2025年10月24日晚，由北京大学物理学院、北京现代物理研究中心主办的“北京大学物理学科卓越人才培养计划讲堂：名师面对面”（第四十四期）在北京大学理科教学楼303教室举行。北京大学博雅讲席教授、青藏高原研究院院长、科学技术协会主席朱彤院士应邀讲授“大气环境、气候变化与人体健康”。本期讲堂由北京大学博雅讲席教授、北京现代物理研究中心主任高原宁院士主持。
今天地球以氮气、氧气为主要成分的大气圈是地球系统经过一系列复杂演化而形成的，大体可分为原始大气、次生大气（还原大气）、现代大气（氧化大气）三个阶段。在地球历史上，曾发生过两次大氧化事件：第一次是约24亿年前，大气含氧量从几乎为零上升到现代的1%，地球上首次出现真核生物；第二次是约5.8亿至5.2亿年前，大气含氧量增加到现代的60%以上，臭氧层随之建立。
在平流层，紫外线辐射会打断一个氧分子中的化学键，一个游离的氧原子与另一个氧分子结合，形成臭氧及臭氧层。由于臭氧能够吸收到达地球90%以上的紫外线，地球生命的基础物质——脱氧核糖核酸和核糖核酸得以避免因紫外线辐射而断链，从而促使陆地生物进化和人类出现。上世纪70年代，多位科学家提出并证实，人类活动排放的氯氟烃等进入平流层后对臭氧层起到破坏性作用，导致臭氧层对人类健康和生态环境的保护性能遭到极大损害。为此，国际社会先后签署了《保护臭氧层维也纳公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（下称“议定书”）。1995年，保罗·克鲁岑（P. J. Crutzen）、马里奥·莫利纳（M. J. Molina）、弗兰克·罗兰（F. S. Rowland）因“在大气化学，特别是臭氧形成和分解方面的工作”被授予诺贝尔化学奖。
朱彤强调，随着超过99%的受限消耗臭氧层物质的生产和消费被淘汰，地球的保护性臭氧层正在恢复
随后，朱彤指出大气中的臭氧具有两面性。在对流层，臭氧主要由人类活动排放的氮氧化物、挥发性有机物等在光照下反应生成，既会伤害人类自身呼吸系统、中枢神经系统、循环系统等，又会影响植物生长，致使农作物减产，是名副其实的“隐形杀手”。
由于高海拔影响，青藏高原上的平流层臭氧会垂直输送到对流层，导致地表臭氧浓度升高。早在2001年，朱彤就带领团队首次观测到珠穆朗玛峰地区地面大气的高臭氧浓度，并将这一过程归因于冰川风的“下拽”作用。2022年，在第二次青藏高原综合科学考察研究支持下，他又带领“巅峰使命——珠峰极高海拔地区综合科学考察研究”大气与人体健康科考分队，利用我国自主研发的臭氧探空仪在珠峰地区全面观测山谷—对流层—平流层臭氧浓度垂直分布，获取冰雪表面氮氧化物通量等数据；针对高海拔缺氧、高臭氧暴露对高原常驻和短居人群健康影响开展群体性研究，获取生物样本和机体健康数据，为揭示青藏高原大气氧化性规律、解析人类生理适应机制提供了重要依据。
除臭氧外，大气中还存在多种其他污染物。大气污染是指直接排放至大气的一次污染物或经物理、化学过程形成的二次污染物的浓度达到有害程度的现象。一次污染源既包括火山喷发、植物释放、细微尘埃（沙尘暴）、野火等天然源，也包括工业、农业、交通运输等领域的人为源。据世界卫生组织报道，大气污染每年致使约800万人因相关疾病过早死亡，已成为全球人群第二大死亡风险因素。
细颗粒物（PM2.5，指环境空气中空气动力学直径不超过2.5微米的颗粒物）长期暴露具有慢性健康效应，是导致全球和区域性疾病的首要大气污染物。道格拉斯·道克瑞（D. W. Dockery）等基于1974年至1989年对美国六座城市8111名居民生存状况与其所在地空气污染状况的持续追踪队列研究，揭示了主要大气污染物，特别是PM2.5浓度与人口死亡率之间的暴露反应关系。近年来，随着我国首次将PM2.5纳入《环境空气质量标准》、国际癌症研究机构首次将大气污染列为一类致癌物，以PM2.5和臭氧为主要成分的雾霾备受公众关注。
朱彤说，天空通透度本质上是瑞利散射和米氏（Mie）散射博弈的结果
我国大气污染成因的复杂性是环境领域的前沿科学问题。1997年，唐孝炎院士提出“大气复合污染”概念。2015年起，我国学者在国家自然科学基金“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”重大研究计划支持下，面向大气氧化性与大气复合污染生成的关键化学过程、大气多尺度物理过程与大气复合污染的相互作用、大气复合污染的关键控制技术原理与应对机制展开协同攻关，建成大气复合污染理论框架体系；以基础研究支撑大气污染治理的实践经验对世界各国，特别是全球南方国家具有重要借鉴意义。2024年，我国发布了自主研发的耦合一系列大气复合污染条件下物理和化学新机制的排放与大气过程集成耦合社区模式（EPICC-Model），可用于环境问题成因分析、污染溯源及污染过程早期预警。
与此同时，人类活动持续排放二氧化碳等温室气体，加速全球变暖。据世界气象组织报道，2024年是第一个气温高于工业化前时代1.5 ℃的日历年，温室气体浓度、海洋热含量创历史新高。持续性热浪、野火、暴雨、干旱等极端天气以更高的频率和强度爆发，热射病高发、虫媒传染病等传播范围扩大，加剧气候变化对人类健康的直接危害；此外，气候变化还通过与大气污染的复合暴露及级联效应进一步侵害人类健康。全球变化的系统性和复杂性促使科学家打破传统学科界限，围绕大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈耦合与反馈机制研究而兴起的交叉学科“地球系统科学”蓬勃发展。2021年，真锅淑郎（S. Manabe）、克劳斯·哈塞尔曼（K. Hasselmann）因“建立地球气候的物理模型、量化其可变性并可靠地预测全球变暖”被授予诺贝尔物理学奖。同年，我国自主研发的地球系统数值模拟装置“寰”在怀柔科学城落成启用，可用来重现地球的过去、模拟地球的现在和预测地球的未来。
践行保护国际保护臭氧层日2025年主题“从科学走向全球行动”，人人有责
课后，朱彤就议定书为何被称做“迄今为止最成功的国际协定”，可吸入颗粒物（PM10）、PM2.5、超细颗粒物（PM0.1）在污染源、危害性等方面的异同，大气污染健康风险的结构性转变，全球视野下的空气、气候与健康共治等与同学们进行了深入交流。
核物理与核技术全国重点实验室彭士香研究员和物理学院博士研究生培优计划2023、2024级部分入选者等现场出席。
朱彤（一排右三）、高原宁（一排左一）认为，国际合作是避免气候灾难、维护经济稳定、保障人类福祉并守护地球宜居性的唯一途径
