我国大气环境问题系统治理的构思

刘润 ,  邵敏 ,  陆克定 ,  李启华 ,  吴清茹 ,  严刚 ,  柴发合 ,  王书肖 ,  苏杭 ,  陈楚楚 ,  张士汉 ,  贺克斌 ,  刘文清 ,  张远航

中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (3) : 164 -174.

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中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (3) : 164 -174. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2024.11.006
面向美丽中国的资源循环利用与生态环境治理研究

我国大气环境问题系统治理的构思

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Systematic Governance of Atmospheric Environmental Issues in China

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摘要

近年来，我国绿色发展势头良好，以细颗粒物（PM2‍.5）年均浓度持续下降、重度及以上污染天数不断减少为标志的大气污染防治成效突出；然而大气污染防治的结构性、根源性压力依然存在，如PM2‍.5二次成分占比上升、O3浓度维持高位振荡态势，表明我国大气环境治理仍面临严峻挑战，亟需统筹应对多目标协同、多污染物协同控制、履行国际环境公约等压力。本文剖析了我国大气环境治理的基本形势，辨识出大气环境系统治理的理论创新不足、释放碳污治理协同增效潜力成为亟需、大气环境多尺度一体化治理策略有待构建等面临的突出挑战；进一步阐释了区域 ‒ 全球大气环境问题之间的相互作用，跨圈层多污染物、多介质过程的相互作用机制等大气环境问题的内在关联，提炼出由大气氧化性的基础理论与应用、大气环境系统治理的创新技术链构成的大气环境问题系统治理关键体系。建议开展国家大气环境系统治理的顶层设计、启动大气环境系统治理的科技创新项目、构建大气环境系统治理的管理机制、部署大气环境系统治理的行动计划，以科学推动我国大气环境问题系统治理，逐步增强大气环境人群健康与生态风险管控能力。

Abstract

In recent years, China has demonstrated significant green development, with remarkable achievements in air pollution control evidenced by the sustained decline in annual average fine particulate matter (PM2.5) concentration and continuous reduction of heavy pollution days. However, the structural and essential stress on air quality improvement remains prominent, as manifested by the increasing proportion of secondary components in PM2.5 and the high-level fluctuations of ozone concentration, indicating that severe challenges remain in atmospheric environment governance in China and highlighting the urgent need to address multiple pressures, including multi-objective synergy, multi-pollutant collaborative control, and compliance with international environmental conventions. This study analyzes the current status of atmospheric environment governance in China, identifying prominent challenges including insufficient theoretical innovation in systematic atmospheric environment governance, urgent needs to harness the potential of synergistic effects from carbon-pollution co-governance, and the requirement for formulating multi-scale-integrated air-quality management strategies. Furthermore, it elucidates the intrinsic relationships among atmospheric environmental issues, particularly the interactions between regional and global atmospheric problems as well as the cross-sphere mechanisms of multi-pollutant, multi-media processes. A critical framework of systematic atmospheric environment governance is proposed, comprising fundamental theories and applications of atmospheric oxidation capacity, along with innovative technological chains of systematic environmental management. Strategic recommendations are outlined, including implementing top-level design for systematic governance, initiating scientific innovation programs for holistic pollution control, establishing coordinated management mechanisms, and deploying action plans. These measures aim to advance systematic air-quality management in China and enhance health risk prevention and ecological risk control capabilities in atmospheric environment governance.

Graphical abstract

关键词

大气环境 / 系统治理 / 大气氧化性 / 气候变化 / 跨圈层、多介质过程 / 国际环境公约

Key words

atmospheric environment / systematic governance / atmospheric oxidation capacity / climate change / cross-sphere multi-media processes / international environmental conventions

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刘润,邵敏,陆克定,李启华,吴清茹,严刚,柴发合,王书肖,苏杭,陈楚楚,张士汉,贺克斌,刘文清,张远航. 我国大气环境问题系统治理的构思[J]. 中国工程科学, 2025, 27(3): 164-174 DOI:10.15302/J-SSCAE-2024.11.006

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一、 前言

近年来，生态文明建设位于国家全局工作的突出位置，生态环境保护工作出现全局性变化。随着《大气污染防治行动计划》（2013年）、《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（2018年）、《空气质量持续改善行动计划》（2023年）等的推进实施，我国大气污染防治工作取得显著成效。2013—2023年，在国内生产总值（GDP）增长78%、能源消费增加37%的情况下，全国细颗粒物（PM2‍.5）年均浓度下降54%、重度及以上污染天数减少82%[1]，空气质量改善成效在世界大气污染治理进程中具有代表性[2~4]。我国秉持负责任的大国的态度，签约并履行了大气环境领域的多项国际协议和公约，提出了力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标。

需要指出的是，我国大气环境保护依然面临结构性、根源性压力，如PM2‍.5二次成分在质量浓度中的占比继续呈上升趋势，全国重点城市群区域的二次颗粒物占比超过50%[5]。随着一次污染物末端治理的减排贡献逐步下降，大气污染物的减排空间逐步收窄，PM2‍.5质量浓度下降趋缓[6]。重点区域和城市O3浓度维持高位振荡态势，尚未进入稳定的下降通道。国际环境公约的履约压力也显紧迫。当前，大气污染防治、全球环境履约尚未实现多目标协同和多污染物协同控制，不利于统筹解决大气环境问题，也难以实现PM2‍.5、O3浓度的同步下降。

中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，这一本质特征要求大气环境系统治理需要从大气环境质量根本改善的需求出发，调控人类活动与自然过程之间的相互作用关系。全国生态环境保护大会（2023年）提出的“四个重大转变”“五个协同”论述，也为破解上述难题提供了战略机遇和科学指导。本文面向我国空气质量改善、国际环境履约协同的实际需求，客观分析当前我国空气质量持续改善存在的问题，探讨提出我国大气环境问题系统治理的构思设想。

二、 我国大气环境治理的基本形势

大气污染防治工作是我国生态环境保护的重要组成部分，随社会经济发展过程中主要大气环境问题的演变而不断深化，经历了4个发展阶段：消烟除尘（1972—1990年），采取排放浓度控制的思路；酸雨和SO2控制（1991—2000年），采取排放控制向总量控制过渡的思路；污染物排放总量控制（2001—2010年），采取以总量控制为核心的防控思路；区域复合型污染防治（2011年至今）[7,8]，采取以质量控制为核心的防控思路。随着大气环境问题从煤烟型污染向以PM2‍.5、O3为特征的区域复合型污染演变，大气环境政策也从以污染物排放浓度控制、污染物排放总量控制为重点，逐渐转向以大气环境质量改善、气候变化缓解为核心。

（一） 环境空气质量根本改善依然任重道远

十多年来，我国大气污染防治领域实现历史性变革，大气污染防治工作取得积极成效。2023年，全国339个地级及以上城市的PM2‍.5，可吸入颗粒物（PM10），O3日最大8 h平均值第90百分位数，SO2、NO2、CO日均值第95百分位数年均浓度分别为30 μg/m3，53 μg/m3，144 μg/m3，9 μg/m3、22 μg/m3、1‍ mg/m3。2016—2023年，全国城市环境空气质量优良天数比例从83‍.1%上升至85‍.5%[1]。然而，结合国家高质量发展的重大需求来看，大气污染态势依然严峻，2023年部分区域和城市的空气污染甚至出现反弹，实现“美丽中国”大气环境质量目标面临不小的挑战。

PM2‍.5仍是导致城市空气质量超标的主要污染物之一，2023年339个城市中仍有105个PM2‍.5浓度超标[1]；2019年我国人口加权的PM2‍.5暴露水平约为40 μg/m3，在203个国家和地区中排名靠后[9]。我国现阶段PM2‍.5水平与世界卫生组织（WHO）第三阶段指导值（15 μg/m3）依然存在差距，因而持续降低PM2‍.5浓度仍是空气质量改善的重点方面。

以末端治理为主的污染治理成效逐渐收窄，导致PM2‍.5浓度下降趋缓。2015—2022年的全国PM2‍.5浓度持续下降，年均降幅为2‍ μg/m3，但2019年之后明显放缓（1‍.8 μg/m3），2023年甚至出现反弹。与此同时，PM2‍.5二次成分占比呈上升态势。我国162个实地测量的有机气溶胶（OA）来源解析结果表明，2013—2020年观测点平均OA浓度从20‍.6 μg/m3下降至9‍ μg/m3，二次有机气溶胶（SOA）质量分数从53%增长到69%[5]。PM2‍.5质量浓度进一步降低的难度和成本逐步加大。

O3浓度尚未进入下降通道。大部分城市和地区的O3浓度呈现高位振荡或波动上升态势，长时间、大范围的O3污染时有发生，成为多数城市超标的主要污染物[10,11]。2023年，339个城市中有79个的O3浓度超标，明显影响优良天数的比例，以O3为首要污染物的超标天数占总超标天数的40‍.1%，超过了PM2‍.5的占比（35‍.5%）。2019年，我国人口加权的O3暴露水平约为124‍.3 μg/m3，在203个国家和地区中位于第195位[9]。从年平均值来看，以WHO第二阶段目标值（120 μg/m3）衡量，O3污染形势更加严峻；2023年我国仅有44个城市O3达标，4个城市达到WHO指导值（100 μg/m3）。

（二） 履约国际环境公约面临多重压力

我国积极承担国际环境治理责任，签约并履行多项大气环境领域的国际协议和公约，提出了“双碳”目标。我国加入《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（1991年）后，不仅如期实现各阶段履约目标，而且在淘汰消耗臭氧层物质（ODS）方面取得显著成效，累计淘汰ODS约5‍.04×105 t，同时避免约2‍.3×1010 t CO2当量的温室气体排放[12]。在《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（2001年）履约方面，我国全面淘汰包括林丹、硫丹、六溴环十二烷在内的20种持久性有机污染物（POPs），大幅削减二噁英等无意排放（即工业生产、废物处理等过程中非故意生成）的POPs，提前完成2025年的履约目标。在《关于汞的水俣公约》（2017年）履约方面，我国基本完成主要添汞产品的淘汰工作，推动主要涉汞工艺的低汞或无汞化替代，成为全球大气汞减排总量最大的国家。

不可忽视的是，我国在履行国际环境公约方面仍面临较大压力，大气环境国际履约整体进入困难期。我国经济体量大，多类大气成分排放总量在国际上居于高位，也是全球最大的温室气体排放国之一（排放量占全球的30%以上）[13]。我国在汞[14,15]、ODS[16]、二噁英[17]等污染物的排放方面均占全球较大的比例。此外，《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》持续增列新的管控物质，而经济社会发展可能导致新增排放，客观上增加了我国履约的难度，也对我国环境治理提出了更高的要求。

（三） 气候变化对空气质量的影响不容忽视

气候变化与大气污染存在相互作用。目前，我国处于全球O3浓度的高值区域，而全球和区域内温度持续升高、连续无降水日增加，均会加剧我国O3污染。一方面，全球变暖会增强挥发性有机物（VOCs）、活性氮成分的自然源排放[18,19]，提高前体物生成O3的效率[20]；气候变化带来了更为频繁的高温热浪[21~24]，而高温热浪通常与晴空、静稳天气紧密联系，容易引发大范围的O3污染[25]。另一方面，平流层环流在全球变暖条件下得到增强，每年可增加3%的平流层O3向对流层的垂直传输[26]，促成近地面O3浓度增加。在全球增温1‍.5~2‍.5 ℃情景下，假定人为排放不变，则我国东部年均O3浓度将上升2‍.1~4‍.3 μg/m3[27]，其他增暖情景均会加剧我国东部地区的O3污染[28~30]。

气候变化具有推高PM2‍.5浓度的作用，但这一作用的不确定性很大。在全球变暖的背景下，东亚冬季风减弱、东亚大槽变浅、中低层大气更加稳定，导致污染扩散条件恶化[31]，在冬季可能加大极端PM2‍.5污染过程出现的频率[32,33]。此外，全球变暖引起的野火事件增多[34]，也是加大空气污染风险的重要因素。

三、 我国大气环境治理面临的挑战

（一） 亟需大气环境系统治理的理论创新

实现大气污染防治由实践探索到科学理论指导的重大转变，是推动我国空气质量提升从量变到质变的关键。我国在大气环境系统治理方面虽有显著进展，但面临的挑战依然严峻，亟需理论创新。大气环境系统治理的核心理论之一是大气氧化性理论。大气氧化是大气环境系统治理体系中的核心微观机制，大气氧化性的强弱受到大气中多种成分浓度变化的影响。此外，大气氧化性决定关键大气成分（引起大气环境问题）的化学寿命，由此将全球和区域尺度的大气环境问题紧密联系起来；相关理论既是PM2‍.5、O3协同防控的瓶颈，也是区域污染与全球变化协同应对的关键。

在大气污染防治的实践中，我国学者通过国内外大气污染特征的比较和分析，提出了以大气氧化性为核心的大气复合污染成因理论框架[35]，为面向二次颗粒物、O3的二次污染预测与控制提供了理论参照。随着大气环境问题趋于复杂，相关理论框架适逢完善和提升的战略机遇期：全球气候变化对区域大气环境问题的作用成为科学共识，而全球气候变化背景下的二次污染演变规律及趋势亟待揭示；大气环境系统治理成为重大需求，区域 ‒ 全球问题相互关联和精准调控方法的理论基础亟需厘清。

实现大气环境系统治理的理论创新，重在两方面：① 厘清多污染物相互作用基础上的大气氧化性演变规律，建立适用于全国和重点区域的大气自由基精准监测与模拟技术方法；② 揭示关键大气成分在全球、区域、城市、街区、室内等尺度上的协同与拮抗机制，阐明跨圈层、多介质相互作用机制，实现多尺度融合的高分辨模拟。

大气环境研究体系亟待向经济社会发展、生态环境风险两个方向进行延伸和拓展。后续，我国将大力度释放产业、能源、交通、土地利用结构（“四大结构”）调整在减污降碳上的潜力，以重化工为主的产业结构、煤炭为主的能源结构、公路货运为主的运输结构将发生明显转变，必然深刻改变大气环境的格局及趋势，亟需开展前瞻性基础研究，用于支撑“四大结构”调整。大气环境的演变可能伴随重大的健康和生态风险，导致人群健康、生态损害的因素涉及区域污染物、新污染物、气象因子及重污染、极端天气（如高温和热浪），相关过程还存在耦合作用，因而防范生态风险对经济社会高质量发展具有重大意义。当前，我国大气环境风险管控的基础研究相对薄弱，决策支持平台尚存在技术“短板”，针对人群健康、生态风险的科学评估具有不确定性，因而亟待加强风险评估与管控方面的科技创新能力。

（二） 亟需大力度释放碳污治理协同增效潜力

在国家生态环境保护工作部署中，减污、降碳、扩绿、增长是一体化的顶层设计。发挥各项工作的自有潜力，更好促进各项工作的协同增效，是加速推动绿色增长的关键点。当前，我国减污降碳协同增效作用发挥得较为有限，重点行业和区域的碳污治理未开展协同[36]。不适宜的减排路径不仅会干扰经济社会发展目标的实现，还可能因减排措施缺乏协同而致碳污治理失衡，加剧大气环境治理的系统性风险。

在治理逻辑上，减污、降碳工作存在“串联、双线”各自为战的思维定式。在空气质量改善的“强约束”下，大气污染攻坚行动仍以末端治理为主，大量新建环境基础设施未考虑温室气体排放控制因素，将在未来20~30年的生命周期中产生碳锁定效应。

在治理路径上，对新能源相关产业发展和区域性布局可能带来的新增污染物排放负荷缺乏针对性设计，“双碳”路径也未充分考虑大气污染防治等环境治理对产业、能源、交通结构调整的区域异质性要求。在推动能源转型、产业结构调整时，需要更为细致地考量区域差异和环境承载能力，精准发挥减污降碳的协同效应。

在治理技术上，现有的单要素治理无法解决全产业链上污染物和温室气体大体量排放的问题，尤其是在重点行业和高排放设施的动态排放监测与精准溯源方面能力不足。亟需开发全球 ‒ 国家 ‒ 区域尺度的减污降碳综合评估模型、减污降碳协同治理的成套工艺技术。

（三） 亟需大气环境多尺度一体化治理策略

生态环境治理是在长周期内人类活动与自然过程相互作用的结果。自工业革命后，人类活动对生态环境的影响已明显超过自然变化，释放了大量的物质进入大气，导致区域污染事件频发、生态环境安全遭受被动影响等重大生态环境问题。例如，全球经历了SO2、NO x 、颗粒物、O3等引起的大气污染，CO2、CH4、N2O等温室气体的大气浓度屡创新高。与此同时，人工合成的氟利昂、哈龙类物质导致平流层O3损耗，化学品引发现实与潜在的健康、生态威胁，成为全球性的重大问题。

各类大气环境问题之间同时存在协同与拮抗作用（见表1）。温室气体与大气污染物、POPs、汞等主要排放源具有高度的协同性，如我国污染防治攻坚战兼顾促进了CO2减排，履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》《关于汞的水俣公约》在废物焚烧的二噁英、汞减排上发挥了较显著的协同作用。相关的拮抗作用较复杂：区域大气PM2‍.5关键组分具有显著的致冷效应，相关物质浓度的大幅下降对气候变化起到增温作用[37,38]；控制汞、二噁英的末端措施可能带来CO2新增排放[39]；履约《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》过程中ODS替代物通常具有强烈的温室效应。

研究结果[40]显示，能源结构调整类措施、风／光、水、天然气等清洁能源利用，可有效增强大气污染物和大部分公约管控物质（ODS除外）的协同减排效果；生物质能、固体废弃物能源等低碳能源的再利用，可能额外增加大气污染物、汞、多氯二苯、二噁英、多氯二苯并呋喃（PCDD/DFs）等的排放；产业结构调整措施，如淘汰落后产能、推广水性／清洁溶剂替代、采用新型化工生产工艺，可促进大气污染物和大部分公约管控物质的协同减排；再生有色金属替代矿产有色金属生产、电炉废钢生产替代高炉炼钢等，可能存在增加PCDD/DFs排放的风险。关于交通结构调整，当前政策主导的两类措施（推广新能源车，“公转铁、公转水”），对协同减排大气污染物和公约管控物质有较强的增效作用，尤其体现在协同减排CO2、NO x 方面。在各领域或行业内提高能源和原辅料的消耗效率，均有较强的大气污染物和公约管控物质协同减排效果，在能源领域增效更为显著。常规的大气污染物末端控制工艺（如除尘、脱硝、脱硫、脱VOCs），普遍具有一定的汞、PCDD/DFs协同减排效果，但设备运行所需的能源消耗可能带来额外的CO2排放。

四、 大气环境问题的内在关联

各类大气环境问题的内在关联是因大气成分之间的相互作用而普遍存在的（见图1），对空气质量、气候变化、平流层物理化学过程产生影响。实际上，这种影响可能在很大程度上被低估了。厘清相关的基本理论问题，不仅是大气领域科学前沿探索的需要，也是系统治理大气环境问题的关键支撑。

（一） 区域 ‒ 全球大气环境问题之间的相互作用

1‍. 二‍次颗粒物和O3的相互作用机制

在对流层内，二次PM2‍.5与O3之间存在复杂的相互作用机制[41~43]。① PM2‍.5、O3在区域尺度上具有共同的前体物来源，大气中的化学转化和传输过程也表现出相似性。更为关键的是，大气氧化作用将PM2‍.5、O3的生成过程紧密联系在一起。O3浓度升高会增强大气氧化能力，进而加速二次PM2‍.5的生成和老化过程，导致气溶胶的散射能力增加，也就促进O3的生成，由此形成正反馈作用机制。② PM2‍.5与O3之间存在复杂的耦合作用。PM2‍.5浓度降低会减弱颗粒物的消光作用，从而增加大气活性分子的光解速率，构成O3浓度升高的主要驱动力。PM2‍.5浓度下降会减少大气中过氧自由基（如HO2、RO2）的非均相摄取，进而促进O3的生成，相应贡献度约为光解增强机制的1/3。③ 在不同的环境条件下，各国PM2‍.5浓度下降引起的O3变化曲线具有可归一化的特性。当PM2‍.5浓度降至较低水平（如40 μg/m3）后，对O3浓度升高的驱动能力明显减弱，PM2‍.5、O3浓度之间的正相关关系则变得更加显著。

2‍. 全球变化与区域二次污染之间的相互作用

全球变化与区域二次污染之间的相互作用主要体现在以下关键过程。① 对流层中的多种成分，如温室气体、ODS及替代物、颗粒物、O3等，均具有全球辐射效应，在气候变化中发挥重要影响。大气氧化性决定着温室气体的大气寿命，进而对气候变化的发展趋势起到不可忽视的作用。② 气候变化改变气象条件，进而影响对流层大气的动力与热力条件，对大气中二次污染物的长期变化趋势具有直接影响。③ 平流层与对流层之间存在物质及能量交换，平流层O3向对流层的输送一直受到研究者的关注，对流层大气成分向平流层的输送也是科学热点。尤其是近年来火山喷发、野火燃烧等将大量颗粒物和气态污染物释放并抬升至平流层，对平流层乃至全球大气环境产生深远影响。④ 平流层O3损耗及其近期的修复趋势对进入对流层的紫外辐射产生作用，在一定程度上干扰了对流层的大气化学过程，特别是自由基生成过程，进而影响大气二次污染的形成。

全球范围内相关问题也是密切联系的。气候变化导致全球气温、水汽出现变化是平流层O3恢复科学评估方面的重要因子，为保护臭氧层而实施的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》中ODS及替代化学品具有不同的增温效应，平流层引发的辐射特别是紫外辐射的变化，在气候变化中的作用备受关注。

（二） 跨圈层多污染物、多介质过程的相互作用机制

将全球变化与区域大气污染相联系并开展系统化、集成化研究，是实施基础研究重大突破的战略选择，也是提升大气环境系统治理成效的重要转变。需要认识到，全球变化与区域大气污染问题在时间、空间尺度上存在显著差异，各自的研究范式也不尽相同。跨圈层多污染物、多介质过程机制的定量认知和精准预测，是亟待突破的科技瓶颈。大气环境领域的两大前沿问题指：跨尺度环境问题的交互影响，尤其是全球变化与区域空气质量之间的相互作用；多污染物、多介质环境过程的耦合作用，如大气 ‒ 水体 ‒ 土壤 ‒ 生态跨介质复合污染及相互影响。大气环境系统治理需要在这两个方面取得突破性进展，相关问题具有重要性并逐渐成为大气领域的科技共识。人为活动、自然系统排放的NO x 、VOCs、氨等成分，在大气中经过复杂的均相／非均相过程而形成PM2‍.5、O3等二次污染物。大气中的含氮物质以干湿沉降方式进入土壤和水体，导致土壤和地表水富营养化。土壤和水体中的氮通过硝化、反硝化过程向大气排放活性含氮化合物，又对环境空气质量构成影响。此外，POPs、汞也属于跨介质污染物。

跨圈层多介质过程是大气环境问题系统治理的核心科学问题，对管理决策起到重要的科技支撑作用。当前的研究集中于单一圈层过程，跨圈层、多介质研究正在快速推进，但多介质过程机制研究仅处于起步阶段。面向跨圈层、多介质机制的定量化监测、模拟、预测是亟待解决的问题。例如，如果存在足够的天然源VOCs（BVOCs）排放，土壤NO与随后的HO2反应生成NO2、OH，将导致HO2进一步氧化为NO[44]；土壤NO排放充当BVOCs反应的催化剂，添加到NO x 循环中，增加大气的氧化能力并促进BVOCs的化学反应和O3的生成。整体来看，我国植被BVOCs、土壤NO排放的协同效应致使O3浓度增加11‍.8±14‍.4 μg/m3，超过了BVOCs单独引起的7‍.1±13‍.4 μg/m3、土壤NO单独引起的3‍.2±8‍.3 μg/m3的总和[44]；特别是在O3浓度较高的东部地区可以导致更大的O3变化（~20 μg/m3）[44]。可见，如果将生物圈、土壤圈的过程耦合起来，协同效应对O3生成影响较各自排放影响程度的加和可提高1倍以上。跨圈层、多介质过程机制是科学理解全球 ‒ 区域大气环境问题的核心内容，也是今后一定时期内我国大气环境领域基础研究有待突破的瓶颈环节。

五、 支撑大气环境问题系统治理的关键体系

（一） 大气氧化性的基础理论与应用

全球 ‒ 区域大气环境问题具有复杂的关联性，凸显对跨圈层、多介质过程机制和大气氧化性深入研究的必要性。大气氧化性作为大气环境的关键属性，直接控制空气质量、气候变化、平流层O3损耗、POPs等环境问题的关联性与演变过程（见图2），对全球、区域、局部地区的大气过程产生决定性影响[45,46]。

当前的大气氧化性研究在监测与模拟方面存在不足。全球大气自由基的未知来源机制尚未充分厘清，导致自由基浓度的模拟结果与实测数据存在系统性偏差。盒子模型在低NO x 、高VOCs条件下普遍低估OH自由基的浓度，而在高NO x 、高VOCs条件下普遍低估HO2的浓度[47]。这些差异直接反映出现有的自由基化学理论存在明显局限。联合国政府间气候变化专门委员会认为，1850—1980年全球OH自由基浓度变化不显著，而1980—2014年期间增长约9%[48]。这种变化趋势表明，自由基平衡状态受到人类活动及大气成分变化的深刻影响。

大气氧化性对于建立全组分的科学概念极为重要，自由基能与大气环境中几乎所有的组分发生化学反应，基于自由基生成与去除的闭合研究可定量检验大气组分的完整度，支持对导致区域和全球问题的关键组分是否存在显著缺失进行科学判断，在跨圈层、多介质全组分研究中将起到关键作用。

大气氧化性研究在数十年间得到了大量的资源支持，但相关科学内涵、来源机制、表征方法等仍存在争议，并未建立科学共识。近年来，大气氧化性研究获得积极进展：从自由基浓度的单一表征逐步扩展至成分转化速率的多维度描述，研究对象从均相体系拓展至液相和多相体系。在技术手段方面，野外观测、实验室模拟、数值模型的一体化研究初见成效，有望突破传统自由基理论的局限，重现大气氧化性的历史演变过程，进而根据经济社会发展情景预测未来趋势。

大气氧化性的科学研究对我国大气环境系统治理具有不可替代的重要性。基于大气氧化性的定量评估，可以阐明大气氧化性的演变趋势和关键影响因素，明确我国大气氧化性的区域分布特征，探索大气氧化性科学调控的技术思路，对制定未来大气环境系统治理的科学对策和行动方案具有重要的科学意义。

（二） 大气环境系统治理的创新技术链

构建大气环境系统治理的创新技术链，支持突破区域 ‒ 全球环境问题协同控制的技术瓶颈。① 统筹构建涵盖常规大气污染物、温室气体、公约管控物质的融合排放清单和动态更新机制，明确相关的排放因子、空间分辨率、时间分辨率，形成包含国家 ‒ 区域 ‒ 城市 ‒ 园区 ‒ 行业5个层次的多维来源大数据体系。② 建立和完善支撑大气环境系统探测的“天空地海”一体化监测网络，构建从全球到区域、多尺度功能有机衔接的智慧感知系统。科学部署全国及重点区域的综合性野外观测计划，体系化建设大气环境超级站，形成针对大气全组分的闭合观测能力。③ 构建自主开源的大气环境全组分模型，涵盖物理化学过程、跨圈层传输与环境影响评估。开发面向温室气体与污染物协同控制的智能模拟模块，融合基于数值模型、人工智能大模型的综合基础数据库，形成大气环境系统的精准预报与情景模拟分析能力。

在此基础上，提出领域科技的总体部署方案，创建以全球 ‒ 区域大气环境问题协同防控和系统解决为核心的国家及区域方案，构建面向风险防控的大气多污染物协同治理智慧决策平台，为全面实现“美丽中国”大气环境目标提供理论和科技支撑。

六、 我国大气环境问题系统治理的工作建议

（一） 开展国家大气环境系统治理的顶层设计

建议适时启动我国大气环境系统治理的顶层设计，面向区域污染 ‒ 全球变化治理协同增效的重大需求，研究和制定国家指导性文件：“污染防治与全球环境履约协同应对工作实施意见”，用于系统部署大气环境系统治理的工作目标、主要原则、重点任务；“‘美丽中国’大气全组分管理考核指标体系的意见”，用于指导大气环境系统治理工作进程及成效的评估与考核。

需要充分认识大气环境系统治理工作的艰巨性、复杂性、长期性。在厘清区域 ‒ 全球尺度问题相互作用机制和评估准则的基础上，按照“促进协同作用、缓解拮抗作用”原则，形成国家 ‒ 区域 ‒ 行业等层次的中长期规划方案。结合国情实际，科学制定污染防治攻坚、“双碳”行动、健康中国行动、全球环境履约相关的减排目标和控制目标，统筹设计与大气关键成分控制相关的能源／产业／交通结构调整、减排技术布局、市场机制构建，落实顶层设计与行业、区域方案以及相应的管理机制，兼顾根本性改善区域空气质量、从全球环境治理参与者向引领者转变。

（二） 启动大气环境系统治理的科技创新项目

针对大气环境系统治理的理论创新需求，瞄准大气氧化性理论和跨圈层、多介质过程机制，以全球 ‒ 区域问题协同解决为牵引，统筹开展基础研究、全链条科技创新，适时布局相关基础研究计划项目。① 创新大气活性成分地气交换机制理论，构建城市、海洋、陆地生态系统与大气之间交换通量的精准测量技术，形成复杂污染源类型（如植被、船舶、机动车、生物质燃烧、野火、垃圾焚烧）与新型污染物（如活性氮、活性碳）等排放规律及变化特征的定量技术体系。② 创新不同环境下大气氧化性的来源、去除、循环机制，研制局部地区、区域、全球大气自由基理论以及多尺度自适应的大气全组分化学模型，揭示全球变化背景下大气氧化性变化规律及关键影响因素。③ 系统开展大气强氧化性条件下新粒子核化增长、颗粒物非均相 ‒ 多相化学反应等研究，采用外场观测 ‒ 实验室模拟 ‒ 多尺度化学传输模式进行相关系统的评估。④ 开展全球变化背景下空气质量与气候变化的综合研究，探讨大气全组分在典型区域的演变规律，揭示跨圈层相互作用、平流层注入与气候变化对空气质量的耦合机制，量化国际热点地区的大气污染跨界输送对区域空气质量的影响。

（三） 构建大气环境系统治理的管理机制

管理机制决定大气环境系统治理的走向及成效，随着管理对象特征的变化而需相应调整。我国的空气质量管理在以一次污染防控为主的阶段采用了以城市为主体的属地管理方式，在以扬尘、PM10、SO2为主要矛盾的治理阶段发挥了重要作用。随着酸沉降、PM2‍.5、O3相关问题的出现，大气环境领域适时从城市管理向区域尺度管理转变，以“两控区”、城市 ‒ 区域相结合的管理方式解决了波及我国1/3国土面积的酸沉降问题，在重点城市群地区采用区域联防联控的管理模式并取得PM2‍.5管控的良好成效。在面对区域 ‒ 全球跨圈层、多介质问题的协同管理形势下，亟需统筹设计行业、区域方案以及相应的管理机制，采用部际联席会议工作制度，形成全球问题应对 ‒ 区域污染防控协同的决策、实施、监管综合机制，建立“一张网”“一个清单”“一个模型”集成的大气全组分智能感知与智慧决策业务化系统。可设置专门的科研机构联席会议，提供大气环境系统治理的行业和区域方案以及行动计划建议，牵头开展典型区域的示范应用；立足实践并逐步形成大气环境系统治理的管理架构和运行机制，不断完善相关的评价机制。

（四） 部署大气环境系统治理的行动计划

大气环境系统治理是大气环境领域的新挑战和重要任务，建议按照我国大气环境治理根本改善的路线图，根据优先度有序部署行动计划。① 加快补齐大气环境系统治理方面的突出短板。VOCs作为在区域污染、全球气候变化中均起到关键作用的成分，在国家大气环境管理中未得到充分重视。在全球相关问题凸显的背景下，我国需启动实施包括VOCs、CH4、ODS、POPs在内的有机污染物全过程深度防控，大力推动相关行业产品及工艺的绿色转型。有关《大气污染防治行动计划》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》实施成效的科学评估已建议实施VOCs治理国家重大工程。结合区域 ‒ 全球问题治理协同增效的需求，可及早谋划、适时部署大气全有机物（含VOCs、CH4、POPs、ODS、有毒有害有机物）的协同治理行动计划。② 部署区域 ‒ 全球问题协同治理的行业和区域行动。以区域 ‒ 全球问题协同解决为牵引，推进“四大结构”动态调整以及生态、生产、生活绿色转型。将碳排放纳入大气污染治理的评估和审核体系，以空间统筹、部门协同的方式安全有序地开展减污和降碳。逐步推广市场化手段、多样化的经济激励政策，如总排放量控制指标、能效排放标准、排放权交易市场、绿色节能补贴等，充分调动社会各界和公众参与的积极性。

面向未来，还需择机实施我国大气全组分风险管控。区域空气污染、气候变化、平流层O3损耗、POPs、汞及新污染物等，均可在不同程度上导致人群健康和生态系统损害。然而，生态环境中组分及其转化、介质间相互作用、跨圈层交换与运移特征及其对人群健康和生态系统的影响等还存在较大的科学争议，支撑实施健康和生态风险管控的基础能力依然明显不足。可推动人群健康和生态风险科学评估的体系化、规范化，加强风险因素的观测、模拟和预报；同时选择有条件的区域或城市，探索应用基于风险的大气环境系统管理模拟方法，逐步建立和完善大气环境人群健康与生态风险管控体系。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2023YFC3706200)

国家重点研发计划项目(2023YFC3706100)

中国工程院咨询项目“我国空气质量和全球变化协同应对战略研究”(2023-XZ-78)

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