大气光化学是大气科学的分支学科，主要研究大气成分在太阳辐射作用下产生的光解反应和光化学转化过程。其研究对象涵盖匀和层（含对流层、平流层、中间层）中氮氧化合物、硫化物的光化学氧化机制，以及非匀和层中原子气体的光致离解作用。典型研究领域包括紫外辐射驱动的污染物转化、臭氧层光化学反应、光化学烟雾形成机理等过程。学科通过烟雾箱实验、光化通量测算等方法，揭示大气成分的空间分布特征与演化规律。

大气光化学被定义为研究地球大气各层成分在太阳紫外光与可见光作用下发生化学反应的学科，英文名称为atmospheric photochemistry。其学科体系归属大气科学，与高层大气光化学形成垂直分层研究的对应关系。研究涵盖中性成分与电离成分的相互作用，涉及从地表污染物到电离层的复杂光化学网络。

研究内容包括三类核心方向：大气成分的空间分布规律、成分的来源与转化路径、光化学反应的具体机理。其中光解反应机制占据基础地位，要求反应物必须吸收波长大于290纳米的光子，产生激发态分子或自由基。典型过程包含臭氧的光解生成原子氧，以及二氧化氮光解引发的自由基链式反应。

在匀和层（0-90千米）中，光化学作用主导着氮氧化物、硫化物等次要成分的分布与转化。二氧化硫通过光化学氧化转化为硫酸盐气溶胶的过程是典型研究案例。过渡层（90-110千米）同时存在分子氧光解与电离作用的耦合效应。非匀和层（120千米以上）因光致离解作用形成原子气体主导的扩散平衡态，氧原子在500千米高度占比超过90%。

二氧化氮光解是光化学烟雾形成的链引发反应，产生的原子氧与氧气结合形成臭氧。甲醛光解产生高活性自由基的过程参与近地面的二次污染物生成。平流层臭氧光解反应（O3 + hν → O2 + O）对维持地球紫外线屏蔽功能具有决定性作用。此类反应均需满足辐射波长阈值条件，如二氧化氮光解需吸收波长小于424纳米的光子。

烟雾箱实验系统通过人工光源模拟大气条件，观测污染物在密闭环境中光化学反应的时空演变。光化通量测算技术用于量化不同高度层次的太阳辐射强度，为反应活化能计算提供基础参数。航天遥感技术的应用延伸了研究边界，支持对金星、火星等星体大气光化学过程的对比研究。

通过揭示光化学烟雾的链式反应机制，为制定挥发性有机物排放标准提供理论支撑。研究臭氧层光解反应规律有助于评估氟氯烃类物质的生态环境影响。对大气自由基生成路径的解析，提升了污染物清除效率的预测精度。在空间科学领域，相关研究成果被应用于电离层异常扰动现象的机理阐释。