近日，北京大学环境科学与工程学院陆克定教授、谭照峰研究员团队在《National Science Review》（国家科学评论）发表题为“The two faces of tropospheric ozone: a harmful yet essential constituent”的重要研究成果。文章系统阐述了对流层臭氧在环境与气候系统中的双重角色，既是对人体健康和生态系统有害的“超级污染物”，又是维持大气自净能力的关键氧化剂。这一研究为协同治理空气污染与应对气候变化提供了科学依据。

臭氧的双面性：危害与不可或缺的功能

对流层臭氧的负面效应已广为人知。研究表明，臭氧暴露可导致肺功能损伤、系统性炎症及心血管疾病风险上升，全球每年约50万人因臭氧污染过早死亡。同时，臭氧作为强温室气体，其辐射强迫效应仅次于CO₂和CH₄，并通过抑制植物光合作用导致粮食减产和森林退化，进一步加剧气候变化。然而，臭氧的另一面却鲜被公众认知。作为大气中羟基自由基（OH）的主要来源，臭氧驱动了大气氧化过程，能有效清除甲烷、挥发性有机物等污染物，堪称“天然清洁剂”。团队指出，这种双重特性使得臭氧减排策略面临两难：过度削减臭氧前体物（如NOₓ）虽能改善空气质量，却可能削弱大气氧化能力，反而延长甲烷等温室气体的寿命。

非线性挑战与多尺度相互作用

文章强调，臭氧的生成与分布具有高度非线性特征，受前体物排放、气象条件及地理环境共同影响。例如，城市中心因NO排放抑制近地面臭氧生成，但郊区及自由对流层可能形成高浓度臭氧污染层。团队通过分析COVID-19封锁期间的臭氧变化发现，NOₓ排放下降虽降低了局部臭氧浓度，却因OH自由基减少导致甲烷增长率异常上升53%，凸显了臭氧化学过程的复杂性。

提出五大研究方向，推动精准治理

为破解臭氧的双面性难题，团队提出未来研究的五大优先领域：

1.构建多尺度监测网络，融合地面站、卫星与航空平台数据，提升臭氧垂直输送过程的量化精度；

2.重建工业革命前臭氧水平，通过冰芯同位素代理与模型结合，降低辐射强迫评估的不确定性；

3.深化臭氧-气溶胶-云相互作用机制研究，减少气候模型中的关键不确定性；

4.开发协同减排策略，平衡空气质量改善与气候目标；

5.完善健康风险评估，探索臭氧与其他环境胁迫因子的协同效应。

科学贡献与政策意义

该研究第一作者为北京大学环境科学与工程学院马雪飞副研究员，谭照峰研究员与陆克定教授为共同通讯作者。论文合作者包括北京大学环境科学与工程学院张远航教授、南京信息工程大学李柯教授、中山大学王海潮教授和卢骁教授、麻省理工学院（MIT）朱琴丹博士后，获国家自然科学基金与国家重点研发计划支持（基金号）。团队指出，臭氧的双面性要求政策制定者必须统筹短期健康效益与长期气候目标，通过跨学科合作与国际协同治理，实现“减污降碳”双赢。

此项成果不仅深化了对流层臭氧环境行为的理解，也为全球大气污染治理和气候变化应对提供了关键科学支撑。

相关论文信息：

National Science Review, 2025, 12(12), nwaf491.

DOI: https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf491