第一作者兼通訊作者，我國學者發表Science論文，揭示我國城市空氣污染的獨特化學機制

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境問題，對空氣質量、氣候、生態系統和人類健康有著深遠的影響。近幾十年來，中國經歷了嚴重的霧霾污染，也被稱為“復合型空氣污染”。這些極端霧霾的特點是細顆粒物（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氧化形成的洛杉磯煙霧不同，中國霧霾的形成機制具有雙重特性：既包含高強度的一次污染物排放，又存在高效的二次轉化過程。

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

2025 年 8 月 28 日，中國科學院地球環境研究/西安交通大學黃汝錦研究員作為第一作者兼通訊作者，聯合丹麥、美國、德國、芬蘭、荷蘭、沙特，以及中國香港、澳門和內地多家單位的科研人員，在國際頂尖學術期刊Science上發表了題為：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行比對研究，該論文揭示了我國多種大氣環境因素之間的復雜相互作用共同促成城市大氣中二次有機氣溶膠的獨特形成機制，強調了多污染物相互作用、多相反應和多代化學轉化過程的重要性，為進一步深化霾污染治理提供了科學依據。

在過去十年中，中國的環境污染治理取得了顯著進展，但中國城市中二次有機氣溶膠（SOA）的前體物、形成過程、轉化以及其對輻射預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 前體物和多代產物的分類對于闡明 SOA 的形成和命運至關重要，尤其應關注那些研究較少的前體物，例如半揮發性和中等揮發性有機化合物以及揮發性化學產品。

值得注意的是，過去十年中國城市中 PM2.5 濃度的大幅下降（這一現象在其他地方未曾有過報道），導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致大氣氧化能力增強的未被識別的來源至關重要。通過準確地對上述方面進行參數化，有望改進 SOA 的模擬。至于緩解措施，診斷城市或區域范圍內臭氧-氮氧化物-揮發性有機化合物的敏感性對于制定經濟有效的策略至關重要，該策略可優先控制那些既導致高濃度二次有機氣溶膠又導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氣溶膠（SOA）生成的化學環境和機制進行系統梳理和分析，發現冬季高大氣氧化能力是多種因素共同作用的結果，包括高濃度氣態亞硝酸光解、氮氧化物參與的烯烴臭氧化、鹵素自由基反應以及水/氧參與的界面氧化和水解過程，這些化學條件導致二次有機氣溶膠高效生成。此外，較高濃度的氮氧化物促進了一系列含氮有機物的生成，尤其是過氧酰基硝酸酯的形成，延長了有機過氧自由基壽命，進而加劇區域二次污染。近年來硝酸鹽占比上升，也提升了氣溶膠液態水含量，進一步促進液相二次有機氣溶膠的生成。該研究還討論了人為源二次有機氣溶膠生成與老化過程對顆粒物吸濕性、光學特性及健康效應的影響。同時展望了未來研究重點，特別強調需重視對未知氧化途徑的探索、對前體物和多代氧化產物的分子水平表征、以及對相應的生成與老化機制的深入研究。

我國城市大氣二次有機氣溶膠形成的獨特化學環境與機制

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

該論文不僅加深了對我國城市霾污染形成機制的理解，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依據。

論文鏈接：

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