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北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院張芳副教授與美國Texas A&M University張人一教授團隊開展合作研究，揭示區(qū)域霧霾形成的新機制，與驅(qū)動我國霧霾的長期趨勢和輻射強迫變化的主要原因。研究顯示，近幾年，我國雖然重度霧霾發(fā)生頻率減少，但中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生，這主要由于在低的SO2濃度和中等相對濕度條件下黑碳（BC）表面的催化氧化反應(yīng)所引起的顆粒物快速增長所造成。新發(fā)現(xiàn)的這種反應(yīng)機制會增強BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應(yīng)，降低邊界層高度，加劇霧霾的發(fā)生和發(fā)展。但同時，增強的大氣加熱和地表冷卻效應(yīng)幾乎可抵消，因此對大氣層頂?shù)目傒椛鋸娖葞缀鯚o改變。研究結(jié)果表明，近期國家對工業(yè)源減排有效的減少了空氣中SO2的濃度， 但控制SO2的濃度僅減少重度霧霾的發(fā)生頻率，不會根本消除重度霧霾的發(fā)生與減少輕/中度霧霾發(fā)生的頻率。指出需同時控制一次排放的黑碳以及其他污染氣態(tài)物（NOx和NH3等）。 該成果第一作者為北京師范大學(xué)全球院張芳副教授。參加研究的其他團隊還包括中科院大氣物理研究所孫業(yè)樂研究員團隊等。本研究得到國家自然科學(xué)基金和科技部國家重點研發(fā)計劃資助。成果于北京時間2月10日發(fā)表在美國著名科學(xué)期刊《美國科學(xué)院院報》（Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America，縮寫PNAS）上。 由于一系列強有效的減排措施，自2013年以來我國重度霧霾（日均PM2.5>200 μg m-3）發(fā)生的頻率已明顯減少。但研究團隊基于長期觀測資料的分析顯示，過去15年（2004-2018年）輕/中度霧霾（PM2.5=100-200 μg m-3 ）天數(shù)平均達到全年的30%（~113天），且近幾年并未呈下降趨勢（2013和2018年分別達到176和227天），及重度霧霾的時有發(fā)生。如何解釋這種霧霾的形成與趨勢，仍然是我國研究學(xué)者所面臨的具有挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問題。 本研究論文基于長期觀測資料及短期強化觀測、實驗室煙霧箱模擬以及模型計算等多種手段和方法，從中國近幾年強減排、強控制的情境下但霧霾仍然頻頻發(fā)生為著重點，針對我國高濃度水平的一次細顆粒物黑碳（Black Carbon, B）和氣態(tài)前體物，設(shè)計并控制不同濕度條件開展了新鮮排放的BC暴露在大氣中最常見的氣態(tài)污染物（SO2,NO2和NH3）中的煙霧箱模擬實驗，揭示BC表面催化SO2的氧化反應(yīng)過程中硫酸鹽的形成和增長、化學(xué)機理和影響因素。研究團隊發(fā)現(xiàn)在極低的SO2濃度（幾個ppb）和中等相對濕度（40%）下該反應(yīng)就可快速生成PM2.5中的主要成分硫酸鹽。進一步將實驗室煙霧箱的結(jié)果應(yīng)用到實際大氣中硫酸鹽生成的估算中，發(fā)現(xiàn)通過這種BC表面的催化反應(yīng)途徑對中/輕度霧霾和重度霧霾期間硫酸鹽總量的貢獻分別達到了90-100%和30-50%。此外，基于輻射傳輸模型模擬計算，還發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)機制顯著增強了BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應(yīng)，而這種反應(yīng)機制對大氣層頂?shù)膬糨椛鋸娖鹊母淖儏s很小。因此，這種新的機制不僅解釋和厘清了為何在大力減排SO2的情境下，我國近幾年中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生的原因和化學(xué)機理；首次指出BC氣溶膠對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生重要影響，對全球氣候輻射強迫的貢獻則可能微乎其微。該研究成果對我國及世界發(fā)展中國家合理制定減排措施以治理霧霾、改善空氣質(zhì)量及應(yīng)對氣候變化均具有切實有效的理論指引意義。 論文第一作者我校全球院張芳副教授多年來一直從事大氣化學(xué)、大氣物理以及全球氣候和區(qū)域環(huán)境領(lǐng)域相關(guān)的研究，基于多種手段和方法（外場觀測、煙霧箱實驗和模型模擬等）開展大氣細顆粒物（氣溶膠）及其環(huán)境氣候效應(yīng)研究。近幾年的研究主要集中在區(qū)域大氣細顆粒物理化特性、二次轉(zhuǎn)化和形成、老化和混合狀態(tài)、吸濕核化（CCN）及其環(huán)境氣候效應(yīng)。相關(guān)成果發(fā)表在PNAS、Atmos. Chem. Phys.、Geophys. Res. Lett.、J. Geophys. Res.、Atmos. Environ.等領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊等近70篇，Google 學(xué)術(shù)SCI總引1600余次， H-index 指數(shù) 19。