臭氧为什么总是作为研究大气污染的重点对象？

李杰 臭氧专委会 6月5日

本文作者：中国科学院大气物理研究所 李杰

编辑：臭氧专委会公众号

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为什么我们在研究大气污染中，总会把臭氧作为一个很重要的研究对象呢？

因为臭氧不仅可以作为一道屏障有效的阻挡紫外线，保护人类健康，而且臭氧在大气成分中的存在量、来源、变化，都对人类活动有比较直接的影响，即，臭氧的环境效应。

我们都知道，地球的大气是分层的，而最常用的一个分层依据，就是根据垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异，将大气分为对流层，平流层和更高层大气。

我们人类生活在紧贴地面的对流层中（严格上讲，是边界层），所以这一层臭氧的含量和变化，对我们有最为直接的影响。

一般情况下，对流层中的臭氧，约占大气中臭氧总含量的10%。我们常说的臭氧污染，就是指对流层中的臭氧含量超过了这个正常范围值，从而对人体健康及动植物的生长造成一系列的负面影响。用比较简洁的专业术语表述，就是“对流层臭氧的环境效应”，这是我们进行科学研究的价值所在。

当然，大气中也同时存在着其他多种污染物，各种污染物之间的共存和互相反应，也极具研究价值，但臭氧从其中脱颖而出，被认为是大气主要二次污染物之一，其原因是在于：

1是一种重要的

大气光化学氧化剂对流层臭氧

臭氧被阳光照射后，会发生光解反应，从而产生出一种激发态的氧原子，这种氧原子具有很强的能量，可以从其他分子手中“粘”来一个H，形成“OH自由基”，而这个“OH自由基”严重影响了大气的氧化能力。

由于地表的物质都“浸泡”在大气中，大气氧化能力的重要性不言而喻，而这种氧化能力在很大程度上，被臭氧光解反应所决定，所以研究大气污染，必然需要研究臭氧。

2是主要温室气体之一

影响气候变化对流层臭氧

“臭氧”比大众一般认为的温室气体“CO2” 更“保温”，因为臭氧分子在其光波长9.6 μm附近的红外窗区有一个很强的吸收带，单位摩尔臭氧的辐射强迫效应是 CO2 的1200-2000 倍——简单粗暴一点讲，臭氧的“保温能力”占全球温室气体保温能力的21.9%。

上面我们讲了，臭氧是如此的关键和重要，可以说是大气污染领域中的VIP选手。大气科学家们经过多年的努力，渐渐揭示出这位VIP选手身世背景如下：

在科学术语中，我们称之为“对流层臭氧的源”。

来源1：“我是一匹来自上分的狼”

——平流层的臭氧向下输送，进入对流层；

来源2：“甘风玉露一相逢，便生成VIP无数”

——人为和生态系统排放的可挥发有机物(VOCs)与 NOx 的光化学反应；

——沼泽或湿地释放的甲烷(CH4)与来源于其他自然过程（闪电、土壤以及平流层输送）的 NOx 的光化学反应；

来源3：“不要问我从哪里来，我的故乡在远方”

——臭氧的长距离输送。

通过观测数据分析，大气科学界普遍认为来源1和来源3对VIP选手数量的增加影响都比较有限，唯有来源2，实质且大批量的增加了VIP选手的数量，用学术性的语言表示，就是：“对流层内有 CO、NOx 和非甲烷烃（NMHC）参与的光化学反应是对流层臭氧的主要来源”，并且，近些年来对“光化学反应”机理的研究也在逐步深入。