北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學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所引起的顆粒物快速增長所造成。新發(fā)現(xiàn)的這種反應機制會增強BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應，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)表在美國著名科學期刊《美國科學院院報》（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，仍然是我國研究學者所面臨的具有挑戰(zhàn)性的前沿科學問題。 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的氧化反應過程中硫酸鹽的形成和增長、化學機理和影響因素。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果應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，而這種反應機制對大氣層頂?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、大氣物理以及全球氣候和區(qū)域環(huán)境領域相關的研究，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。相關成果發(fā)表在PNAS、Atmos. Chem. Phys.、Geophys. Res. Lett.、J. Geophys. Res.、Atmos. Environ.等領域內(nèi)權威期刊等近70篇，Google 學術SCI總引1600余次， H-index 指數(shù) 19。