近年来, 中国多个地区出现的严重雾霾污染引发公众广泛关注.中国政府积极应对, 分别于2013年和2018年出台了以"大气十条"和"打赢蓝天保卫战"为代表的一系列大气污染防控政策措施, 空气质量恶化的趋势得到有效遏止, 但以臭氧污染为代表的新问题却日益凸显.随着科研人员对中国大气复合污染的成因、形成机理和控制机制理解的深入, 科研成果对大气污染防控的支撑作用明显提升, 逐步探索出了一套以"科学认知-有效治理-跟踪评估为主线的大气污染防治技术体系, 走出了一条有中国特色的大气污染防治之路.适逢"经济快速发展地区空气质量改善国际学术研讨会(RAQM)"发起并连续成功举办十周年, 于2017年11月在广州举办了以"中国大气污染防治的过去、现状和未来"为主题的第五届研讨会, 在《环境科学学报》编辑部的支持下, 我们组织了这期关于中国区域空气质量改善的论文专刊; 并借此机会简要总结一下区域空气质量改善的历史经验、以及未来面临的主要挑战, 谨以此作为专刊的序言, 与大家分享和交流.

1 国外历史经验(Historical experience from developed countries)

历史上, 发达国家城市群(如洛杉矶、纽约、东京和伦敦城市群)较早遭遇大气污染问题, 亦较早开展了大气污染综合防控的科研与实践工作.大气污染防治既是科学上的重大挑战, 也是社会经济层面的重大工程(Parrish and Zhu, 2009).欧美各国通过推进各项科学研究计划, 制定法律法规和环境标准体系, 逐步形成了较为行之有效的关键污染物(如PM_2.5和臭氧)空气质量管理体系.在这些理论研究和实践过程中, 国际上取得的空气质量改善的历史经验有:

经过半个世纪左右的持续科学研究, 已经较为系统的掌握了城市和区域细粒子污染和臭氧的主要形成机制, 揭示了不同污染源排放的一次污染物(包括SO₂、NO_x和VOCs等)在大气中氧化转化是二次气溶胶和臭氧生成的关键过程(Seinfeld and Pandis, 2016).这些研究成果为空气质量预报预警及污染控制政策制定提供了核心的科学基础.

大量历史观测数据证实:美国和欧洲典型城市的污染物浓度在过去30~40年间显著下降, 空气质量明显改善(Monks et al., 2015; Parrish et al., 2016).排放清单和观测结果的长期变化趋势显示, 重点污染源的排放强度下降了几个数量级, 污染排放量在欧美国家已先后出现拐点, 包括PM_2.5和臭氧在内的主要污染物浓度逐步进入下降通道, 表明了污染源的精细管控、能源结构调整和产业结构优化是改善空气质量的有效途径.

在这个过程中, 建立高分辨率大气污染物排放清单是有效改善空气质量的关键.通过数十年的努力, 欧美地区的排放清单工作逐步走向系统化、标准化和业务化, 建立了较全面的排放因子与化学物种谱数据库, 以及规范的清单更新机制(US EPA, 2018).随着近年来可获取的卫星资料及各种观测数据越来越多, 如何利用这些数据和空气质量模型, 校验和反演排放源清单, 进一步提高排放清单的可靠性与动态更新能力正在成为欧美地区当前排放源清单的研究热点(Frost et al., 2013).

同时, 经过多年实践工作, 美国和欧洲陆续形成了以目标为导向的空气质量管控体系, 通过分析区域的能源与产业结构特点和空气质量管理目标, 科学统筹区域空气质量达标的路线图与政策措施(Kuklinska et al., 2015).例如, 美国从联邦层面制定全国范围的削减计划、在区域层面制定各州协同控制的空气质量管理计划解决跨区域污染问题.

2 我国区域空气质量改善的经验与挑战(Experience and challenges in improving regional air quality in China)

自20世纪90年代以来, 我国学者在一些重点城市群地区陆续开展大气污染方面的研究工作, 在一次污染物的相关研究上取得一批重要成果.进入21世纪, 随着我国经济高速发展和城市化进程加快, 重点城市群地区大气环境问题引起全世界广泛关注.国内高校和科研机构开始较为系统的研究大气污染成因, 摸索建立我国大气污染的防控体系.研究表明:我国大气污染具有典型的复合性、区域性特征, 排放来源众多, 化学机制复杂且仍有许多不明之处(Shao et al., 2006).当前, 我国空气质量管理的主要机遇与挑战有:

为解决严重的区域性大气污染问题, 打赢"蓝天保卫战", 近年来我国对大气污染研究的支持力度不断增加, 大气污染研究取得了长足进步.在监测技术与网络建设、区域和城市高分辨率排放源清单构建、大气复合污染控制理论与技术、空气质量预报预警和区域联防联控技术与管理机制等方面取得了一批创新性成果, 有力支撑了我国重点地区大气污染防控、空气质量管理和重污染应急与控制政策的制定等, 从而保障了我国重点地区PM_2.5污染水平的显著下降.目前, 我国的大气环境研究进展已经引起全球瞩目, 在二次污染的立体监测技术、精细化动态化的排放清单构建与表征技术、大气氧化性与二次污染形成机制、二次污染的模型模拟能力等方面有望实现从跟跑到并跑与领跑的转变.

过去10年间, 以北京奥运会、上海世博会、广州亚运会和杭州G20峰会等一系列重大活动的空气质量保障为契机, 通过制定科学保障方案, 开展活动保障期间的预报预警、专家会商和重点区域联防联控与督查, 我国已逐渐探索出一套短期有效的空气质量应急保障管控体系, 为制定长效的污染防控政策措施和空气质量管理机制提供了有益的借鉴.随着党的"十八大"以来生态文明建设力度持续加大和新的国家空气质量标准颁布实施, 我国已建成了环境空气质量监测网、预报预警平台, 开展了以模式评估为基础的空气质量达标规划工作, 建立了以空气质量为考核目标的环境管理体系, 为我国大气污染防治向长效管控机制转变奠定了基础.在这一转变过程中, 逐渐建立了区域大气污染防治协作机制, 稳步推进了珠三角地区、京津冀及周边地区(2+ 26城市)和长三角地区的区域联防联控体系建立, 提升了应对重污染事件能力, 有力保障了区域PM_2.5浓度未来的长效和持续达标.

多年来, 我国大气污染控制主要实施总量控制策略, 在目前大气复合污染区域性特征愈加突出的态势下, 以一次污染物减排量作为目标的控制策略已经不能满足空气质量根本改善的需要.针对这一问题, 我国的污染防治策略目前正在从单一的总量控制向污染减排与环境质量改善一致的方向转变, 在重点地区和重点城市制定了明确的空气质量改善目标、减排目标、限期完成方案和严格的考核体系.

尽管我国主要城市和区域空气质量明显改善, 然而持续改善仍然面临若干新挑战.目前, PM_2.5仍是我国大部分地区的首要污染物, 实现京津冀等地区的PM_2.5浓度水平达标仍需付出艰辛的努力.值得高度重视的是:在我国大部分地区PM_2.5浓度水平下降的同时, 大气臭氧污染不降反升, 在珠三角等地区更是成为频繁出现的首要污染物.这一问题不仅显示我国大气污染特征的深刻变化, 也表明开展我国二次污染防控的科学与技术研究迫在眉睫.鉴于当前臭氧污染的快速增长态势(Verstraeten et al., 2015), 我国的大气污染防治目标亟需从PM_2.5为核心向PM_2.5和臭氧协同控制转变, 并在这一过程中加大对大气PM_2.5与臭氧污染形成的耦合机制、二次污染和前体物的组分立体监测、挥发性有机物(VOCs)有效防控等方面的科学研究和技术研发.

在这一大背景下, 来自中国、美国、英国、德国等十余个国家和地区的700余名学者与会齐聚广州参加第五届"经济快速发展地区空气质量改善国际学术研讨会", 对中国大气污染防治的过去进行总结, 对现状进行梳理, 并对未来的发展趋势、亟待解决的科学问题、防控战略进行展望和研讨.本期专刊收录了与会学者贡献的29篇优秀论文, 探讨了我国京津冀、长三角和珠三角等区域的大气污染源排放、来源解析和污染成因.希望寄本次研讨会成果及专刊论文, 为支撑我国区域空气质量的进一步改善贡献力量.