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中國海洋大學在氣候變化對臭氧污染影響機制研究方面取得新進展
2023-02-06 10:38
中國海洋大學
作者:

  近(jin)日,中國海洋大(da)學(xue)海洋環(huan)境與生態教育部重點實驗室高(gao)會旺教授(shou)團隊及合作者在國際頂尖綜合性學(xue)術期刊Science Bulletin發表(biao)了(le)題為(wei)“High downward surface solar radiation conducive to ozone pollution more frequent under global warming”(全(quan)球變(bian)暖背景(jing)下地面太(tai)陽(yang)輻射增(zeng)強導致臭氧(yang)污(wu)染更加頻繁(fan))的快訊(xun)論文。論文第一作者為(wei)學(xue)校博士研究生寇(kou)文彬,通訊(xun)作者為(wei)高(gao)陽(yang)教授(shou)。

  近年(nian)來,我(wo)國臭氧濃度(du)呈明顯上(shang)(shang)升(sheng)趨勢,已成為部(bu)分(fen)城市空氣(qi)質量不達標的(de)首要(yao)因(yin)素,并對人類健康產生嚴(yan)重威脅。除中國外,世界上(shang)(shang)還有多(duo)個地(di)區易發生臭氧污(wu)染(ran),如美國東南(nan)部(bu)、歐(ou)洲等(deng)。2021年(nian)世界衛生組織(WHO)更新(xin)了(le)全球空氣(qi)質量準則,加嚴(yan)了(le)短期標準,并新(xin)增了(le)長(chang)期暴露指標臭氧暖季峰值,因(yin)此加大了(le)臭氧達標難度(du)。在以往主要(yao)關注單季節(jie)臭氧污(wu)染(ran)的(de)基礎(chu)上(shang)(shang),進一步闡明多(duo)季節(jie)臭氧污(wu)染(ran)問題顯得尤(you)為重要(yao)。

  2019年秋季,我國出現(xian)(xian)了(le)全國性的(de)大(da)范圍臭(chou)氧污染(ran)事件,特別是珠(zhu)江三(san)角洲地區,導致其暖季峰值超過WHO標(biao)準(zhun)。基于多(duo)個氣象因(yin)素歸因(yin)分析,發(fa)現(xian)(xian)地面太(tai)(tai)陽輻(fu)射(she)與臭(chou)氧年際變(bian)化相關性遠(yuan)高于其它氣象因(yin)子(zi),并且即使在溫度較低時(shi),較強(qiang)的(de)太(tai)(tai)陽輻(fu)射(she)依然可促(cu)進(jin)(jin)高臭(chou)氧濃度累積。為進(jin)(jin)一(yi)步(bu)探索機(ji)制,結合區域大(da)氣化學(xue)模式(shi),發(fa)現(xian)(xian)其主要機(ji)制為強(qiang)太(tai)(tai)陽輻(fu)射(she)驅動下的(de)臭(chou)氧前體物天(tian)然源排放大(da)幅增加(jia),不(bu)僅促(cu)進(jin)(jin)了(le)臭(chou)氧濃度升高,更重要的(de)是提高了(le)長(chang)時(shi)間臭(chou)氧污染(ran)事件的(de)發(fa)生頻率(lv),從而大(da)大(da)促(cu)進(jin)(jin)臭(chou)氧超標(biao)天(tian)數的(de)增加(jia)。

  地(di)面太(tai)陽輻射(she)通過驅動臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)前體物(wu)天(tian)(tian)(tian)然(ran)(ran)源(yuan)排放(fang)(fang)引發長時(shi)間臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)污染(ran)。(a) 2015-2018年(nian)和(he)(he)2019年(nian)秋季(ji)珠江三(san)(san)角洲地(di)區不(bu)同(tong)溫(wen)度范圍的(de)平(ping)均臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)MDA8濃度和(he)(he)地(di)面太(tai)陽輻射(she)(DSSR),黑色(se)條(tiao)表示(shi)一個標(biao)準差。樣本量百分比用綠(lv)色(se)菱(ling)形(xing)表示(shi)。(b) MDA8臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)濃度相對(dui)于2015-2019年(nian)各月(yue)平(ping)均值的(de)秋季(ji)月(yue)異常,以及DSSR,總云(yun)量(TCC)和(he)(he)日2m最高氣溫(wen)(T2)。左(zuo)(zuo)上(第一列)為MDA8臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)日異常與(yu)DSSR和(he)(he)T2的(de)相關系數(shu)(R),左(zuo)(zuo)上(第二列)為TCC與(yu)DSSR的(de)相關系數(shu)。(c)和(he)(he)(d),2015-2018年(nian)(黑色(se)線條(tiao)代表標(biao)準差)和(he)(he)2019年(nian)珠江三(san)(san)角洲秋季(ji)臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)超標(biao)事件的(de)持續時(shi)間(x軸)及對(dui)應的(de)超標(biao)天(tian)(tian)(tian)數(shu)(y軸),其中(c)不(bu)包括天(tian)(tian)(tian)然(ran)(ran)源(yuan)排放(fang)(fang),(d)代表基準情景(jing)與(yu)(c)的(de)差別,即天(tian)(tian)(tian)然(ran)(ran)源(yuan)排放(fang)(fang)對(dui)臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)超標(biao)事件的(de)貢獻。

  該(gai)研究通(tong)過高(gao)(gao)分(fen)辨率地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)系統(tong)模式(shi),并結合(he)第五、六(liu)次國(guo)際(ji)耦合(he)模式(shi)比較計劃(CMIP5, 6)的多模式(shi)結果,一致(zhi)揭示(shi)出全球(qiu)(qiu)(qiu)變暖(nuan)背景下中國(guo)東部、美國(guo)東南部、歐洲,未(wei)來總云量降低,地(di)面太(tai)陽輻(fu)射(she)(she)顯(xian)著增(zeng)加,高(gao)(gao)分(fen)辨率地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)系統(tong)模式(shi)顯(xian)示(shi)出地(di)面太(tai)陽輻(fu)射(she)(she)未(wei)來增(zeng)幅更大(da)。通(tong)過將秋季地(di)面太(tai)陽輻(fu)射(she)(she)日異常標準化,構建(jian)了臭(chou)(chou)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)象(xiang)(xiang)指(zhi)數,高(gao)(gao)臭(chou)(chou)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)象(xiang)(xiang)指(zhi)數可有效(xiao)解(jie)釋(shi)高(gao)(gao)臭(chou)(chou)氧(yang)濃度,進而闡明在北半球(qiu)(qiu)(qiu)多個易發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)臭(chou)(chou)氧(yang)污染區域(yu),高(gao)(gao)臭(chou)(chou)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)象(xiang)(xiang)指(zhi)數天(tian)氣(qi)(qi)(qi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)頻(pin)率顯(xian)著增(zeng)加,即利于(yu)高(gao)(gao)臭(chou)(chou)氧(yang)污染發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)的氣(qi)(qi)(qi)象(xiang)(xiang)條(tiao)件在全球(qiu)(qiu)(qiu)變暖(nuan)背景下可能會更加頻(pin)繁地(di)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)。

  未(wei)來(lai)臭(chou)(chou)氧(yang)易發地區(qu)地面太陽(yang)輻射(she)的增加易于(yu)誘(you)發臭(chou)(chou)氧(yang)污染。(a-b),相對于(yu)1975-2004年(nian)(nian)(nian)秋(qiu)(qiu)季,本世紀(ji)末(2071-2100年(nian)(nian)(nian)秋(qiu)(qiu)季)RCP8.5下CESM-HR (a)和SSP5-8.5下CMIP6 (b)預(yu)測的DSSR變(bian)化(hua)的空間(jian)分布。紫色(se)(se)框代表(biao)(biao)主要臭(chou)(chou)氧(yang)易發地區(qu)(中國東部(bu)、美國東部(bu)和歐洲)。黑色(se)(se)點代表(biao)(biao)統計學上(shang)顯著。(c-f),基于(yu)CMIP6的珠三角地區(qu)、中國東部(bu)、美國東部(bu)和歐洲的臭(chou)(chou)氧(yang)氣象(xiang)指數(IMO)的直方(fang)圖(歷史時期1975-2004年(nian)(nian)(nian)秋(qiu)(qiu)季表(biao)(biao)示為藍條,未(wei)來(lai)時期2071-2100年(nian)(nian)(nian)秋(qiu)(qiu)季表(biao)(biao)示為紅條)。

  以上(shang)研究(jiu)結(jie)果表明,未來利(li)于發生(sheng)臭氧污(wu)染的(de)氣象指數頻率增(zeng)加以及全球變暖(nuan)背景下臭氧前體(ti)物(wu)天然(ran)源排放的(de)增(zeng)強,特別是考慮到(dao)人為(wei)源和(he)天然(ran)源的(de)協同效應,臭氧污(wu)染控制(zhi)任務將更加艱巨。結(jie)合WHO新發布(bu)的(de)暖(nuan)季峰值標準,該研究(jiu)可為(wei)臭氧達標政策制(zhi)定提(ti)供重要科學依據。

  本研究由(you)中國海(hai)洋(yang)大學海(hai)洋(yang)環境與生態教(jiao)(jiao)(jiao)育(yu)部重點(dian)(dian)實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)高(gao)陽教(jiao)(jiao)(jiao)授(shou)、姚小紅教(jiao)(jiao)(jiao)授(shou)、高(gao)會旺教(jiao)(jiao)(jiao)授(shou),物理海(hai)洋(yang)教(jiao)(jiao)(jiao)育(yu)部重點(dian)(dian)實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)張紹晴教(jiao)(jiao)(jiao)授(shou)、吳立新院士等與國內外相關院校(xiao)合作完成,得到了國家重點(dian)(dian)研發計(ji)劃、國家自然科學基金等項(xiang)目(mu)的資(zi)助,模(mo)式計(ji)算依(yi)托嶗山實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)高(gao)性能科學計(ji)算與系統(tong)仿真平臺完成。

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