廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心估算2014-2018年我國(guó)東部CFC-11排放量上限
CFCs (氟氯烴類化合物,又稱“氟利昂”)是一類從上世紀(jì)三十年代開(kāi)始使用的第一代制冷劑和發(fā)泡劑。CFCs在對(duì)流層中很穩(wěn)定,壽命達(dá)幾十到上百年,可傳輸至平流層并光解產(chǎn)生活性氯原子,對(duì)臭氧層產(chǎn)生巨大的破壞作用。為保護(hù)臭氧層,自20世紀(jì)80年代開(kāi)始,各國(guó)在《蒙特利爾議定書》及其修正案的框架下,先后限制了包括CFCs在內(nèi)的消耗臭氧層物質(zhì)(ODS)的生產(chǎn)和使用。我國(guó)做為發(fā)展中國(guó)家,應(yīng)在2010年1月前完全停止生產(chǎn)和使用CFCs。CFC-11(CCl3F,一氟三氯甲烷)貢獻(xiàn)了平流層中約四分之一的活性氯原子,一個(gè)氯原子可以破壞十萬(wàn)個(gè)臭氧分子,因而對(duì)臭氧層的破壞能力極強(qiáng)。隨著《蒙特利爾議定書》及其修正案的實(shí)施,大氣中CFC-11的濃度在90年代中期達(dá)到峰值后開(kāi)始逐步下降。然而,2018和2019年相繼發(fā)表在《Nature》上的兩篇文章,發(fā)現(xiàn)2012年后大氣中CFC-11的濃度下降速率變慢,推測(cè)可能出現(xiàn)了CFC-11的“意外排放”,并基于在太平洋全球背景站點(diǎn)的觀測(cè)指出該“意外排放”主要來(lái)自東亞,中國(guó)東部貢獻(xiàn)了全球CFC-11“意外排放”的約40-60%,而山東和河北等可能是排放熱點(diǎn)地區(qū)。這一發(fā)現(xiàn)引起了媒體的廣泛關(guān)注,使我國(guó)遭受了嚴(yán)重的環(huán)境外交壓力??陀^而言,這些研究對(duì)中國(guó)東部CFC-11排放量的估算均是基中國(guó)大陸以外極少數(shù)站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù),且不同研究估算的排放量相差很大,非常缺乏基于本地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的估算和評(píng)估。



針對(duì)這一問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王新明研究員和張艷利特任研究員課題組與山東大學(xué)薛麗坤教授、中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所唐建輝研究員和加州大學(xué)爾灣分校Donald Blake教授合作,利用2012-2018年間在山東的三個(gè)郊區(qū)站點(diǎn)以及泰山頂和砣磯島兩個(gè)區(qū)域背景站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)CFC-11的變化趨勢(shì)和排放情況進(jìn)行了評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn),與夏威夷Mauna Loa全球背景站點(diǎn)相比,在山東同期測(cè)得CFC-11濃度水平要高出17-23%,但結(jié)合前期研究結(jié)果來(lái)看,2012-2018年CFC-11水平仍呈顯著下降趨勢(shì),且下降速率(-3.8 ppt yr-1)高于全球背景站下降速率(-1.2 ppt yr-1)(圖1)。必須看到,觀測(cè)期間泰山頂和砣磯島站點(diǎn)后向氣團(tuán)軌跡表明,經(jīng)過(guò)山東半島聚氨酯泡沫工業(yè)區(qū)氣團(tuán)的CFC-11濃度明顯增加,間接說(shuō)明CFC-11的“意外排放”可能與聚氨酯泡沫工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)(圖2)。我們進(jìn)一步基于示蹤物比值法對(duì)我國(guó)東部CFC-11排放量進(jìn)行了估算,兩個(gè)站點(diǎn)基于一氧化碳(CO)、氯仿(CHCl3)和四氯化碳(CCl4)等示蹤物的估算結(jié)果比較一致(圖3),得出我國(guó)東部CFC-11的平均排放量14.7±4.3 Gg yr-1。這一結(jié)果低于前期國(guó)外研究估算值,且由于我們的估算是基于在排放熱點(diǎn)地區(qū)觀測(cè)的CFC-11與示蹤物比值來(lái)代表整個(gè)東部地區(qū),因而該排放量應(yīng)是我國(guó)東部CFC-11的排放上限。
我國(guó)一直積極參與并推進(jìn)落實(shí)《蒙特利爾議定書》及其修正案。研究指出,此次我國(guó)履約工作陷入同際質(zhì)疑的被動(dòng)局面,與缺乏有效的監(jiān)測(cè)評(píng)估體系有關(guān)。如果有高精度、高時(shí)間分辨率的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和捕捉異常的非法排放,就可避免出現(xiàn)這種被動(dòng)局面。2018年以來(lái),我國(guó)生態(tài)環(huán)境部開(kāi)展了多次全國(guó)性O(shè)DS執(zhí)法專項(xiàng)行動(dòng),并計(jì)劃建設(shè)ODS背景濃度監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),為履行《蒙特利爾議定書》及其修正案提供科學(xué)支撐。

圖1. 本研究報(bào)道的CFC-11濃度(實(shí)心)與前期文獻(xiàn)報(bào)道的CFC-11濃度(空心)。淺綠色實(shí)線為NOAA MLO全球背景站2000 - 2018年CFC-11濃度變化;灰色虛線為在山東觀測(cè)到的CFC-11濃度呈下降趨勢(shì)。

圖2. 2014年砣磯島站點(diǎn)120h氣團(tuán)后向軌跡的聚類結(jié)果及每條聚類中CFC-11、CO和主要鹵代烴(CFC-12、HCFC-22、CH2Cl2、CHCl3和CCl4)的濃度

圖3. 基于CFC-11與多種示蹤物比值估算中國(guó)東部CFC-11的排放量
研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和廣東省科技廳等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Environmental Science & Technology Letters。
論文主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心有機(jī)地球化學(xué)分析平臺(tái)完成測(cè)試。
論文信息:Huang, X.Q.; Zhang, Y.L.*; Xue, L.K.; Tang, J.H.; Song, W.; Donald, B.; Wang, X.M.* Constraining Emission Estimates of CFC-11 in Eastern China Based on Local Observations at Surface Stations and Mount Tai. Environmental Science & Technology Letters, 2021, 8, 11, 940–946. https://doi.org/10.1021/acs.estlett.1c00539.
(有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)

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