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工业革命后人为 NO?排放改变氮循环，但北极冰芯硝酸盐记录与 NO?减排矛盾。本研究分析格陵兰冰芯，结合全球化学传输模型，发现酸度驱动硝酸盐气粒分配（HNO?/p-NO??）影响其北极传输，未来需关注 p-NO??比例控制。
工业革命以来，人类活动释放的氮氧化物（NO?，NO+NO?）深刻改变了全球氮循环。作为大气中重要的含氮化合物，硝酸盐（NO??）不仅参与颗粒物形成、气候调节和臭氧（O?）生成等关键过程，其长距离传输还会对北极等偏远敏感区域的生态环境产生深远影响。然而，过去数十年间，尽管北半球采取了 NO?减排措施，但北极冰芯中硝酸盐浓度下降速度却远低于预期，这一矛盾现象凸显了现有对 NO??大气动力学认知的不足。尤其是工业革命以来，大气酸化与硝酸盐气粒分配（气态 HNO?与颗粒态 p-NO??的比例）之间的相互作用，及其对 NO??长距离传输至北极的调控机制，一直未被系统揭示。
为破解这一科学谜题，日本北海道大学低温科学研究所等机构的研究人员，对采自格陵兰东南部穹顶（SE-Dome）的高积雪率冰芯展开研究。该冰芯覆盖了 1800 至 2020 年的连续记录，凭借其高分辨率（年均 1 米水当量积雪）和低硝酸盐后期损失的特性，为重建硝酸盐沉积历史提供了理想素材。研究团队结合冰芯化学分析与 GEOS-Chem 全球化学传输模型模拟，深入探讨了 NO??浓度变化与 NO?排放、大气酸度参数之间的动态关系。相关成果发表在《Nature Communications》。
研究采用的关键技术方法包括：1. 冰芯离子化学分析，测定 NO??、H?、非海盐硫酸盐（nss-SO?2?）、铵离子（NH??）、钙离子（Ca2?）等浓度，计算离子平衡、气体比（GR）等参数；2. 基于 HYSPLIT 模型的气团后向轨迹分析，确定北极硝酸盐的主要源区（北美东部、欧洲西部等）；3. GEOS-Chem 模型模拟，通过固定气象场（1986 年）并改变排放清单，量化气粒分配对 NO??传输的影响。
结果分析
冰芯硝酸盐浓度变化与 NO?排放的时空差异
冰芯数据显示，1801-1850 年（前工业时期，PI）硝酸盐平均浓度为 24.4±9.2 μg kg?1，1971-2000 年（污染高峰期，PP）达峰值 72.0±18.9 μg kg?1，2011-2020 年仍维持在 65.7±14.1 μg kg?1。尽管 NO?排放自 1970 年代后显著减少，但硝酸盐浓度下降滞后，尤其在 1990 年代后差异更为明显。对比北美、欧洲、前苏联等源区的 NO?排放清单发现，冰芯硝酸盐与排放趋势总体相关，但 1920-1970 年浓度增长较排放缓慢，1990 年后下降速率显著低于排放减少幅度，表明存在其他调控因素。
大气酸度驱动硝酸盐气粒分配的关键作用
通过分析硝酸盐浓度与酸度参数的相关性，发现 Δ(NO??-NO?)（标准化硝酸盐与 NO?排放差值）与离子平衡 [H?]（r=-0.41）、nss-SO?2?（r=-0.52）呈显著负相关，与气体比 GR（r=0.65）、Ca2?（r=0.60）呈正相关。GR 作为氨可用性的指标，其升高表明铵离子与硫酸根离子结合，促使更多 HNO?转化为 p-NO??。模型模拟显示，酸度升高会降低 HNO?/NO??比值，延长 p-NO??的大气寿命（τNO?），从而增强长距离传输能力。例如，1973 年（PP 期）源区 p-NO??占比降低，干沉降比例增加，而 2013 年（减排后）p-NO??占比回升，τNO?延长，导致北极硝酸盐清除减缓。
模型验证与不确定性分析
GEOS-Chem 模型成功复现了冰芯中 Δ(NO??-NO?) 的变化趋势，其与 GR 和气溶胶 pH 的耦合关系证实了酸度驱动机制的合理性。然而，模型对 1920 年后硝酸盐沉积的模拟值较冰芯高约 2 倍，可能与忽略粗颗粒硝酸盐（如 Ca (NO?)?、NaNO?）的干沉降、液态水含量变化及硝酸湿清除过程有关。此外，格陵兰本地尘埃排放增加导致的 HNO?吸附作用，也可能引入额外不确定性。
结论与意义
本研究首次通过高分辨率冰芯记录与模型结合，揭示了工业时代大气酸度通过调控硝酸盐气粒分配（HNO?/p-NO??），显著影响其向北极的长距离传输。关键发现包括：1. 酸度升高促进 HNO?向 p-NO??转化，延长其大气寿命，抵消了部分 NO?减排效果；2. 未来即使 NO?持续减少，p-NO??比例增加可能成为控制北极硝酸盐负荷的核心因素。这一成果不仅解释了冰芯记录与排放清单的矛盾，也为全球氮循环模型优化提供了新视角，强调需将气粒分配动力学纳入北极污染物预测体系。鉴于硝酸盐对北极辐射平衡、臭氧生成及生态系统的潜在影响，该研究为制定区域污染防控与气候适应策略提供了重要科学依据。
