地球環境研究所在城市減排對周邊地區大氣PM2.5化學特征的影響方面取得進展

近年來，隨著我國人為污染物排放的持續下降，大氣PM2.5濃度整體呈現顯著降低的積極態勢。目前，對二次氣溶膠的生成和轉化過程仍缺乏全面的研究，尤其是分子層面的生成機制尚不明確，這已成為制約PM2.5深度減排的關鍵瓶頸。

2021至2022，為防控疫情傳播，西安市實施了包括交通、工業及居民活動在內的全面管控措施，導致人為污染物排放顯著下降，為研究二次氣溶膠生成對PM2.5污染的貢獻提供了寶貴契機。地球環境研究所李建軍研究員課題組于2021年至2022，在關中平原國家站開展了大氣PM2.5的實地觀測，覆蓋了西安封控前、封控期間以及解封后春節期間的三個典型排放情景。研究對PM2.5中的碳質組分、水溶性離子及有機化合物組分進行了系統分析，并對二次氣溶膠的生成機制進行了深入探討。

研究結果顯示，盡管封控期間嚴格的管控措施導致NO2和SO2濃度顯著下降，但PM2.5濃度卻不降反升，甚至出現兩次超過200 μg·m-3的嚴重污染事件。分子示蹤分析與源解析結果表明，與封控前相比，封控期間生物質燃燒對PM2.5的貢獻增加了70%以上，這可能源于居家隔離期間郊區取暖和烹飪所用生物質燃料的增加。此外，液相氧化過程在封控期間生成了大量二次氣溶膠，對PM2.5的貢獻超過50%，在重度污染事件中甚至達到了72%。春節期間，煙花燃放釋放的金屬離子顯著促進了硫酸鹽的液相生成，使二次硫酸鹽相關來源對PM2.5的貢獻上升至33%。研究揭示了生物質燃燒/煙花燃放與液相氧化之間的協同作用對二次氣溶膠生成的重要貢獻，并指出不均衡的減排措施可能會加劇污染物間的相互作用，從而導致空氣質量的進一步惡化。因此，實現有效的空氣質量管理需采取多種污染物協同控制的減排策略。

上述研究成果近期發表于國際學術期刊iScience，該項工作得到了陜西省自然科學基礎研究計劃（2025JC-YBQN-450）、黃土科學全國重點實驗室開放基金（SKLLOG2307）、國家自然科學基金（42407156）和中國科學院青年創新促進會等的支持。

Yali Liu, Xiao Guo, Yifan Zhang, Yue Cao, Yingkun Jiang, Weining Qi, Minxia Shen, Lu Li, Qian Wang, Wenting Dai, Jianjun Li. Chemical Characteristics of Wintertime PM2.5 in Background Region of Northwest China During Urban Emission Reduction. iScience, 2025, 113528.

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113528

圖1 觀測期內氣象參數(a)和PM2.5主要化學組分濃度（b-e）的時間序列

圖2 西安封控期間(a)和春節期間(b)，NOR、SOR和ALWC隨RH的升高趨勢

圖3 西安封控前，封控期間和春節期間PM2.5的來源解析