近日，大气环境与极端气象全国重点实验室苏杭研究员团队在《Science Advances》发表题为“Global warming makes nitrogen oxide abatement key to ozone pollution mitigation”的论文，揭示全球变暖能够改变臭氧生成对前体物的敏感性，并进一步增强氮氧化物（NOx）减排对臭氧污染治理的控污效益。
近地面臭氧是氮氧化物（NOx）与挥发性有机物（VOCs）在光照条件下通过光化学反应生成的重要二次污染物，对人体健康、植被生长以及生态系统具有显著危害。由于臭氧生成与其前体物之间存在复杂的非线性关系，控制NOx还是VOCs取决于其所处的化学敏感状态。过去几十年，欧美许多城市的臭氧污染已逐步从VOCs敏感转变为NOx敏感，而我国、印度等地区许多城市仍处于VOC控制或过渡状态。与此同时，全球变暖及热浪频发正在显著改变大气光化学过程，但升温如何进一步改变臭氧敏感性及影响减排措施成效尚不清楚，这给高温、热浪频发背景下臭氧污染防控策略制定带来了重大挑战。
针对上述问题，研究团队综合环境观测数据约束模型模拟，将实测数据与基于观测的模型和大气化学传输模型（GEOS-Chem）相结合，系统研究了温度对臭氧生成敏感性的影响。结果表明，在−5°C至37°C的温度范围内，温度升高会持续推动臭氧生成由VOCs控制向NOx控制转变。其中，20°C为关键阈值——低于此温度时，敏感性对温度变化不敏感；高于此温度后，敏感性变化强烈（超过40°C极端高温时放缓）。机制分析表明，高温过氧乙酰硝酸酯（PANs）热分解的促进作用主导了臭氧生成敏感区的变化。
进一步的全球模拟表明，这一温度效应将对未来臭氧控制产生重要影响。在SSP5-8.5高增温情景下，夏季升温可使北京臭氧生成敏感区由VOCs控制转为NOx控制的时间自2070年提前至2060年；至本世纪末，东亚、南亚及欧洲众多城市将呈现同类转变。
研究系统阐释了温度升高对臭氧光化学生成机制的调控作用，为全球变暖背景下我国及其他高臭氧污染地区制定长期臭氧协同控制策略提供了新的科学依据。
图1：观测和模型结果表明随温度升高，臭氧生成敏感区逐步向NOx控制区转变。
图2：温度升高通过改变大气化学反应和增强天然VOCs排放，共同推动臭氧生成敏感区向NOx控制区转变。
中国科学院-马普国际研究中心主任苏杭研究员和德国马克斯·普朗克化学所程雅芳教授为论文共同通讯作者。研究得到中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（XDB0760000）、国家重点研发计划（2024YFC3712900，2022YFE0137100）、国家自然科学基金和德国马克斯·普朗克学会等共同资助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea4124
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