中国近期协调PM2.5、臭氧和二氧化碳减排的战略

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Strategy for coordinating near-term PM2.5, ozone, and CO2 mitigation in China

中国面临PM2.5、O3协同控制与气候减排的双重挑战。通过整合空气质量与气候模型，研究发现仅现有空气政策可达标PM2.5（19.1 μg/m3），但O3仍超标（126.9 μg/m3）。协同控制需强化NOx/VOCs末端治理（成本效益比7:1），同时实施气候政策如能源转型（贡献58%的CO2减排），实现三者同步达标，2030年综合效益超3000亿人民币。关键措施包括：柴油车国六标准升级（NOx减排29%）、工业涂装低VOCs替代（VOCs减排22%）、煤改电（VOCs/CO2减排双效）。

　　中国正面临一个复杂的环境挑战，即在应对气候变化的同时，必须改善细颗粒物（PM_2.5）和臭氧（O₃）的空气质量。2023年，中国全国平均PM_2.5浓度仍然远高于世界卫生组织（WHO）设定的5 μg/m3标准，对公众健康构成严重威胁。与此同时，O₃污染正逐渐成为新兴的环境问题，尤其是在东部城市地区，其浓度在过去几年中以每年1~3 ppbv的速度上升。作为全球最大的碳排放国，中国承诺在2030年前达到碳排放峰值。这一目标的实现不仅关乎气候治理，也对空气质量有重要影响。然而，由于PM_2.5和O₃的前体污染物（如氮氧化物NO_x和挥发性有机化合物VOCs）之间的非线性关系，以及空气质量和气候政策之间的整合不足，目前仍缺乏能够同时控制这三项指标的综合策略。

本研究通过构建一个技术导向的综合评估框架，结合排放预测模型、目标导向的措施选择与优化方法、化学传输模型以及详细的成本效益分析，系统评估了中国在2030年前实现PM_2.5、O₃和CO₂协同控制的可行性。研究结果表明，尽管现有的清洁空气政策在控制PM_2.5方面效果显著，但对O₃的控制仍显不足。因此，单纯依靠末端治理措施，虽然可以在一定程度上改善PM_2.5和O₃，但可能无法应对不利的气象条件，从而影响控制效果。而仅靠气候政策，其对空气质量和CO₂的协同效应有限，因为CO₂与O₃前体物的关联性较弱。因此，只有通过严格实施清洁空气政策并同时推进积极的气候缓解措施，才能实现PM_2.5、O₃和CO₂的三重控制目标。

在本研究中，设计了多种情景来探索不同清洁空气和低碳措施的组合效果。其中，“参考”情景基于SSP1社会经济路径，不考虑额外的气候约束，维持2020年的空气污染控制水平。这一情景作为基准，显示了在无额外干预情况下，中国在2030年的PM_2.5和O₃浓度可能分别达到33.7 μg/m3和140 μg/m3，远高于设定的控制目标。相比之下，“现行法规”情景通过加强现有清洁空气政策，使PM_2.5浓度降至24.5 μg/m3，基本达到目标，但O₃浓度仍高于设定值。而“强化PM_2.5和O₃控制”情景则通过优先实施成本效益较高的NO_x和VOCs减排措施，进一步降低了O₃浓度，使PM_2.5和O₃的控制效果均有所提升。然而，该情景在面对不利气象条件时，仍存在一定的不确定性，影响其稳定性和可靠性。

为了更有效地实现三重控制目标，研究还设计了“强化气候政策”和“三重控制”两种情景。“强化气候政策”情景主要通过低成本的碳减排措施，如推动可再生能源发展和提高供暖行业能效，使CO₂排放在2025年前达到峰值，并在2030年回落至接近2020年的水平。这一情景对PM_2.5的改善效果显著，但对O₃的控制有限。而“三重控制”情景则综合了“强化气候政策”和“强化PM_2.5和O₃控制”情景中的措施，使全国PM_2.5和O₃的控制目标得以实现。根据研究预测，到2030年，全国PM_2.5浓度将降至19.1 μg/m3，O₃浓度将降至126.9 μg/m3，实现三重控制目标。此外，该情景还展现出较高的成本效益，预计能带来超过3000亿元人民币的净收益，并显著减少与空气污染相关的过早死亡人数。

研究进一步分析了不同区域在减排方面的差异，指出中国东部地区如京津冀及周边地区（BTHSA）、长江三角洲（YRD）和汾渭平原（FWP）在O₃形成机制和减排需求上存在显著区别。因此，针对这些区域制定更具针对性的减排策略至关重要。例如，在BTHSA地区，O₃形成主要受限于VOCs，因此需要更严格的VOCs减排措施；而在YRD地区，O₃形成则更依赖于NO_x，因此需要加强NO_x的控制。同时，研究强调了在这些关键区域实施区域性减排措施的重要性，以确保不同地区的空气质量和气候目标都能得到有效满足。

从经济角度来看，空气污染控制措施和气候政策的协同实施能够带来显著的综合效益。研究显示，通过实施强化的空气污染控制措施，可以避免数百万起因于PM_2.5和O₃暴露的过早死亡，其健康收益远高于相应的减排成本。而在“三重控制”情景中，通过结合清洁空气和低碳措施，不仅能够实现空气质量和气候目标，还能带来更高的经济收益。此外，研究还指出，尽管末端治理措施在短期内对空气污染控制有效，但随着减排潜力的逐渐减少，未来需要更多依赖低碳政策，以实现长期的空气质量改善。

研究还评估了不同措施对PM_2.5、O₃和CO₂减排的贡献。例如，在强化PM_2.5和O₃控制情景中，柴油车排放标准的严格化和工业锅炉脱硝技术的升级是NO_x减排的关键措施，而工业涂料中VOCs的减少和石化行业有机废气处理则是VOCs减排的主要手段。而在强化气候政策情景中，可再生能源的发展和供暖行业能效的提升成为CO₂减排的重要途径。通过综合这些措施，“三重控制”情景实现了对PM_2.5、O₃和CO₂的协同控制，不仅提高了空气质量和气候效益，还显著降低了经济成本。

此外，研究还考虑了不同情景下空气质量和气候目标的实现概率，通过蒙特卡洛模拟分析了气象条件变化对减排效果的影响。结果显示，在“三重控制”情景下，即使在气象条件波动较大的情况下，实现PM_2.5和O₃控制目标的概率也超过了94%。这表明，综合实施清洁空气和低碳措施的策略具有较高的稳定性，能够有效应对不确定性因素。

总体而言，本研究为中国的环境政策和排放控制策略提供了重要的参考。它强调了在制定政策时，必须综合考虑空气质量和气候目标，避免单一措施带来的局限性。同时，研究也指出，不同区域在减排需求和措施选择上存在差异，因此需要因地制宜地制定政策。此外，低碳政策在实现空气质量改善和气候目标方面具有重要作用，尤其是在长期治理中。研究还建议，应优先推广具有高协同效益的措施，如推广电动汽车、提高能效和推动可再生能源发展，以实现更高效的减排效果。通过这些措施，中国不仅能够改善空气质量，还能推动气候治理，为全球应对气候变化和环境污染提供有益的经验。