专家观点｜朱彤：中国大气复合污染研究新进展举例

大气复合污染是指多种污染物和多种污染类型叠加，通过多种物理和化学过程耦合构成的大气污染体系。多种来源的污染物进入大气后，通过大气氧化性物种和细颗粒物表界面的大气化学反应促使污染物浓度升高，而大气中污染物与天气、气候及大气边界层等多尺度过程互相作用，在区域间互相输送转化，给生态环境、气候、人体健康带来严重影响。在此背景下，国家自然科学基金委于2015年正式立项“中国大气复合污染的成因与应对机制基础研究”重大研究计划（以下简称“大气复合污染重大研究计划”），旨在围绕大气复合污染形成的物理与化学过程与控制技术原理，建立大气复合污染成因的理论体系，提出控制我国大气复合污染的创新性思路等。目前该重大计划已近尾声，取得了大量研究成果，特别是以学科交叉基本建立起大气复合污染成因理论体系，以系统分析提出多个中国大气复合污染控制新思路，以多污染物协同控制、多目标综合治理构成大气污染治理的中国途径。大气复合污染重大研究计划不仅为中国大气污染治理提供了重要科学支撑，培养的人才队伍也成为国际大气化学主力军之一。

大气复合污染重大研究计划取得了大量研究成果，以下仅为近几年最新进展举例。

大气复合污染成因复杂，大气复合污染重大研究计划资助的研究团队在排放清单研究方面取得诸多进展，建立了迄今国际上最完整的中国大气污染源清单，得到国际广泛应用，为国家制定大气污染治理政策提供了科学依据。最新进展举例参见表1。

硫酸盐和硝酸盐是二次PM2.5生成的关键化学组分，对雾霾污染的形成发挥重要作用。厘清和深入研究两者的生成机制对于缓解PM2.5污染至关重要。对此，一系列研究得到以下新发现：

（1）在冬季低温高湿环境下，气溶胶表界面Mn快速催化氧化SO2并生成硫酸盐，反应速率常速比传统液相反应高出2-3个数量级。该机制对硫酸盐生成的贡献超过9成。

（2）NO2的液相反应生成HONO（大气亚硝酸），并进一步氧化SO2生成硫酸盐。

O3浓度升高导致N2O5生成量上升，气溶胶含水率上升促进N2O5水解，两者共同提高了NOX转化为硝酸盐的效率。该机制阐明了2011-2019年，长三角地区硝酸盐占比不断升高但NOX下降明显的原因。

柴油车黑碳表面可以催化SO2光氧化反应，并生成H2SO4分子，该反应可能是城市大气中新粒子和硫酸盐气溶胶的一个重要来源。此外，烟炱（即黑炭）颗粒物的碳核具有类还原的氧化石墨烯的微观结构（图1），可见光照射下可产生ROS（Reactive Oxygen Species，活性氧物种），导致氧化潜势和细胞毒性增强；碳核含量高的烟炱，表面有机物更易被氧化，具有更强的负面健康效应。

除上述进展外，还有多项大气化学过程相关研究成果未逐一列出，如同位素示踪揭示硫酸盐和硝酸盐气溶胶来源、气溶胶Fe可促进草酸盐的形成、气溶胶含氮有机物的液相形成机制等。

空气污染与气象-天气-气候之间紧密相关。天气状况-气象条件-气候模式可影响大气污染物的形成和转化，大气污染又进一步影响气象要素，通过影响热平衡、降雨过程等方面对气候变化产生影响。以下为最新进展举例（空气污染与气象-天气-气候方面的科学问题覆盖范围广泛，此处未将所有进展逐一列出）。

气溶胶辐射反馈可显著增加近地面PM2.5浓度：重霾期间气溶胶辐射效应通过增强近地面稳定性（温度下降、湿度上升、风速减小等），导致PM2.5浓度增加，且二次气溶胶增幅大于一次气溶胶。

气溶胶-边界层反馈与跨区域污染传输：结合外场观测和数值模拟，发现垂直方向的气溶胶-边界层反馈可与水平方向的大尺度天气过程相互作用，进而增强区域间污染的积累、转化和传输。基于此，提出了减缓这种区域尺度相互影响以实现科学、精准治霾的新思路。

冬季风影响京津冀和长三角冬季PM2.5年际变化：16年、17年和COVID-19期间京津冀和长三角站点的PM2.5呈明显的“跷跷板”现象，东亚冬季风活跃程度是导致京津冀和长三角PM2.5年际变化的主要原因。活跃的冬季风有利于京津冀PM2.5向长三角输送，减少南北的PM2.5差异，不活跃的冬季风则不利于区域输送，增加南北PM2.5差异。

气溶胶污染与气候的相互作用：研究团队识别了影响中国北方PM2.5重污染的两大气候因子：东大西洋-西俄罗斯大气遥相关、北太平洋维多利亚模态；发现COVID-19期间气溶胶浓度降低增强了大气对流和水汽辐合，可解释2020年长江流域降水增加量的1/3。

大气复合污染研究在我国环境空气治理策略制定方面发挥了重要指导作用，如散煤燃烧对区域空气污染有重要影响、氨减排具有复杂的环境效应等，研究成果为散煤治理与分区域氨减排策略的制定提供了科学支撑。

目前，我国大气污染防治取得显著成效，但持续改善空气质量仍面临诸多挑战。我国PM2.5浓度进一步下降的难度较大，距离WHO推荐阈值（5μg/m³）仍有较大差距；O3浓度波动上升，且呈区域蔓延趋势。此外，在人为源排放的污染物降低的情况下气候变暖也会加剧空气污染（如森林野火造成的空气污染、近地面臭氧污染加剧生成等，进一步影响人体健康），相关基础科学问题的解决是我们未来生态环境研究工作所面临的挑战和关注的重点。展望未来，“双碳”目标将是持续改善我国空气质量的重要驱动力，探索气候、环境和健康效益最优的协同治理路径至关重要。

[1] Zhu, T., Tang, M., Gao, M. et al. Recent progress in atmospheric chemistry research in China: establishing a theoretical framework for the “air pollution complex”. Adv. Atmos. Sci. 40, 1339–1361 (2023). https://doi.org/10.1007/s00376-023-2379-0

[2] Gao, Y., Ma, M., Yan, F. et al. Impacts of biogenic emissions from urban landscapes on summer ozone and secondary organic aerosol formation in megacities. Science of The Total Environment. 814, 152654, ISSN 0048-9697 (2022). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152654

[3] Wang, W., Liu, M., Wang, T. et al. Sulfate formation is dominated by manganese-catalyzed oxidation of SO2 on aerosol surfaces during haze events. Nat Commun. 12, 1993 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22091-6

[4] Wang, J., Li, J., Ye, J. et al. Fast sulfate formation from oxidation of SO2 by NO2 and HONO observed in Beijing haze. Nat Commun. 11, 2844 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-16683-x

[5] Zhou, M., Nie, W., Qiao, L. et al. Elevated formation of particulate nitrate from N2O5 hydrolysis in the Yangtze River delta region from 2011 to 2019. Geophysical Research Letters. 49(9), (2022).

https://doi.org/10.1029/2021GL097393

[6] Fan, M., Zhang, W., Zhang, Y. et al. Formation mechanisms and source apportionments of nitrate aerosols in a megacity of eastern China based on multiple isotope observations. JGR Atmospheres. 128(6), (2023). https://doi.org/10.1029/2022JD038129

[7] He, G., Ma, J., Chu, B. et al. Generation and release of OH radicals from the reaction of H2O with O2 over soot. Angewandte Chemie. 134(21), (2022). https://doi.org/10.1002/ange.202204829

[8] Zhu, J., Sheng, M., Shang, J*. et al. Photocatalytic role of atmospheric soot particles under visible-light irradiation: reactive oxygen species generation, self-oxidation process, and induced higher oxidative potential and cytotoxicity. Environ. Sci. & Technol. 56, 7668-7678 (2022). https://doi.org/10.1021/acs.est.2c00420

[9] Li, J., Han, Z., Wu, Y. et al. Aerosol radiative effects and feedbacks on boundary layer meteorology and PM2.5 chemical components during winter haze events over the Beijing-Tianjin-Hebei region. Atmospheric Chemistry and Physics. 20(14), 8659-8690, (2020). https://acp.copernicus.org/articles/20/8659/2020/

[10] Huang, X., Ding, A., Wang, Z. et al. Amplified transboundary transport of haze by aerosol–boundary layer interaction in China. Nat. Geosci. 13, 428–434 (2020). https://doi.org/10.1038/s41561-020-0583-4

[11] Li, J., Hao, X., Liao, H. et al. Winter particulate pollution severity in North China driven by atmospheric teleconnections. Nat. Geosci. 15, 349–355 (2022). https://doi.org/10.1038/s41561-022-00933-2

[12] Liu, M., Huang, X., Song, Y. et al. Ammonia emission control in China would mitigate haze pollution and nitrogen deposition, but worsen acid rain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (16), 7760-7765 (2019). https://doi.org/10.1073/pnas.1814880116

专家简介

朱彤 中国科学院院士、北京大学环境科学与工程学院教授

【CCAPP秘书处根据会议记录整理发布，如需转载或引用，请注明“作者, 文章名, 发布平台：中国清洁空气政策伙伴关系CCAPP, 发布日期”。】

【图片来源：演讲者PPT、网络】

相关知识

薛涛和朱彤团队发表全球空气污染影响妊娠失败的研究结果
FESE  朱彤院士：中国环境健康研究展望—论文—科学网
薛涛和朱彤研究团队关于生命早期臭氧暴露疾病负担的新进展
PNAS发表北京大学环境污染与出生缺陷研究成果
多权威机构联合发布报告：以健康驱动空气污染与气候变化协同治理
新年健康十大重点之一——环境污染，做好应对“气候病”的准备
报告：建议以健康驱动空气污染和气候变化协同治理—新闻—科学网
江桂斌院士为国科大学生做“我国环境污染与健康研究展望”专题报告
环境健康战略研讨会暨“制定基于健康保护的中国环境空气质量标准”项目开题会成功举办
报告：建议以健康驱动空气污染和气候变化协同治理

网址: 专家观点｜朱彤：中国大气复合污染研究新进展举例 https://www.trfsz.com/newsview242167.html