2025年2月27日，南方科技大学环境科学与工程学院、深圳国家应用数学中心教授傅宗玫团队，携手香港科技大学化学系及环境学部讲席教授郁建珍团队，在《科学》期刊发表最新研究成果 ——“氮主导全球大气有机气溶胶的吸光效应（Nitrogen dominates global atmospheric organic aerosol absorption）”。该研究在大气科学领域具有重要科学意义，首次模拟量化了有机气溶胶中含氮吸光组分——棕色氮（brown nitrogen，BrN）的全球丰度，并揭示了其光学性质随化学老化的演变规律。

南方科技大学为该论文第一单位。论文第一作者是南方科技大学-香港科技大学联合培养博士毕业生李钰敏。傅宗玫和郁建珍为共同通讯作者。

研究表明，棕色氮贡献了全球有机气溶胶约70%的吸光效应，且其化学演化主导了有机气溶胶吸光的时空变化。这一成果建立了一个以氮元素为核心的全新理论框架，对表征及追踪有机气溶胶的气候影响意义重大。

大气气溶胶通过吸收和散射太阳光辐射影响地球气候，其中有机气溶胶在近紫外到可见光波段具有显著的吸光能力。然而，由于有机气溶胶组分复杂且在大气中不断演化，评估其气候效应一直是科学界的一大挑战。传统模式仅追踪有机气溶胶中碳元素的化学演化，难以精确表征吸光有机物的组分来源、变化与吸光性质之间的关系。

实验室和现场研究已将颗粒有机氮(ON)物种确定为吸光OAs的关键有色成分，ON的化学演变是OAs吸收特性变化的主要驱动因素。已知的吸收性微粒包括硝基芳烃(NACs)、含氮多环芳烃(N-PAHs)、氮杂环化合物、咪唑和其他亚胺类化合物。这些物种由自然和人为来源排放，或在大气中二次形成。此外，根据ON分子的结构变化，这些ON物质在大气中氧化和光解时的质量吸收效率(MAEs)可以增加(光暗化)或减少(光漂白)。例如，在水相中被羟基自由基(OH)氧化的NACs可能经历MAEs的加倍或消失，这取决于反应是否增加了给电子的OH官能团或裂解了芳环。因此，要准确量化OAs的吸收效应，必须全面了解OAs中ON成分的丰度和大气演变。

机理模式图（图源自Science）

该研究团队创建了全球大气有机氮模型，将有机氮分类为棕色氮和白色氮（不吸光的氮组分），并模拟了棕色氮向白色氮的光化学演化。通过与全球与区域的多个站点的观测数据对比，研究发现棕色氮能够解释观测中绝大部分有机气溶胶的吸收效应，并较好地再现了其时空变化特征。该联合团队首次提出以“棕色氮”解释大气有机气溶胶吸光效应的理论框架。该研究揭示了有机气溶胶中吸光性含氮组分的全球分布及其气候效应，为理解大气气溶胶对气候的影响提供了新的视角和科学依据。

本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、香港研究资助局、深圳市城市环境健康风险精准测量与预警技术重点实验室、深圳市科技计划、广东省重大人才计划、高水平专项基金多个重要项目的支持。计算资源由南方科技大学计算科学与工程中心提供。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr4473