氮氧化物（NOx = NO + NO2）是大气臭氧和PM2.5的主要前体物，其排放在过去的几十年里在全球范围内都受到了严格控制。然而颗粒硝酸盐（pNO3-）浓度的降低远弱于 NOx排放的减少。在一些极端情况下，例如在 COVID-19封锁期间NOx大幅度减排的情况下，仍然可以在某些地区观测到较为严重的雾霾污染。这说明污染控制与减排之间不能理解为线性关系，挑战了以NOx为代表的一次污染物的减排可以有效缓解颗粒物污染的直观认知。
鉴于此，南京大学、北京化工大学和赫尔辛基大学等多个研究团队合作，利用在北京疫情封锁期间（2020年1-3月）的综合观测对上述的非线性关系进行了综合分析。研究发现通常在污染条件下可以忽略不计的夜间氮化学在疫情封控期间被强烈地放大，这极大促进了pNO3-和二次有机气溶胶（SOA）的形成。首先，N2O5在气溶胶表面的非均相反应成为封控期间 pNO3-的主要来源；其次，该反应同时生成了大量的 ClNO2和 Cl2，为次日昼间提供了大量的氯自由基，加速了VOCs氧化和SOA生成。
图1. 不同 PM2.5水平下 PM2.5成分和主要含氮化合物浓度在封锁前和封锁期间的对比。
夜间活性氮化学的关键是 NO 和 O3的相对丰度：当 O3比 NO 更丰富时，“NO滴定”效应有限，夜间氮化学被放大；然而当 NO 过量时，“NO 滴定”在广泛区域内抑制了夜间氮化学反应。通过在全球多个城市和郊区地点收集的数据证明，夜间氮化学反应通常在污染条件下处于“抑制状态”。然而，NOx的持续减排会导致“NO滴定”的减弱，夜间氮化学将在颗粒物污染中日益重要。就污染控制效果而言，我们的结果指出了夜间活性氮化学的重要性，防控政策需要同时控制VOC 和 NOx来调节O3的浓度和夜间活性氮化学的强度。
图2. 全球多个大城市的NOx和O3浓度在清洁（C）和污染（P）空气条件下的浓度对比。
该研究以“Increasing contribution of nighttime nitrogen chemistry to wintertime haze formation in Beijing observed during COVID-19 lockdowns”为题，于2023年10月12日在线发表于《自然·地球科学》（Nature Geoscience）期刊上（https://www.nature.com/articles/s41561-023-01285-1）。论文的第一作者鄢超时任赫尔辛基大学博士后，现为南京大学大气科学学院副教授。中山大学谭羽俊副教授为共同第一作者；南京大学大气科学学院丁爱军教授、赫尔辛基大学Markku Kulmala教授和中山大学谭羽俊副教授为本文的共同通讯作者。南京大学大气科学学院聂玮教授、美国Aerodyne公司Douglas Worsnop博士、美国卡耐基梅隆大学Neil Donahue教授等对本文有重要贡献。本项目受国家自然科学基金重大计划集成项目、重点国际合作项目、面上项目和江苏省气候变化协同创新中心的资助。
论文索引：Yan, C., Tham, Y.J., Nie, W. et al. Increasing contribution of nighttime nitrogen chemistry to wintertime haze formation in Beijing observed during COVID-19 lockdowns. Nat. Geosci. (2023). https://doi.org/10.1038/s41561-023-01285-1