第一作者兼通讯作者，我国学者发表Science论文，揭示我国城市空气污染的独特化学机制

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

空气污染是一个全球性的环境问题，对空气质量、气候、生态系统和人类健康有着深远的影响。近几十年来，中国经历了严重的雾霾污染，也被称为“复合型空气污染”。这些极端雾霾的特点是细颗粒物（即 PM2.5）浓度高，且在时间和空间上分布广泛，但自 2013 年以来，由于监管措施的实施，情况有所缓解。

与历史上主要由煤炭燃烧造成的伦敦大雾以及主要由汽车尾气光化学氧化形成的洛杉矶烟雾不同，中国雾霾的形成机制具有双重特性：既包含高强度的一次污染物排放，又存在高效的二次转化过程。

当前阶段中国的显著特点是农业社会和工业社会的混合，导致来自各种来源的二次气溶胶前体物排放量高。这些包括农业源（典型农业社会特征）——农业活动产生的氨气（NH₃）、居民燃煤和秸秆燃烧用于取暖和烹饪释放的人为挥发性有机化合物（VOC）（农业社会的特征），以及工业源（典型工业社会特征）——机动车尾气和工业活动排放的氮氧化物（NO + NO₂）、二氧化硫（SO₂）和人为挥发性有机化合物（VOC）（工业社会的特征）。这些大量无机和有机前体物的混合物在很大程度上改变了二次有机气溶胶（SOA）的生成量、化学形态和形成途径。

2025 年 8 月 28 日，中国科学院地球环境研究/西安交通大学黄汝锦研究员作为第一作者兼通讯作者，联合丹麦、美国、德国、芬兰、荷兰、沙特，以及中国香港、澳门和内地多家单位的科研人员，在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Secondary organic aerosol in urban China: A distinct chemical regime for air pollution studies 的综述论文。

通过与欧美国家历史时期空气污染事件进行比对研究，该论文揭示了我国多种大气环境因素之间的复杂相互作用共同促成城市大气中二次有机气溶胶的独特形成机制，强调了多污染物相互作用、多相反应和多代化学转化过程的重要性，为进一步深化霾污染治理提供了科学依据。

在过去十年中，中国的环境污染治理取得了显著进展，但中国城市中二次有机气溶胶（SOA）的前体物、形成过程、转化以及其对辐射预算和人类健康的影响仍存在很大的不确定性。分子水平上对 SOA 前体物和多代产物的分类对于阐明 SOA 的形成和命运至关重要，尤其应关注那些研究较少的前体物，例如半挥发性和中等挥发性有机化合物以及挥发性化学产品。

值得注意的是，过去十年中国城市中 PM2.5 浓度的大幅下降（这一现象在其他地方未曾有过报道），导致了地表臭氧浓度的显著上升，这有利于 SOA 的形成。因此，定量理解冬季中国城市中导致大气氧化能力增强的未被识别的来源至关重要。通过准确地对上述方面进行参数化，有望改进 SOA 的模拟。至于缓解措施，诊断城市或区域范围内臭氧-氮氧化物-挥发性有机化合物的敏感性对于制定经济有效的策略至关重要，该策略可优先控制那些既导致高浓度二次有机气溶胶又导致高浓度臭氧的前体物。

该研究通过对我国城市大气中二次有机气溶胶（SOA）生成的化学环境和机制进行系统梳理和分析，发现冬季高大气氧化能力是多种因素共同作用的结果，包括高浓度气态亚硝酸光解、氮氧化物参与的烯烃臭氧化、卤素自由基反应以及水/氧参与的界面氧化和水解过程，这些化学条件导致二次有机气溶胶高效生成。此外，较高浓度的氮氧化物促进了一系列含氮有机物的生成，尤其是过氧酰基硝酸酯的形成，延长了有机过氧自由基寿命，进而加剧区域二次污染。近年来硝酸盐占比上升，也提升了气溶胶液态水含量，进一步促进液相二次有机气溶胶的生成。该研究还讨论了人为源二次有机气溶胶生成与老化过程对颗粒物吸湿性、光学特性及健康效应的影响。同时展望了未来研究重点，特别强调需重视对未知氧化途径的探索、对前体物和多代氧化产物的分子水平表征、以及对相应的生成与老化机制的深入研究。

我国城市大气二次有机气溶胶形成的独特化学环境与机制

总的来说，该论文总结了中国城市中二次有机气溶胶（SOA）形成的科学现状，具体包括：1）人为前体物的主导地位如何影响 SOA 的形成；2）主要的 SOA 形成机制是什么；3）多污染物和多相过程在 SOA 形成和演变中的重要性如何。论文还强调了未来研究的关键方向。

该论文不仅加深了对我国城市霾污染形成机制的理解，也为全球大气污染研究提供了参考，为未来空气污染治理和政策制定提供了重要科学依据。

论文链接：

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