Science: 地球環(huán)境所揭示我國城市大氣二次有機氣溶膠形成的獨特化學(xué)環(huán)境與機制

城市空氣污染是全球性環(huán)境問題。2013年以來，隨著我國大氣污染治理措施的深入推進，一次顆粒物排放得到有效控制，而由氮氧化物、揮發(fā)性有機物等前體物經(jīng)大氣化學(xué)反應(yīng)生成的二次氣溶膠---(尤其是二次有機氣溶膠)成為霾污染的主導(dǎo)因素，亟需系統(tǒng)研究其形成機制。

中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃汝錦研究員聯(lián)合丹麥、美國、德國、芬蘭、荷蘭、沙特、香港、澳門及內(nèi)地多家單位科研人員，通過與歐美國家歷史時期空氣污染事件進行比對研究，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氣溶膠的獨特形成機制，強調(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，為進一步深化霾污染治理提供了科學(xué)依據(jù)。

研究通過對我國城市大氣二次有機氣溶膠生成的化學(xué)環(huán)境和機制進行系統(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(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，進一步促進液相二次有機氣溶膠的生成。

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(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)的生成與老化機制的深入研究。

該研究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(xué)依據(jù)。

成果以“中國城市大氣中二次有機氣溶膠形成的獨特化學(xué)環(huán)境與機制”(Secondary organic aerosol in urban China: A distinct chemical regime for air pollution studies)為題，2025年8月28日發(fā)表于《科學(xué)》(Science)雜志。中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃汝錦研究員為第一和通訊作者。

這項工作是繼他們2014年發(fā)表于Nature上發(fā)現(xiàn)二次氣溶膠是我國灰霾污染化學(xué)驅(qū)動因子的重要成果之后，又一項在城市大氣二次有機氣溶膠獨特形成機制方面的重要進展。該工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、新基石科學(xué)基金會科學(xué)探索獎等經(jīng)費支持，由來自中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所、廣州地球化學(xué)研究所、化學(xué)研究所、北京大學(xué)、清華大學(xué)、澳門大學(xué)、香港科技大學(xué)、沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)、丹麥奧胡斯大學(xué)、芬蘭赫爾辛基大學(xué)、荷蘭格羅寧根大學(xué)、德國美茵茨大學(xué)、美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校、加州大學(xué)歐文分校、哥倫比亞大學(xué)等單位組成的國際團隊合作完成。

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

我國城市大氣二次有機氣溶膠形成的獨特化學(xué)環(huán)境與機制