beat365官方网站大氣與海洋科學系張霖長聘副教授課題組與國際應用系統分析研究所WilfriedWiniwarter教授、維也納自然資源與生命科學大學HaraldRieder教授等合作，結合減排效率和化學狀态兩種指标，指出歐洲因排放差異和大氣化學的複雜性，其東西部區域存在不同的通過活性氮排放控制減緩大氣PM_2.5污染的減排路徑，在綜合考慮氮排放控制成本後，其最優減排策略均更加強調氨的排放控制。相關研究成果以“為經濟有效地減緩歐洲PM_2.5污染識别最優活性氮控制路徑”（Optimal reactive nitrogen control pathways identified for cost-effective PM_2.5mitigation in Europe）為題，2023年7月17日在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

PM_2.5空氣污染是全世界過早死亡的主要風險因素之一，每年造成數百萬的死亡和健康壽命損失。許多國家已經實施了緩解PM_2.5污染的長期政策，有效地降低了PM_2.5濃度。然而，即使在歐洲等環境空氣相對清潔的地方，大量的人群仍然暴露在有害的PM_2.5濃度水平下。活性氮（Reactive nitrogen; Nr）排放，包括氨氮（NH₃）和氮氧化物（NO_x），是PM_2.5中二次無機氣溶膠（SIAs，包括硫酸鹽、硝酸鹽和铵鹽）組分的重要前體物，對歐洲的PM_2.5質量濃度有很大貢獻。由于NH₃來源的不确定性以及對其在緩解PM_2.5成效上的擔憂，大多數國家都沒有優先實施NH₃減排。當前歐洲國家Nr減排策略均顯示對NO_x排放的控制力度比對NH₃更大。為了達到最新的世界衛生組織指導值和實現零污染行動計劃，歐洲在未來的活性氮排放控制方面還需要進行大氣化學的系統評估。

張霖課題組與WilfriedWiniwarter、HaraldRieder等合作研究，集成WRF-Chem區域空氣質量模式，最新歐洲人為排放清單估計、人體健康暴露模型和活性氮排放控制成本數據，系統地分析了不同程度的Nr（NH₃和NO_x）排放控制對PM_2.5空氣質量的影響。研究發現，完全控制Nr排放将使歐洲PM_2.5空氣污染減少12%–29%，與PM_2.5相關的死亡率減少6%–29%，并有助于在歐洲部分區域實現世界衛生組織的最新PM_2.5濃度指導值。

研究團隊采用了減排效率（β）和化學狀态（G比值）兩種指标，分别表征PM_2.5空氣質量對Nr減排的瞬時響應和SIAs組分形成的化學限制條件，進而評估Nr減排對歐洲PM_2.5污染緩解的有效性。結果表明，東歐G比值接近1，SIAs生成受限于大氣氨濃度，低水平的NH₃或NO_x減排有類似的PM_2.5濃度緩解效果。相反，西歐G比值大于1，SIAs生成受限于大氣硝酸濃度，但當減排水平超過40%時，NH₃減排才開始有效（圖1）。并且随着歐洲排放控制水平的提高，NH₃減排效率增加，而NO_x減排效率則略有下降。研究顯示，過去常用基于平均大氣化學狀态的G比值雖然能提供粗略的Nr排放控制方向，但受限于瞬時均勻空氣塊的假設，精準地識别Nr排放控制臨界點還需借助減排效率指标。

圖1 2015年歐洲逐步減排Nr對緩解區域平均PM_2.5空氣污染的有效性。(a, b)西歐和東歐年均PM_2.5濃度及與PM_2.5相關的過早死亡随歐洲Nr、NO_x和NH₃減排的變化。(c, d)西歐和東歐與Nr、NO_x和NH₃排放控制相關的年平均瞬時效率（β）的變化。

歐洲區域進一步設計具有成本效益的Nr減排路徑以實現零污染行動則需同時考慮PM_2.5污染緩解有效性和實施成本。研究團隊提出了Nr減排對PM_2.5污染減緩效果的診斷方法（圖2），以鑒别歐洲Nr排放控制的最優路徑。當前歐洲人為污染排放控制方案的實施成本顯示，控制NH₃排放的花費要比NO_x排放低很多。該研究通過診斷降低單位PM_2.5所需的Nr減排成本發現，減排0%–50%的NH₃比NO_x的成本效益高5–11倍，東歐和西歐的最優減排途徑均轉向NH₃排放控制。研究結果指出，盡管歐洲東西部存在明顯的污染排放和大氣化學的差異性，Nr排放控制路徑在考慮排放控制成本因素後均需要更加重視農業氨排放控制。

圖2 Nr減排對PM_2.5污染改善效果的診斷圖。(a, d)西歐和東歐區域平均PM_2.5年均濃度緩解效果診斷圖，紫線為診斷圖中識别的Nr排放控制最優路徑。(b, e)西歐和東歐0%–50%NH₃/NO_x排放控制的成本變化。(c, f)西歐和東歐Nr排放控制成本與PM_2.5年均濃度下降比值的診斷圖，紅線為診斷圖中識别的Nr排放控制的最佳途徑。

該研究由國家自然科學基金委中歐合作項目“城市氮循環”（Urban Nitrogen Cycles, https://www.uncnet.org/）資助（張霖為項目中方負責人，WilfriedWiniwarter為歐方負責人）。該成果是張霖課題組繼我國華北地區及全國農業氨減排的大氣環境效應研究（Liuet al., Environ. Res. Lett.,2019；Guoet al., Nature Food 2020）、全球Nr的PM_2.5健康效應研究（Gu, Zhang, et al., Science, 2021）之後的又一拓展。除了歐洲區域以外，結合PM_2.5空氣污染減緩效果和實施成本的Nr排放控制路徑對全球其他高Nr排放地區（例如我國華北和印度等）也很重要。對減排最優路徑的探讨将有助于空氣質量的持續改善。

發表文章中，beat3652023屆博士畢業生劉澤慧為第一作者，張霖和WilfriedWiniwarter為共同通訊作者，beat365博士後郭怡鑫也參與了主要研究工作。其他合作者包括維也納自然資源與生命科學大學HaraldRieder及其課題組的Monika Mayer和Christian Schmidt。

論文原文鍊接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39900-9

其他論文鍊接：

1)The nonlinear response of fine particulate matter pollution to ammonia emission reductions in North China,https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abdf86

2) Air quality, nitrogen use efficiency and food security in China are improved by cost-effective agricultural nitrogen management, https://www.nature.com/articles/s43016-020-00162-z

3)Abating ammonia is more cost-effective than nitrogen oxides for mitigating PM_2.5air pollution, https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf8623