大气二次有机气溶胶（SOA）的生成涉及多途径氧化反应和非线性化学过程，其准确模拟对空气质量和气候预测至关重要。然而，传统模型通常采用简化机制，难以刻画不同氧化路径（如OH、O₃和NO₃自由基引发）的竞争与协同作用，导致SOA模拟存在显著不确定性。构建基于详细化学机理的模拟框架，有助于提升数值模型对大气化学过程的理解能力，提升数值模型对SOA的模拟能力。
图1 柠檬烯有机硝酸酯模式模拟框架
柠檬烯（limonene）作为重要的生物源挥发性有机物（BVOC），具有独特化学结构和反应特性，其氧化生成的对颗粒物形成和氮循环具有重要影响。然而，由于多途径氧化机制的复杂性，全球模型中柠檬烯ON的化学生成途径表征不清，严重制约了对其生成过程影响因素和环境效应的准确评估。
近日，天津大学地球系统科学学院朱佳雷教授团队与加州大学河滨分校Haofei Zhang教授以及贵州民族大学龙波教授开展合作，通过整合实验室数据、量子化学计算与数值模拟方法，以柠檬烯ON为例，构建了涵盖OH、O₃和NO₃氧化过程的ON化学生成机制，包含90个气相反应和39种中间产物，并在化学箱模型和全球模型（CESM/IMPACT）中实现数值模拟。研究量化了不同氧化路径对柠檬烯ON生成的贡献，揭示了大气氧化剂（OH、O₃和NO₃）之间的显著的非线性相互作用对柠檬烯ON形成的调控机制。相较于传统简化机制，该框架提升了ON的模拟准确性，增进了ON生成过程影响因素的理解。
本研究提出了将实验室化学机理和量子化学计算融入全球SOA数值模型的方法学框架，实现了SOA分子尺度和详细化学过程的全球模式模拟。该框架未来可用于提升SOA的复杂化学生成过程模拟能力，实现全面揭示多种氧化路径间复杂相互作用的机制，有助于定量理解复杂氧化条件下天然源排放与人为污染相互作用对大气有机气溶胶的影响，为制定更有效的二次气溶胶污染控制措施以改善空气质量提供科学依据。
图2 全球年均柠檬烯有机硝酸酯柱浓度模拟结果
相关成果以“Competing multiple oxidation pathways shape atmospheric limonene-derived organonitrates simulated with updated explicit chemical mechanisms”为题发表于欧洲地球科学联合会（EGU）旗下期刊《Atmospheric Chemistry and Physics》。天津大学地科院2022级博士研究生郭庆皓为第一作者，朱佳雷教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（项目号：42177082）资助。
论文信息：Guo, Q., Zhang, H., Long, B., Cui, L., Sun, Y., Liu, H., Liu, Y., Xiao, Y., Fu, P., and Zhu, J.: Competing multiple oxidation pathways shape atmospheric limonene-derived organonitrates simulated with updated explicit chemical mechanisms, Atmos. Chem. Phys., 25, 9249–9262, https://doi.org/10.5194/acp-25-9249-2025, 2025.
