就空气质量而言，中国城市是世界上最糟糕的城市之一。图源:EPA/Alex Hofford, Camera Press London

肮脏的空气威胁着世界各地数十亿城市居民的健康。中国的特大城市是最严重的城市之一，空气污染物浓度比欧洲或北美高出10-100倍，有时甚至高出1000倍。据估计，中国每年有250万人死于室内外空气污染对健康的影响1，2．

改善空气质量的努力只针对了冰山一角。北京等城市定期测量10微米(PM10)和2.5微米(PM2.5)，以及一些气体，如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳和臭氧。但城市空气是一种复杂的化学物质混合物，人们对其相互作用和反馈知之甚少，可能会加剧健康问题。随着环境的变化，减少一种污染物的努力可能会对其他污染物产生不良影响。

中国城市空气污染的化学成分是前所未有的。更多的人口、更重的工业和现代化的商品制造业，以及气候条件，使北京的雾霾与50至100年前困扰伦敦和其他欧洲城市的“豌豆味雾霾”(pea soupers)明显不同。许多大气过程是非线性的，这意味着因果关系不是成比例的。所以我们不知道，也无法预测哪些有害化合物正在形成。每当我和同事们在中国用新仪器进行测量时，我们都会发现意想不到的结果。室内空气质量同样受到影响。

只有全面的监测和建模方法将大气化学因素考虑在内，这个国家的城市空气才能开始得到清洁。为了指导决策，我们需要知道存在哪些有害污染物，以及它们如何相互作用产生二次污染。

在这里，我概述了中国城市在十年内达到欧洲空气质量标准的路线图。为清洁空气和增进健康而采取的行动(见“深度清洁”)将减少温室气体和黑碳(煤烟)浓度，并提高淡水质量3.还有食物供应。

来源:M. Kulmala/P。赫尔辛基大学Paasonen教授

有毒混合物

随着工业、能源生产和交通排放的增加，中国的空气污染已经恶化。中国占全球碳排放总量的30-35%2,没有x在20 - 1000纳米范围内的全球40%的颗粒数(PN)(见go.nature.com/uw3jx6)．美国的温室气体排放量占全球二氧化碳排放量的29%，甲烷排放量的近20%。政府正在努力减少所有这些气体的排放。

但是，如果不深入了解污染物所经历的化学反应链和物理过程，就不可能减少臭氧和有机气溶胶等二次污染物。二次污染物的形成和衰减取决于温度、湿度、风速以及城市大气中的其他化学物质和颗粒。我们不知道的东西太多了。结果很难预测，因为许多物理和化学过程——如表面化学、氧化、聚类和动力学效应——同时发生4．

试图控制一种污染物可能会增加其他污染物的浓度。例如，南京的测量结果表明5还原NOx排放可能导致夏季臭氧浓度增加10倍。减少雾霾会增加日照水平和温度，并改变降雨和降雪模式6．

自然 特别的: 中国环境科学

中国城市上空正在发生令人惊讶的变化，而这些变化并没有发生在更清洁的空气中。例如，上海、南京和北京的大气小分子簇(大小为1-3纳米)的集中度是欧洲城市的数十倍。二次气溶胶(含硫酸盐、氮化合物和有机物)在上海和南京的形成比现有模型预测的更容易7．一定是发生了未知的化学途径和物理过程8这可能会产生新型氧化剂或改变气溶胶的表面特性，限制它们吸收可冷凝蒸汽的能力。

室内空气质量也是一个问题。城市居民90%以上的时间都在室内度过，尤其是在室外空气质量较差的情况下。烹饪、吸烟、加热和陈设会释放PM、PN、CO、挥发性有机化合物(VOCs)和NOx从而增加了从外部吸入的污染物。我们对中国家庭的污染水平知之甚少，但我的团队的初步调查结果表明，一些污染物的浓度高于室外(特别是PN和VOCs)，是欧洲家庭内部的100 - 1000倍。我和我的同事估计，室内空气污染对污染相关死亡人数的贡献几乎与室外雾霾(每年造成130多万人死亡)相当。

中国家庭内的污染物水平可能比欧洲家庭高出数百倍。图源:亚当·迪恩/纽约时报/Eyevine

同样，人们对室内化学物质的二次生产知之甚少。通风系统可以过滤大颗粒，但不能过滤VOCs、NO等气体x所以2，它可以继续形成超细硫酸盐、硝酸盐和有机颗粒。在经过过滤的空气中，这些气体产生二次气溶胶的风险增加，因为可以冷凝的颗粒更少。随着室外空气越来越干净，室内空气质量可能会恶化。

清除空气

继续努力减少污染是很重要的。但要实现中国中央政府将城市空气质量提高到美国和欧洲的典型水平的目标，还需要更多:同时跟踪与健康有关的所有空气污染物及其反馈和相互作用——至少需要10年时间。我们需要了解随着空气质量措施的实施，混合物及其毒性是如何变化的。短暂的战役是不够的。

中央和地方政府、研究机构和大学应该在世界各地大气化学家的帮助下合作开展以下工作。

随着室外空气越来越干净，室内空气质量可能会恶化。

首先，建立并资助一个“旗舰”电台网络9监测:浓度、通量、相互作用和反馈，以及更一般的空气质量和气象数据。一个大城市大约5-8个这样的车站(每个造价在700万到1100万美元之间)就足够了。此外，汽车和飞机上的移动测量平台、地面的气柱遥感、卫星观测和雾霾室也应予以补充。利用历史数据可以确定污染物的主要来源。

其次，室内空气质量的测量和监测必须在有代表性的住宅和办公建筑中同时进行。

第三，大气化学家必须模拟各种污染物在高浓度下的二次污染物产生途径和反馈机制。然后必须将这些模型与观测结果进行比较。

第四，需要确定空气污染物与死亡率和其他健康影响之间的联系。这样就可以首先确定和减轻与健康最相关的污染物及其来源。应建立一个数据库，以跟踪健康影响。

第五，必须实施长期可持续的工程解决方案，如改善工业流程和物料流动，以保持低水平的空气污染。这就要求中国各部门和机构加强在决策、制定立法工具和清洁空气行动计划中使用空气质量评估数据的能力建设。

只有了解大气化学，中国才能净化空气。