大气中的二次污染物，如臭氧（O3）和二次有机气溶胶（SOA），并非直接排放，而是由氮氧化物（NOx）、挥发性有机物（VOCs）等在复杂非线性化学反应作用下生成，其生消过程受环境污染物丰度和气象条件的精细调控。准确刻画这些化学过程，是解析污染物演变规律、提升空气质量预报准确性及制定有效管控政策的关键。然而，现有部分化学机理在模拟不同环境下二次污染物的生成，尤其是低NOx环境下的自由基化学时，仍存在较大局限性。
针对这一挑战，北京大学环境科学与工程学院陆克定教授领衔的研究团队开发了新一代“复合污染大气化学机理”（Mechanism for Air pollution compleX version 1.0, MAX1）。MAX1机制以详尽描述对流层化学过程为核心，纳入了940种化学反应，包括光解反应、气相反应以及300种非均相反应，构建了一个能够细致刻画大气化学过程的“数字实验室”。该机制特别强化了对氯化学、Criegee中间体化学以及HO2和N2O5的非均相摄取等关键且前沿化学过程的表征与更新。凭借精细分辨率，MAX1不仅能有效量化二次污染物的生成，还能深入探究有机过氧自由基等关键中间体的化学行为，为揭示二次污染的微观成因提供机制细节。
图1：MAX1和其他机理OH、HO2和O3的模拟情况与实测结果对比
为验证MAX1的性能，研究团队采用了盒子模型（Box Model）和化学传输模型（Chemical Transport Model）从多个维度进行了严格评估。结果显示，在与两种广泛应用的集总化学机理的对比中，MAX1在整个NOx浓度尺度上对二次污染物和HOx自由基的模拟均取得显著进步，尤其在低NOx条件下，MAX1模拟的OH自由基浓度水平得到明显增强，更接近实际观测结果。与当前国际上最全面的详细化学机制之一MCM v3.3.1相比较，MAX1的差异更小，模拟性能更优。在全球尺度的O3和OH模拟中，无论是陆地、海洋、雨林还是城市等不同典型情景，MAX1同样表现出优异的模拟能力。值得一提的是，MAX1在保证高精度模拟的同时，计算成本可控，使其既能胜任精细化的盒子模型模拟研究，也能高效应用于全球气候模式的模拟，为大气科学研究和日常空气质量预报提供了兼具科学性与实用性的新选择。
总体而言，该研究开发的MAX1机理，为不同NOx环境下O3和HOx自由基的模拟提供了一套强大而可靠的工具，尤其适用于开展化学机制间的比对研究和各类大气化学过程的精细化模拟，有望推动大气二次污染成因研究、空气质量精准预报预警以及气候变化应用等领域的发展。
图2： MAX1与CBMZ机理的全球O3和OH模拟结果比较
研究成果以“Development and Evaluation of Mechanism for Air pollution compleX Version 1.0 (MAX1)”为题，于2025年8月19日在线发表于《Advances In Atmospheric Sciences》。北京大学环境科学与工程学院刘妍慧博士后为论文第一作者，陆克定教授与周厚华博士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（项目号：22325601, 92044302, 42377105）、国家重点科技基础设施项目“地球系统科学数值模拟设备”等的资助。
论文链接：
https://www.iapjournals.ac.cn/aas/article/doi/10.1007/s00376-025-4456-z
