科技创新

第一作者：张玉洁

通讯作者：高健 李海生 薛丽坤 

通讯单位：中国环境科学研究院

论文DOI：10.1038/s41467-026-75387-w

文章导读：

自2013年我国实施一系列大气污染管控政策以来，PM2.5和NOx等污染物的浓度显著下降，但O₃浓度居高不下。探明O₃生成敏感性是精准施策的关键科学依据，但目前重点区域夏季O₃生成敏感性的研究结论并不一致。究其原因，在于三种主要研究方法（空气质量模型模拟、盒子模型模拟和卫星遥感观测）在进行敏感性分区时的各自固有局限。

面对这一挑战，我院大气研究团队联合山东大学、中国科学院空天信息创新研究院等11家科研机构，在Nature Communications上发表了题为“Aligning climate and air quality goals demands early VOC control for China’s ozone pollution”的研究成果，该研究突破了传统静态敏感性分区方法的局限性，提出了耦合去除气象O₃浓度和敏感性趋势的CDTR框架。

文章亮点：

1. 提出了CDTR分析框架，为指导前体物排放格局快速变化背景下长代际O₃管控提供了动态适应性管理的新方法。

2. 揭示了O₃光化学系统的路径依赖性：前体物减排的次序和强度决定O₃削减效益。

3. 定量计算了VOCs减排红利期持续时间。

研究目的：

本研究针对中国NOx持续减排下臭氧仍上升、而传统“静态敏感性分区”难以捕捉气候—清洁空气协同政策驱动的长期排放动态这一问题，建立并实证一套“耦合动态趋势响应（CDTR）”分析框架。基于该框架，研究团队分析了京津冀鲁豫、长三角和珠三角重点区域2005-2024年夏季去气象化O₃浓度和敏感性外场观测数据，揭示了臭氧光化学系统演变的“路径依赖性”；并依据2020-2023年去气象化MDA8 O₃浓度与敏感性趋势同步平台期的关键信号启示，进一步模拟了2020-2060年双碳与大气污染协同治理背景下的最优O₃管控路径。该研究为应对前体物排放格局快速变化背景下的O₃治理，提供了动态适应性管理的新思路。

研究结论：

1.发现2020–2023年去气象化O₃浓度与敏感性“同步平台期”，实证了臭氧控制的路径依赖性。

三大重点区域夏季去气象化MDA8 O₃浓度与卫星FNR在经历近十年上升后同步停滞，并经WRF-CAMx、OBM等多方法交叉验证2020-2023年敏感性平台期的稳健性；回溯2005年以来四个政策阶段可知，前体物减排的“时序与强度”塑造了不同的O₃光化学演变路径。这验证了CDTR框架能捕捉传统静态敏感性分区难以识别的动态信号，并指示当前阶段优先削减AVOC更有效。

图1. 2005-2014年我国夏季重点区域O₃浓度和卫星遥感FNR值（敏感性指标）年际变化.（由于OMI老化，2018-2024年采用TRPOMI数据，2018-2020年OMI和TROPOMI的FNR年际变化规律相一致）

图2. 多方法验证敏感性平台期现象稳健性. a. 基于WRF-CMAx模型的2019-2021年三大重点区域夏季敏感性空间分布. b. 2019-2021年三大重点区域代表城市RIR值的年际变化.

图3. 2005-2020年夏季三大重点区域各行业NOx和AVOCs排放量（MEIC清单）、2018-2024年夏季TROPOMI的HCHO和NO2年际变化、2018-2023年夏季NOx和AVOCs总排放量年际变化（数据来自清华MEIC团队）

2.“双碳”与清洁空气协同下，早期优先强化AVOC减排是最优路径，挑战NOx优先传统范式。

起点终点相同、路径不同的配对情景表明，早期强化AVOC的路径在前15–20年可带来约2–3倍的O₃削减增量，有利于抵消增温热浪带来的“气候惩罚”；而最快推向NOx-limited的“only dual carbon”路径O₃改善最小，说明“尽快进入NOx控制区”并非最优，即便2060年NOx减排达84%，NCP夏季O₃仍远超WHO建议值，因此NCP必须在双碳政策期间持续强化VOCs管控。

图4. 基于《空气质量持续改善行动计划》和DPEC模型的碳中和路径设计的5种模拟情景

图5. O₃光化学系统的路径依赖性

图6. a 模型预测的2020–2060年MDA8O₃浓度及其敏感性的耦合动态趋势响应，定量揭示了路径依赖性. b为配对情景下，相对于前五年的MDA8 O₃浓度降低量,证实了早期人为VOCs（AVOC）减排的最优性。预测场景气象和BVOC排放输入均固定为2020年水平。

3.AVOC减排存在“时间受限的红利窗口”，且关闭时间区域异步，需动态分区管控。

以“等比例AVOC减排效益反超NOx减排”为窗口关闭标准：PRD约2045年最先关闭，YRD约2050年关闭，NCP到2050年仍保留递减中的AVOC优势。

图7. VOCs减排窗口持续期。a. 不同VOCs减排比例对应的MDA8O₃削减量。b. 不同NOx减排比例对应的MDA8O₃削减量。c. VOCs减排窗口红利期持续时间计算。百分比表示该年度额外的前体物削减比例。

4.CDTR框架：从静态敏感性分区到动态适应性管理。

贯穿外场观测和模型模拟的长代际O₃管控方法研究框架：CDTR框架可利用历史外场长期去气象化O₃浓度+FNR观测数据的同步趋势分析，提供实时的定性政策反馈。同时可应用于量化预测最优未来策略，通过定量比较不同路径下O₃-FNR共演化轨迹，识别最优路径和定量计算窗口关闭时间。

图8. 观测引导的协同空气质量与气候目标最优O₃管控路径

作者简介：

张玉洁 副研究员

中国环境科学研究院大气环境研究所硕士生导师。主要研究方向为O₃、PM2.5及其前体物的污染特征、成因机制、来源解析和健康风险。以第一和通讯作者在Nat. Commun., Environ. Sci. &Technol.等期刊发表论文二十余篇，参与出版学术专著3部，获授权国家发明专利6项。

高健 研究员

中国环境科学研究院大气环境研究所副所长、博士生导师。主要研究方向为城市大气污染综合防治、大气污染源解析，以及大气环境监测与信息化管理技术的研发及应用。累计发表学术论文240余篇，其中SCI收录论文150余篇，H指数55，论文总被引超14000 次。获授权国家发明专利 16 项；先后荣获国家科学技术进步奖1项、生态环境部科技奖 4项、教育部科技奖1项、国家专利奖1项。

薛丽坤 教授

博士生导师。主要从事大气化学、大气环境和污染防治领域的研究，长期开展区域大气环境变化和空气污染的综合立体观测，发展化学盒子模型用于揭示大气化学反应机理和污染成因。承担国家重点研发计划课题、国家自然科学基金优秀青年科学基金、重大研究计划重点支持项目、国际（地区）合作研究基金、面上项目、青年基金、山东省自然科学杰出青年基金等项目十余项。发表论文140余篇，论文总被引4800余次，H指数37。申请专利10余项。