大气污染类型（二）：光化学烟雾

20世纪五六十年代，随着发达国家机动车拥有量的迅速增加，氮氧化物和碳氢化合物排放量日趋增长，空气中氮氧化物、有机污染物浓度也随之增长，在美国洛杉机就发生了多起由空气中的氮氧化物、有机污染物导致的光化学烟雾事件，标志着发达国家的城市进入了机动车污染（或石油型污染）时代，人们对光化学烟雾的产生机理和防治措施进行了大量的研究，开发了大量机动车尾气治理技术和低氮燃烧技术。

然而，直至今日，氮氧化物和碳氢化合物的排放引起的石油型污染仍未得到有效遏制，那些长期处在稳定的热空气环境下的中纬度城市，臭氧（O3）仍旧是一问题，很多城市都显现了光化学烟雾的症候，但其浓度随当地的气候条件及其无风晴朗天的天数而定。

19世纪中期，美国密苏里州的圣路易斯通过了一项控制烟囱高度的法令，美国第一起有记录的煤烟案例也于1864年发生在这座城市，当时，一位市民被法庭裁定获得50美元的损害赔偿，法庭宣称煤烟是一种非法伤害。

在1945年之后，长期以来让人感到棘手的煤烟痼疾隐退了，遍及全国的多种圣路易斯式的煤烟防治法案无疑是起了作用，但真正的原因则是天然气这种无烟燃料的出现。

20世纪中期，正当美国城市中天然气燃料逐渐替代燃煤，那种“煤烟之恶”被克服之际，一种新的、更微妙的空气污染问题在洛杉矶出现了，被称为“洛杉矶光化学烟雾”。

“绚丽的”淡蓝色城市景象成为20世纪中期洛杉矶最著名的名片之一

由于物理条件（地形、气象）有效限制了污染物的向外扩散，以及机动车出行的发展，使得洛杉矶展示了一个几乎是独一无二、对流层臭氧问题突出的案例，而这个问题差不多是在20年之后才在世界其他地区出现。

洛杉矶曾是美国光化学烟雾污染最严重的地区之一。

1943年之后，洛杉矶先后成立烟雾委员会、空气污染控制主任办事处等机构，开始采取具体措施解决空气污染问题。

1947年，在整个地区创建统一的郡级空气污染控制区的国家法案获得通过。

1953年底，由于连续遭受特大烟雾，鉴于伦敦大烟雾导致多人死亡的惨痛教训，洛杉矶市空气污染控制委员会宣布数项规定：消除炼油和燃料添加过程中的渗漏、气化现象，以减少碳氢化合物的散发；建立汽车废气标准；柴油卡车和公交车改用丙烷（汽油）等。

1960年，加利福尼亚州颁布了要求在汽车上安装控制污染的技术设备的规定，60年代末开始实施减少汽车尾喷管排气量的规定。

不过，由于遭到汽车制造商的强力抵制，最有效的“催化式排气净化器”直至1975年才规定必须装置。

1970年4月22日，约2000万美国民众在各地举行声势浩大的游行，呼吁保护环境，后来这一天被定为“地球日”。

“地球日”原来是这么产生的

1970年，美国颁布《清洁空气法》（CAA）修正案，成立美国环境保护署，建立了延续至今的空污染政策的轮廓：全国统一的环境空气质量标准、一系列基于技术能力的排放标准，以及更加严格的汽车排放标准。

其中，该法案要求在1975年前降低90%的机动车污染排放。

光化学烟雾笼罩下的洛杉矶-1

1990年， 加州空气资源委员会提出《低排放/零排放车辆计划》，这个计划未能一蹴而就，但对改善空气质量具有重大意义。

此外，加州还采取措施减少每日汽车行驶量，如鼓励市民乘坐公交车、实行“卡普”（carpool，即合伙用车的过桥费和过路费可打折扣）等。

1990年，美国有965个城市未达到国家空气质量标准规定的臭氧指标，1990年的《清洁空气法案修正案》根据这些城市的臭氧含量把它们分为“微量指标”、“中等”、“非常严重”、“极度严重”五类，而洛杉矶属于“极度严重”类别。

2012年8月，美国《地球物理学》杂志社报道说，据全国海洋和大气管理局（NOAA）科学家和工作人员的最新调查研究，在洛杉矶盆地地区，目前与汽车有关的空气污染程度比60年代减少了98%。

尽管该地区居民们如今的汽油和柴油消耗量是50年前的3倍。

回顾

汽车尾气是光化学烟雾的重要原因

光化学烟雾中混合有许多种污染物，但基本的（并且是最容易测量的）成分是臭氧（它属于二次污染物，是光化学烟雾的重要指标）。

这种化学物质是氧的一种特别活跃的形式，可以在低（背景）浓度之下存在于底层大气中的所有区域，它在19世纪中期初次被发现，但在接近100年的时间里，它只不过是一个科学好奇心的追逐对象。

对流层臭氧是在20世纪40年代的洛杉矶首次被当作一个问题而引起人们的关注，当时，神秘（几乎在一日出现即白天出现、傍晚消失）的烟雾开始出现，许多人出现眼睛病、头病、呼吸国难等症状。

与伦敦污染有所不同，洛杉矶光化学烟雾中的典型污染物是臭氧，最高时可达1530微克每立方米，还有大量的含氮有机化合物。

形成臭氧的反应机制极为复杂，并且是非线性的。

事实证明，最初往往很难去查明烟雾发生的原因，可以说没有人清楚地知道其中究竟含有何物及其成因，以及如何加以控制。

1948年，加利福尼亚理工学院化学教授埃利耶·哈根·斯密特开始研究烟雾问题。

汽车尾气被证明是光化学烟雾污染的源头之一

1952年，哈根·斯密特教授正式宣布臭氧是其中的主要成分，它不是从工厂烟囱或汽车排气管中直接排出，而是炼油厂及其他工厂排出的碳氢化合物、汽车废气中的二氧化氮及来燃尽的碳氢化合物在阳光紫外线照射下，发生“光化学反应”的结果。

尽管哈根·斯密特教授的实验证实了光化学烟雾形成的可能方式，但在羟基的主要作用被发现之后，确切解释光化学烟雾的理论在之后20年的时间里却并未有所发展。

光化学烟雾污染成因简述图

对流层臭氧的全貌直到20世纪80年代初期才显现出来，即大量碳氢化合物和氮氧化物在阳光照射下，发生一系列化学反应生成臭氧、过氧酰基硝酸脂等二次污染物，一次污染物和二次污染物混合所形成的浅蓝色有刺激性的烟雾污染现象叫作光化学烟雾。

光化学烟雾的形成除了必备的化学条件之外，还需要一定有利于烟雾形成的气象条件，在大气层结构稳定（不利于污染物扩散稀释）、气温较高和阳光充分的特定天气条件下才能形成，多出现在夏季。 

光化学烟雾笼罩下的洛杉矶-2

本文节选于《大气细颗粒物污染》，由中国环境科学学会编著。