《Environmental Pollution》：Compositional transition and coupled formation pathways of PM
2.5 pollution in a typical industrial city: An empirical study based on Handan, China
编辑推荐：
•PM2.5 污染从硫酸盐主导转变为硝酸盐驱动。•二次有机碳（SOC）表现出季节性和日变化特征。•随着气溶胶 pH 值升高，气溶胶液态水含量（ALWC）下降。•核壳结构颗粒支持了一条潜在的硝酸盐–ALWC–SOC 路径。引言环境细颗粒物污染持续对中国的公共卫生、大气能见度和气
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PM2.5 污染从硫酸盐主导转变为硝酸盐驱动。
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二次有机碳（SOC）表现出季节性和日变化特征。
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随着气溶胶 pH 值升高，气溶胶液态水含量（ALWC）下降。
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核壳结构颗粒支持了一条潜在的硝酸盐–ALWC–SOC 路径。
引言
环境细颗粒物污染持续对中国的公共卫生、大气能见度和气候稳定性构成严重威胁 (Hao et al., 2024; Liu et al., 2025a)。自 2013 年《大气污染防治行动计划》以来，对燃煤和工业排放的严格管控已大幅降低了全国 PM2.5 浓度。然而，近期缓解速度有所放缓， ushering in 一个更复杂的治理阶段 (Xu et al., 2021; Geng et al., 2024)。华北平原作为污染最严重的地区之一，仍频繁经历由本地排放、区域传输、强烈的二次生成以及不利气象条件驱动的冬季雾霾 (Lin et al., 2026; Liu et al., 2025b)。阐明大规模减排后 PM2.5 污染的剩余驱动因素，对于实施精细化、面向组分的空气质量管理至关重要。
近期研究表明，中国工业城市的 PM2.5 源谱发生了显著转变 (Wang et al., 2025)。传统燃煤贡献已因清洁能源转型和产业升级而下降，而工业和车辆排放，连同强烈的二次气溶胶形成，变得越来越主导 (Tao et al., 2019; Niu et al., 2023)。PM2.5 化学成分也发生了典型转变：严格的 SO2 控制大幅降低了硫酸盐，而硝酸盐则在雾霾事件中成为最持久的二次无机成分 (Wen et al., 2023)。总体而言，华北平原 PM2.5 污染现在更多受混合一次排放和增强的二次转化控制，而非受单个一次源控制。
持续的减排也重组了华北平原的碳质气溶胶。有机碳（OC）/ 元素碳（EC）比率仍然是区分一次燃烧排放和二次有机碳（SOC）形成的可靠指标 (Cao et al., 2004)。尽管 PM2.5 质量浓度下降，但 SOC 和二次有机气溶胶（SOA）的贡献依然巨大，甚至相对较高，特别是在富含 VOC 和 NOx 前体物的潮湿、停滞的冬季雾霾期间 (Zhang et al., 2023a; Lin et al., 2026)。石家庄的长期观测显示，SOA 在总有机气溶胶中的比例从 2014 年的 27% 急剧上升至 2024 年的 75%，突显了排放控制下二次有机污染日益占据主导地位 (Lin et al., 2026)。本研究采用 OC/EC 最小值比法估算 SOC，代表 SOA 的碳质部分。
气溶胶液态水含量和 pH 值共同控制二次无机和有机气溶胶的形成 (Wang et al., 2026)。较高的气溶胶液态水含量（ALWC）提供了促进硝酸盐生成和水相 SOC 生产的水相反应介质 (Meng et al., 2024)，而气溶胶 pH 值调节主要气溶胶成分的气 - 粒分配和转化 (Pye et al., 2020)。在华北平原富氨环境中，硝酸盐的形成提高了气溶胶吸湿性，进一步抬高 ALWC 并加速二次老化。本研究定义了硝酸盐 -ALWC-SOC 耦合反馈：硝酸盐增强气溶胶吸水，增加的 ALWC 促进多相反应，而这些过程持续促进 SOC 形成和雾霾持续 (Xie et al., 2020)。
使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和能量色散 X 射线光谱仪（EDS）进行的单颗粒分析显示，一次颗粒如矿物尘、煤烟、粉煤灰和含金属颗粒通常与二次无机和有机涂层内部混合，在大气老化过程中形成核壳结构 (Liu et al., 2021; Li et al., 2025)。这种颗粒尺度的证据对于将宏观化学变化与微观混合状态及二次形成过程联系起来至关重要。邯郸位于华北平原南部，是京津冀大气污染传输通道内的一个代表性重工业城市。其特征是以钢铁为主导的产业、煤炭相关排放、车辆活动、农业氨影响以及不利扩散条件 (Ren et al., 2022; Niu et al., 2023)。以往在邯郸的研究主要集中在冬季污染、水溶性离子、碳质气溶胶和短期源解析上，突显了燃煤、工业排放、二次无机气溶胶形成、扬尘和移动源的贡献 (Xue et al., 2022; Xue et al., 2024)。
尽管如此，关于 PM2.5 源、化学成分、SOC 老化、气溶胶酸度、ALWC 和颗粒混合状态在持续减排下如何在邯郸演变的长期证据仍然有限。硝酸盐、ALWC、气溶胶酸度和 SOC 之间的耦合关系尚未得到系统考察。我们假设持续的减排削弱了邯郸硫酸盐和燃煤相关贡献，同时增加了与硝酸盐、ALWC 和 SOC 相关的二次形成过程的相对重要性。为了验证这一假设，本研究整合了七年的 PM2.5 观测数据 (2018-2024) 以及源解析、气溶胶热力学建模、碳质气溶胶分析和单颗粒表征。具体而言，本研究侧重于以下方面：2018 年至 2024 年 PM2.5 的化学成分及其源贡献；SOC 形成和气溶胶微环境条件的季节性和日变化；以及硝酸盐 -ALWC-SOC 耦合是否为持续减排下 PM2.5 污染的演变提供了一致的解释。
研究结果为正处于减排转型期的工业城市进行精准 PM2.5 控制和面向组分的空气质量管理提供了新视角。
章节摘要
采样和化学成分分析
2018 年至 2024 年，在中国北方工业城市邯郸进行了连续的 PM2.5 观测，以比较供暖期和非供暖期的空气污染特征。图 S1 显示了空间分布和站点迁移过程。监测站根据城市规划和校区搬迁进行了迁移：2018 年至 2019 年位于河北工程大学原校区 (Hanshan District)，2020 年至 2024 年位于新校区 (Jingkai
空气污染特征演变和排放源组分转变
2018 年至 2024 年，邯郸 PM2.5 的化学成分经历了从 SO42- 主导状态向日益由 NO3- 主导状态的显著转变。这种组分重组反映在 SO42-、NO3-、NH4+ 和 SOC 相对贡献的变化中。最显著的变化是供暖期间 SO42- 浓度的急剧下降，从 2018 年的 26.37 μg m-3 降至 2024 年的 0.70 μg m-3。这种下降发生在持续
结论
本研究利用长期化学观测、源解析、热力学模拟和单颗粒显微表征，调查了 2018 年至 2024 年邯郸 PM2.5 的组分转变及其潜在形成机制。观察到从硫酸盐主导污染向硝酸盐驱动污染的明显转变。在供暖期间，SO42- 浓度从 2018 年的 26.37 μg m-3 下降至 2024 年的 0.70 μg m-3，而 NO3-/SO42- 质量比从
CRediT 作者贡献声明
Aibin Kang: 资源，调查。Wenna Ma: 资源，调查。Runshuang Shi: 撰写 – 初稿，可视化，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念化。Hongya Niu: 撰写 – 初稿，可视化，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念化。Jinxi Wang: 撰写 – 审阅与编辑。Jingsen Fan: 撰写 – 审阅与编辑。Yuting Tian: 资源，调查。Hao Zhu: 资源，调查。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系，这些关系可能会影响本文中报告的工作。
致谢
本工作得到了 河北省自然科学基金 (D2024402009) 和 化工行业挥发性有机物检测与治理河北省技术创新中心开放基金 (ZXJJ20250203) 的支持。
Runshuang Shi|Hongya Niu|Aibin Kang|Wenna Ma|Yufang Zhang|Mengjie Xing|Yuting Tian|Hao Zhu|Jingsen Fan|Jinxi Wang
