南京大学|王文杰|NG:温度为何主导我国臭氧敏感性的季节转换|气象与健康013篇

这篇7月31日上线于 Nature Geoscience 的论文回答了一个直接关系治理节奏的问题：为什么我国地表臭氧污染正从传统暖季向春季、秋季乃至冬季延伸，而同样的前体物减排在不同季节会产生不同结果？

图1把2015年和2023年放在一起比较。华北平原2023年的二氧化氮浓度整体低于2015年，但臭氧超出世界卫生组织空气质量指导值的月份却向两端扩展：3—4月和9—10月的超标天数明显增多。全国站点中，2015—2023年年超标天数增加的城市也广泛分布于华北、华中和东部地区。

图1｜华北平原月均臭氧超标天数、NO₂浓度及全国年超标天数变化。图源：Wang et al., Nature Geoscience, 2026。

这组对照说明，臭氧变化不能只由“前体物排放降了多少”解释。温度、湿度、太阳辐射和气溶胶共同改变自由基循环，同一份排放清单放到不同季节，可能对应完全不同的臭氧生成区间。

图2｜北京2019年夏、冬两季臭氧与NOₓ的观测关系及箱式模式敏感性试验。图源：Wang et al., Nature Geoscience, 2026。

北京2019年的观测中，夏季臭氧随NOₓ先升后降，冬季则表现出显著负相关。箱式模式进一步显示，冬季臭氧峰值对应的NOₓ阈值只有约3—4 ppb，夏季约为14 ppb。只把冬季温度替换为夏季水平，阈值就明显右移；温度、光解频率和水汽同时替换后，结果已接近夏季状态。

直观地说，冬季更容易处于VOCs受限区：NOₓ很多，但负责推动光化学生成的活性有机物和自由基相对不足。此时若只减NOₓ，滴定作用减弱，臭氧反而可能上升；夏季则更容易向NOₓ受限区移动，减NOₓ的收益更直接。

图3｜观测约束箱式模式与GEOS-Chem结果对比、我国东部四季臭氧敏感性及驱动分解。图源：Wang et al., Nature Geoscience, 2026。

论文用φ刻画臭氧前体物敏感性。φ较高对应更强的VOCs受限特征，较低则更偏向NOₓ受限。空间模拟显示，我国东部冬季大范围φ偏高，夏季明显降低；从冬季转入夏季时，温度造成的变化超过人为排放和光化通量的单独作用。

图4｜温度、光化通量、湿度和气溶胶的协同机制及华北平原定量贡献。图源：Wang et al., Nature Geoscience, 2026。

升温一方面加快反应速率，另一方面提高生物源VOCs排放，并改变土壤NOₓ、HONO和含氧挥发性有机物等来源。与此同时，更强光化通量和更高水汽会增加自由基初级生成。图4中的定量分解还显示，各因素简单相加仍不足以解释全部变化，温度、辐射、湿度与气溶胶之间存在显著净协同效应。

图5｜以2019年为基准，GEOS-Chem模拟华北平原四季敏感性及春季臭氧对不同减排路径的响应。图源：Wang et al., Nature Geoscience, 2026。

情景试验给出了一个很清楚的差别。若NOₓ每十年减少15%，模拟中的4月MDA8臭氧到2060年由约115 μg/m³升至约132 μg/m³；若VOCs每十年减少10%，臭氧缓慢降至约103 μg/m³；NOₓ与VOCs按上述速率同步下降，春季臭氧仍可能升至约123 μg/m³。

只有把VOCs减排速度提高到每十年20%的试验中，4月臭氧才在本世纪中叶前后降到100 μg/m³以下。论文据此提出，为避免臭氧污染季节继续拉长，VOCs减排速度需要达到当前实施速度的约两倍。这里的“约两倍”是模式情景中的治理节奏，不应读成所有城市统一适用的固定比例。

原文：Nature Geoscience

数据与代码：Zenodo

本文依据论文摘要、主图与图注、数据代码声明，以及南京大学等官方作者主页独立整理。论文图件版权归原作者及出版方所有，文中均已标注来源。