COVID-19-Induced Lockdowns Indicate the Short-Term Control Effect of Air Pollutant Emission in 174 Cities in China
COVID-19引起的封锁导致中国174个城市的空气污染物排放的短期控制效果
摘要：区域失衡与一刀切政策之间的矛盾是当前中国空气污染控制的最大挑战之一。随着最近针对中国COVID-19大流行的第一级公共卫生应急响应（FLPHER）实施（到2020年2月22日确诊病例共77041例），全国范围内的人类活动大大减少，几乎所有经济活动活动被暂停。在这里，我们表明，这种情况代表了一个空前的“空窗期”，以探讨城市一级空气污染的短期排放控制效果。我们量化了第一级公共卫生应急响应引起的中国174个城市中NO2，SO2，PM2.5和PM10水平的变化。通过将广义加性模型，随机效应Meta分析以及天气研究和预测模型与化学分析相结合，建立了空气污染的机器学习预测模型。通过比较FLPHER期间的预测结果和观测结果，估算每个城市当前能源结构下的短期控制效果。我们发现，所有城市的短期排放控制效果在53.0％–98.3％范围内，而南部城市的效果明显强于北部城市（P <0.01）。与特大城市相比，中小城市对NO2和SO2的控制效果相似，但对PM2.5和PM10的影响更大。
研究方法：
- 广义加性模型和随机效应Meta分析
- WRF-Chem模型分析
- 短期排放控制效果的估算
部分结果：
在一级公共卫生应急响应封锁期间，中国174个城市中NO2，SO2，O3，PM2.5和PM10的每日污染水平和每日确诊的COVID-19病例的时间演变。（a）每日平均NO2和SO2浓度。误差线表示一天中24次测量的标准偏差。（b）每日平均PM2.5，PM10和O3浓度。误差线表示一天中24次测量的标准偏差。a和b中的红色虚线表示由于中国武汉爆发COVID-19而首次实施封锁的日期。在一级公共卫生应急响应封锁期间，中国174个城市中NO2，SO2，O3，PM2.5和PM10的每日污染水平和每日确诊的COVID-19病例的时间演变。（a）每日平均NO2和SO2浓度。误差线表示一天中24次测量的标准偏差。（b）每日平均PM2.5，PM10和O3浓度。误差线表示一天中24次测量的标准偏差。a和b中的红色虚线表示由于中国武汉爆发COVID-19而首次实施封锁的日期。
封锁期间中国84个城市（总共30例确诊病例）中四种空气污染物水平与确诊COVID-19病例之间的关联。（a–d）对确诊的COVID-19病例的（a）NO2，（b）SO2，（c）PM2.5和（d）PM10的全市相对响应因子（RR）的总体值。（e–p）湖北省内外城市之间（i–l）NO2，SO2，PM2.5和PM10的RR值与已确认的COVID-19病例（e–h）的比较 和北部城市，以及（m–p）大城市和中小型（S–M）城市。请注意，结果代表每10例新确诊的COVID-19病例的RR值和95％置信区间。
WRF-Chem模型模拟并观察了中国174个城市的主要空气污染物的平均浓度。假设没有发生COVID-19锁定相对于实际观测值（红色实线）的情况，执行了模拟（蓝色虚线）。（a，d，g和j）从2019年11月14日至2020年3月15日进行观测和模拟的（a）NO2，（d）SO2，（g）PM2.5和（j）PM10的日平均浓度在实施封锁之前的第一阶段（2019年11月14日至2020年1月22日）被用作优化模型的训练集。第二阶段（2020年1月23日至2020年2月20日）和第三阶段（2020年2月21日至2020年3月15日）代表封锁期（测试集）和大多数城市撤销封锁（验证集）的恢复期。（b，e，h和k）在第I和II期期间，在174个城市中观察到的和模拟的（b）NO2，（e）SO2，（h）PM2.5和（k）PM10的平均浓度之间的差异。误差线表示周期II（n = 28）和周期III的标准偏差。（c，f，i和l）在此期间在174个城市中观察到的模拟平均浓度与（c）NO2，（f）SO2，（i）PM2.5和（l）PM10之间的百分比变化百分比二和三。LD和ALD分别表示FLPHER锁定时段（时段II）和封锁时段之后（时段III）。
国家层面对COVID-19封锁产生的空气污染物的短期控制效果。（a）2020年2月22日之前在中国不同省份的累计确诊COVID-19病例。（b-e）（b）NO2，（c）SO2，（d）PM2.5和 （e）中国的PM10。不同的颜色表示不同的短期控制效果，而较深的黄色表示较大的短期排放减少量。
对环境的影响：
近年来，尽管强有力的污染控制政策已大大降低了全国范围内的空气污染，但其污染水平仍然远远超过了WHO的准则限值和中国环境空气质量标准。2019年，超过180个地级城市未能达到国家年度PM2.5水平的标准。目前，进一步降低污染水平的努力面临许多问题，其中包括地区失衡和监管有效性不明政策是主要挑战。与COVID-19相关的封锁时期为估算不同地区不同污染物的短期控制效果提供了前所未有的机会。由于人类活动和经济活动受到近乎极端的限制，在封锁期间，空气污染物的排放得到了极大的抑制。因此，这种结果可以代表在当前能源结构下通过短期管理手段减少空气污染控制的程度。该信息对于预测不同地区的政策有效性和政策优化非常重要。
目前，重度污染的地区通常比轻度污染的地区在所有部门受到更严格的规定。但是，重要的是，我们的结果清楚地表明，重度污染的地区不一定比轻度污染的地区具有更好的空气污染物影响。例如，华北平原地区遭受的空气污染比华南地区严重，但其对空气污染物的短期控制作用却比华南地区弱得多。对于一个控制效果很小的城市，对运输和工业采取过分严格的措施肯定会导致效率低下和毫无意义的经济牺牲。因此，减排政策的制定必须是具体的，而不是广泛而模棱两可的。否则，即使付出了巨大的经济代价，这些政策也可能不会生效。
对于短期控制效果有限的地区（例如华北平原），可能很难仅通过短期政策法规来降低空气污染水平。对于这些地区，应制定长期战略和目标，例如优化区域能源结构和改善废气处理技术。我们的结果还表明，简单地减少主要排放源对PM2.5污染几乎没有影响。应同时对气溶胶前体排放物（例如VOC和NOx）实施更严格的监管政策。这些结果为突破目前中国空气污染控制的困境提供了信息，也为其他污染地区/国家的政策制定提供了有益的参考。
引用格式：
Lu D, Zhang J, Xue C, Zuo P, Chen Z, Zhang L, et al. COVID-19-Induced Lockdowns Indicate the Short-Term Control Effect of Air Pollutant Emission in 174 Cities in China. Environmental Science & Technology 2021; 55: 4094-4102.
