撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

空氣污染是一個全球性的環(huán)境問題，對空氣質(zhì)量、氣候、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有著深遠(yuǎn)的影響。近幾十年來，中國經(jīng)歷了嚴(yán)重的霧霾污染，也被稱為“復(fù)合型空氣污染”。這些極端霧霾的特點是細(xì)顆粒物（即 PM2.5）濃度高，且在時間和空間上分布廣泛，但自 2013 年以來，由于監(jiān)管措施的實施，情況有所緩解。

與歷史上主要由煤炭燃燒造成的倫敦大霧以及主要由汽車尾氣光化學(xué)氧化形成的洛杉磯煙霧不同，中國霧霾的形成機(jī)制具有雙重特性：既包含高強(qiáng)度的一次污染物排放，又存在高效的二次轉(zhuǎn)化過程。

當(dāng)前階段中國的顯著特點是農(nóng)業(yè)社會和工業(yè)社會的混合，導(dǎo)致來自各種來源的二次氣溶膠前體物排放量高。這些包括農(nóng)業(yè)源（典型農(nóng)業(yè)社會特征）——農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的氨氣（NH?）、居民燃煤和秸稈燃燒用于取暖和烹飪釋放的人為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）（農(nóng)業(yè)社會的特征），以及工業(yè)源（典型工業(yè)社會特征）——機(jī)動車尾氣和工業(yè)活動排放的氮氧化物（NO + NO?）、二氧化硫（SO?）和人為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）（工業(yè)社會的特征）。這些大量無機(jī)和有機(jī)前體物的混合物在很大程度上改變了二次有機(jī)氣溶膠（SOA）的生成量、化學(xué)形態(tài)和形成途徑。

2025 年 8 月 28 日，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究/西安交通大學(xué)黃汝錦研究員作為第一作者兼通訊作者，聯(lián)合丹麥、美國、德國、芬蘭、荷蘭、沙特，以及中國香港、澳門和內(nèi)地多家單位的科研人員，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為：Secondary organic aerosol in urban China: A distinct chemical regime for air pollution studies 的綜述論文。

通過與歐美國家歷史時期空氣污染事件進(jìn)行比對研究，該論文揭示了我國多種大氣環(huán)境因素之間的復(fù)雜相互作用共同促成城市大氣中二次有機(jī)氣溶膠的獨(dú)特形成機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了多污染物相互作用、多相反應(yīng)和多代化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的重要性，為進(jìn)一步深化霾污染治理提供了科學(xué)依據(jù)。

在過去十年中，中國的環(huán)境污染治理取得了顯著進(jìn)展，但中國城市中二次有機(jī)氣溶膠（SOA）的前體物、形成過程、轉(zhuǎn)化以及其對輻射預(yù)算和人類健康的影響仍存在很大的不確定性。分子水平上對 SOA 前體物和多代產(chǎn)物的分類對于闡明 SOA 的形成和命運(yùn)至關(guān)重要，尤其應(yīng)關(guān)注那些研究較少的前體物，例如半揮發(fā)性和中等揮發(fā)性有機(jī)化合物以及揮發(fā)性化學(xué)產(chǎn)品。

值得注意的是，過去十年中國城市中 PM2.5 濃度的大幅下降（這一現(xiàn)象在其他地方未曾有過報道），導(dǎo)致了地表臭氧濃度的顯著上升，這有利于 SOA 的形成。因此，定量理解冬季中國城市中導(dǎo)致大氣氧化能力增強(qiáng)的未被識別的來源至關(guān)重要。通過準(zhǔn)確地對上述方面進(jìn)行參數(shù)化，有望改進(jìn) SOA 的模擬。至于緩解措施，診斷城市或區(qū)域范圍內(nèi)臭氧-氮氧化物-揮發(fā)性有機(jī)化合物的敏感性對于制定經(jīng)濟(jì)有效的策略至關(guān)重要，該策略可優(yōu)先控制那些既導(dǎo)致高濃度二次有機(jī)氣溶膠又導(dǎo)致高濃度臭氧的前體物。

該研究通過對我國城市大氣中二次有機(jī)氣溶膠（SOA）生成的化學(xué)環(huán)境和機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，發(fā)現(xiàn)冬季高大氣氧化能力是多種因素共同作用的結(jié)果，包括高濃度氣態(tài)亞硝酸光解、氮氧化物參與的烯烴臭氧化、鹵素自由基反應(yīng)以及水/氧參與的界面氧化和水解過程，這些化學(xué)條件導(dǎo)致二次有機(jī)氣溶膠高效生成。此外，較高濃度的氮氧化物促進(jìn)了一系列含氮有機(jī)物的生成，尤其是過氧酰基硝酸酯的形成，延長了有機(jī)過氧自由基壽命，進(jìn)而加劇區(qū)域二次污染。近年來硝酸鹽占比上升，也提升了氣溶膠液態(tài)水含量，進(jìn)一步促進(jìn)液相二次有機(jī)氣溶膠的生成。該研究還討論了人為源二次有機(jī)氣溶膠生成與老化過程對顆粒物吸濕性、光學(xué)特性及健康效應(yīng)的影響。同時展望了未來研究重點，特別強(qiáng)調(diào)需重視對未知氧化途徑的探索、對前體物和多代氧化產(chǎn)物的分子水平表征、以及對相應(yīng)的生成與老化機(jī)制的深入研究。

我國城市大氣二次有機(jī)氣溶膠形成的獨(dú)特化學(xué)環(huán)境與機(jī)制

總的來說，該論文總結(jié)了中國城市中二次有機(jī)氣溶膠（SOA）形成的科學(xué)現(xiàn)狀，具體包括：1）人為前體物的主導(dǎo)地位如何影響 SOA 的形成；2）主要的 SOA 形成機(jī)制是什么；3）多污染物和多相過程在 SOA 形成和演變中的重要性如何。論文還強(qiáng)調(diào)了未來研究的關(guān)鍵方向。

該論文不僅加深了對我國城市霾污染形成機(jī)制的理解，也為全球大氣污染研究提供了參考，為未來空氣污染治理和政策制定提供了重要科學(xué)依據(jù)。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2840