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(guó)Texas A&M University張人一教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作研究，揭示區(qū)域霧霾形成的新機(jī)制，與驅(qū)動(dòng)我國(guó)霧霾的長(zhǎng)期趨勢(shì)和輻射強(qiáng)迫變化的主要原因。研究顯示，近幾年，我國(guó)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(duì)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(zhǎng)所造成。新發(fā)現(xiàn)的這種反應(yīng)機(jī)制會(huì)增強(qiáng)BC氣溶膠對(duì)大氣的加熱和對(duì)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(shí)，增強(qiáng)的大氣加熱和地表冷卻效應(yīng)幾乎可抵消，因此對(duì)大氣層頂?shù)目傒椛鋸?qiáng)迫幾乎無(wú)改變。研究結(jié)果表明，近期國(guó)家對(duì)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(huì)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(shí)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(tuán)隊(duì)還包括中科院大氣物理研究所孫業(yè)樂(lè)研究員團(tuán)隊(duì)等。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助。成果于北京時(shí)間2月10日發(fā)表在美國(guó)著名科學(xué)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America，縮寫(xiě)PNAS）上。 由于一系列強(qiáng)有效的減排措施，自2013年以來(lái)我國(guó)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(tuán)隊(duì)基于長(zhǎng)期觀測(cè)資料的分析顯示，過(guò)去15年（2004-2018年）輕/中度霧霾（PM2.5=100-200 μg m-3 ）天數(shù)平均達(dá)到全年的30%（~113天），且近幾年并未呈下降趨勢(shì)（2013和2018年分別達(dá)到176和227天），及重度霧霾的時(shí)有發(fā)生。如何解釋這種霧霾的形成與趨勢(shì)，仍然是我國(guó)研究學(xué)者所面臨的具有挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問(wèn)題。 本研究論文基于長(zhǎng)期觀測(cè)資料及短期強(qiáng)化觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室煙霧箱模擬以及模型計(jì)算等多種手段和方法，從中國(guó)近幾年強(qiáng)減排、強(qiáng)控制的情境下但霧霾仍然頻頻發(fā)生為著重點(diǎn)，針對(duì)我國(guó)高濃度水平的一次細(xì)顆粒物黑碳（Black Carbon, B）和氣態(tài)前體物，設(shè)計(jì)并控制不同濕度條件開(kāi)展了新鮮排放的BC暴露在大氣中最常見(jiàn)的氣態(tài)污染物（SO2,NO2和NH3）中的煙霧箱模擬實(shí)驗(yàn)，揭示BC表面催化SO2的氧化反應(yīng)過(guò)程中硫酸鹽的形成和增長(zhǎng)、化學(xué)機(jī)理和影響因素。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在極低的SO2濃度（幾個(gè)ppb）和中等相對(duì)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(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)室煙霧箱的結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際大氣中硫酸鹽生成的估算中，發(fā)現(xiàn)通過(guò)這種BC表面的催化反應(yīng)途徑對(duì)中/輕度霧霾和重度霧霾期間硫酸鹽總量的貢獻(xiàn)分別達(dá)到了90-100%和30-50%。此外，基于輻射傳輸模型模擬計(jì)算，還發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)機(jī)制顯著增強(qiáng)了BC氣溶膠對(duì)大氣的加熱和對(duì)地表的冷卻效應(yīng)，而這種反應(yīng)機(jī)制對(duì)大氣層頂?shù)膬糨椛鋸?qiáng)迫的改變卻很小。因此，這種新的機(jī)制不僅解釋和厘清了為何在大力減排SO2的情境下，我國(guó)近幾年中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生的原因和化學(xué)機(jī)理；首次指出BC氣溶膠對(duì)區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生重要影響，對(duì)全球氣候輻射強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)則可能微乎其微。該研究成果對(duì)我國(guó)及世界發(fā)展中國(guó)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(duì)氣候變化均具有切實(shí)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(lái)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(chǎng)觀測(cè)、煙霧箱實(shí)驗(yàn)和模型模擬等）開(kāi)展大氣細(xì)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(xì)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。