守护“天空之境”——梵净山大气背景站揭秘：山顶的空气比山脚更“干净”吗？

巍巍梵净山，不仅是世界自然遗产、生物多样性的宝库，也是科学家眼中研究大气环境的“天然实验室”。

近日，贵州省环境科学研究设计院杨员博士领衔团队与贵州梵净山国家级自然保护区管理局等多家科研单位合作，基于在梵净山建立的三梯度（山脚550米、山腰1774米、山顶2119米）大气成分观测站，取得了一系列重要研究成果，连续在国际权威期刊发表。这些研究，第一次系统揭示了梵净山地区挥发性有机物（VOCs）和臭氧（O₃）的垂直分布规律及其背后的科学机制。

山脚与山顶，空气差别有多大？

很多人以为，到了山顶空气就会非常“干净”。没错，最新研究数据显示：

① 挥发性有机物（VOCs）：山顶浓度（14.1 ppbv）比山脚（17.1 ppbv）低约17.5%。山脚靠近景区入口、餐饮和少量交通，受人类活动影响更明显。

② 氮氧化物（NOx）：山脚浓度是山顶的1.3倍，早晚高峰尤为突出。

③ 臭氧（O₃）：恰恰相反！山顶浓度（40.2 ppbv）远高于山脚（14.8 ppbv）。这是因为山脚高浓度的NO会“吃掉”臭氧（NO+O₃→NO₂），而山顶则接收了区域传输来的较“老”的空气，光化学反应更充分。

通俗理解：山脚空气“新鲜但脾气不好”（VOCs多、臭氧被抑制）；山顶空气“经过旅途调理”（VOCs减少、臭氧更高）。

夜间“秘密工厂”：山腰山顶是化学反应的“热点”

在梵净山的半山腰（1774米），研究人员发现了一个有趣的现象：

① 白天，异戊二烯（植物排放的天然有机物）主要在山脚累积。

② 到了夜间，半山腰和山顶的异戊二烯浓度竟然与白天相差无几，而山脚的异戊二烯却大幅降低。同时，夜间NO₃自由基（一种强氧化剂）在半山腰和山顶的浓度是山脚的1.3-1.4倍。

这意味着夜间的化学“工厂”从山脚转移到了半山腰和山顶。在那里，异戊二烯和NO₃发生反应，生成了大量低挥发性的“异戊二烯硝酸酯”——这些物质极易凝结成小颗粒，它们可能在第二天日出后成长为云凝结核（CCN），最终影响云的形成和气候。

所以，梵净山的夜晚并不寂静——大气化学过程在山腰山顶处“热闹”地发生着。

臭氧的“两面性”：山脚消耗，山腰山顶产生

臭氧是蓝天下的“双刃剑”：平流层臭氧保护地球，近地面臭氧过高则危害健康和植物。

利用化学箱模型（OBM-MCM）模拟发现：

① 山脚：因机动车和餐饮排放的NO浓度高，臭氧以消耗为主（净消耗率-1.93 ppb/h）。

② 山腰和山顶：臭氧表现为净生成（+0.35和+0.29 ppb/h），主要来源于HO₂/RO₂与NO的反应。

而且，无论在哪个海拔，臭氧生成都是“NOₓ控制型”（即减少氮氧化物能更有效降低臭氧）。但越往高处，挥发性有机物的敏感性也在增加。这意味着，控制梵净山地区的臭氧，不仅要关注山脚的交通源，还要考虑区域输送来的“老化”污染物。

风吹来的污染物：东西风影响大不同

梵净山地区的背景风主要分为偏东气流和偏西气流。

① 偏东风（来自湖南、重庆方向）：会将城市群积累的污染物输送到梵净山，导致夜晚背景浓度升高。

② 偏西风（来自四川盆地、云南方向）：虽然本身较为干净，但下山风与山谷风叠加后，容易在山脚形成污染物堆积。

研究指出，山谷风的日变化对污染物垂直交换影响显著。白天谷风将山脚污染物抬升至高空，夜间山风又将高空空气带下山脚。这种“拉锯战”使得梵净山区域的大气成分时刻变化。

为了“美丽贵州”，观测还要继续

基于这些科学发现，研究团队建议：

① 加强景区周边生活燃煤、秸秆焚烧等低空燃烧源的管控，有效削减臭氧前体物（如VOCs和NOx）的排放；

② 建立臭氧关键前体物（尤其是醛酮类等活性VOCs）的强化观测网络，精细解析不同海拔臭氧生成对NOx和VOCs的敏感性；

③ 考虑不同海拔臭氧生成机制的差异，实施“一山一策”的差异化管控策略，协同推进NOx和VOCs减排，实现臭氧污染的有效控制。

梵净山大气背景站将持续运行，为贵州省乃至西南地区的空气质量改善、臭氧和二次有机气溶胶研究提供宝贵的“塔尖数据”。

守护梵净山，就是守护地球上一个不可复制的气候与生态的“生命方舟”。期待科学观测能为我们揭示更多自然的奥秘，并为绿色发展提供智慧支撑。

注：相关研究成果已发表于 Atmospheric Chemistry and Physics、scientific reports 等期刊，数据开放获取。

供稿：贵州省环境科学研究设计院、贵州梵净山国家级自然保护区管理局

整理：杨员、李海波等

来源：贵州省环境科学研究设计院