优化减排比例;(4)建立精细化污染源排放清单,建立“网格化监管”;(5)加强公众环境与健康宣教,提高公众健康防护意识。
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