气态亚硝酸（HONO）是城市大气HOx自由基的重要初级来源。国内外历史观测表明，HONO光解在城市日间HOx自由基初级产率中的占比夏季可达36~76%、冬季最高可达92%以上，是驱动臭氧和二次细颗粒物生成的“分子引燃剂”。然而，HONO观测长期受限于短期、局地外场活动，形成机制和直接排放又存在显著不确定性，导致其过去几十年的演变规律及其对空气质量的影响一直难以量化。
近日，北京大学环境科学与工程学院张远航、陆克定教授团队，在《自然·通讯》（Nature Communications）发表论文，研究团队建立了一套基于深度神经网络（DNN）的近地面HONO浓度时空演变规律重建方法，并在此基础上揭示了全球特大城市HONO的差异化趋势及其对臭氧和二次气溶胶的重要调控作用。
近地面气态亚硝酸的时空演变规律。DeepSurf-HONO数据集揭示了全球超大城市群HONO的显著高值、典型城市HONO的差异化演变趋势和对日间P(HOx)的主导性影响。
研究团队利用国内外10次外场观测中的70,140条5分钟分辨率的HONO观测记录对模型开展训练和验证，输入参数包括常规空气质量与气象参数。模型在4个独立测试集上取得r2=0.78、RMSE=0.37ppbv的模拟精度，显著优于传统机理模型（r2=0.40、RMSE=0.59ppbv）（相关研究成果发表于Environmental Science & Technology, 2024, 58, 13035-13046）。随后，团队将其应用于多源再分析数据产品，构建了2005~2021年全球近地面HONO数据集DeepSurf-HONO，中国区域分辨率为15×15km，全球分辨率为1°×1°。基于该数据集，揭示了典型城市HONO的差异化演变趋势：我国北京在2013~2021年大幅下降约47.4%；印度德里在2005~2018年上升约10.0%，2019~2020年新冠疫情爆发后显著下降约16.7%；此外，英国伦敦、美国纽约和洛杉矶则略有下降。HONO长期演变被识别为2013~2020年间典型城市夏季臭氧和冬季总硝酸盐生成速率年际变化的主要驱动因素。在北京和德里，其影响高于氮氧化物（NOx）和人为源挥发性有机物（AVOCs）减排的叠加作用；在欧美城市，其影响则与之相当。这表明削减HONO可能是破解O3与PM2.5协同控制难题的重要手段。
团队进一步通过数据驱动、机理分析与观测证据交叉印证，系统识别了典型城市条件下近地面HONO的来源特征。清洁至轻度污染条件下，HONO主要受NO2光化学转化控制，中度至重污染条件下湿度、气溶胶和燃烧源直接排放的影响显著增加。以北京为例，夏季HONO为NO2光化学主导型，NO2削减是2013~2021年夏季HONO下降的主要驱动力；而冬季为气溶胶与排放主导型，PM2.5、NO2和燃烧源直接排放削减共同驱动冬季HONO大幅下降。上述研究表明，HONO可作为区域二次污染的光化学指数，也是传统NOx-VOCs协同控制之外一个被忽视的补充减排靶点。通过夏季优先管控NOx、冬季协同削减NOx、PM2.5和高HONO/NOx比值的燃烧源排放，有望加速臭氧与PM2.5的协同治理。
该研究得到了国家自然科学基金的支持。研究成果以“Long-term nitrous acid evolution modulates ozone and secondary aerosol variations in global megacities”发表于《自然·通讯》（Nature Communications），北京大学环境科学与工程学院陆克定教授、张远航院士和天津工业大学叶灿副教授（原北京大学环境科学与工程学院博士后）为论文通讯作者，北京大学环境科学与工程学院博雅博士后李泫为论文第一作者。合作单位还包括中山大学大气科学学院等。
相关论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-78349-4
https://doi.org/10.1021/acs.est.4c02221
