5月28日(ri),國(guo)(guo)際(ji)頂尖(jian)學術期刊(kan)Nature(《自(zi)然》)在線(xian)發(fa)表了(le)題為“Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget”(大(da)(da)氣污(wu)染(ran)影響全球甲(jia)烷(wan)收支的趨勢和年際(ji)變化)的最新研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)成果(guo)。中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)大(da)(da)學海(hai)(hai)洋(yang)(yang)動(dong)力(li)-物理(li)環(huan)境與智能感知(zhi)全國(guo)(guo)重點實驗室/海(hai)(hai)洋(yang)(yang)與大(da)(da)氣學院“青年英才(cai)工程”第(di)(di)三層次趙園紅(hong)副(fu)教授(shou)為第(di)(di)一(yi)作者(zhe)(zhe)、清(qing)(qing)華(hua)大(da)(da)學深圳(zhen)國(guo)(guo)際(ji)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)生院鄭博副(fu)教授(shou)為通訊作者(zhe)(zhe)。論文(wen)作者(zhe)(zhe)還包括(kuo)法國(guo)(guo)環(huan)境與氣候科學實驗室、德國(guo)(guo)于利希研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)(zhong)(zhong)心的多名合(he)作者(zhe)(zhe)以(yi)及中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)大(da)(da)學與清(qing)(qing)華(hua)大(da)(da)學深圳(zhen)國(guo)(guo)際(ji)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)生院的研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)生。
甲(jia)烷(wan)(wan)作為(wei)全球第二大(da)(da)溫室(shi)氣(qi)(qi)體(ti),大(da)(da)氣(qi)(qi)中甲(jia)烷(wan)(wan)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)快(kuai)速上升已成為(wei)氣(qi)(qi)候(hou)變(bian)(bian)(bian)暖(nuan)的(de)(de)(de)重要(yao)推動(dong)力(li),準(zhun)確理解(jie)甲(jia)烷(wan)(wan)源匯(hui)過程及其調控(kong)(kong)機制(zhi)(zhi)是開展氣(qi)(qi)候(hou)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)治理的(de)(de)(de)關(guan)鍵。大(da)(da)氣(qi)(qi)中羥基(ji)(OH)自(zi)由基(ji)是甲(jia)烷(wan)(wan)最主(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)匯(hui),當前對其濃(nong)度(du)水平(ping)及時(shi)空變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)趨勢的(de)(de)(de)認知尚不(bu)清晰,對影響全球OH自(zi)由基(ji)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)主(zhu)控(kong)(kong)因子理解(jie)不(bu)足(zu),制(zhi)(zhi)約了對甲(jia)烷(wan)(wan)濃(nong)度(du)增長(chang)速率年(nian)際變(bian)(bian)(bian)率的(de)(de)(de)準(zhun)確理解(jie)。為(wei)解(jie)決這一問(wen)題,研究團隊自(zi)主(zhu)研發了基(ji)于模型與(yu)數據雙驅動(dong)的(de)(de)(de)全球大(da)(da)氣(qi)(qi)OH自(zi)由基(ji)量(liang)(liang)化(hua)(hua)表(biao)征(zheng)系統(tong),系統(tong)量(liang)(liang)化(hua)(hua)了2005-2021年(nian)間臭氧(O3)、一氧化(hua)(hua)碳(CO)等主(zhu)要(yao)大(da)(da)氣(qi)(qi)污(wu)染(ran)物對OH自(zi)由基(ji)和(he)甲(jia)烷(wan)(wan)匯(hui)的(de)(de)(de)影響。研究結果揭(jie)示了大(da)(da)氣(qi)(qi)污(wu)染(ran)物調控(kong)(kong)OH自(zi)由基(ji)濃(nong)度(du)水平(ping)及其時(shi)空變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua),進(jin)而影響全球甲(jia)烷(wan)(wan)源匯(hui)收支的(de)(de)(de)關(guan)鍵機制(zhi)(zhi),闡明了近年(nian)來大(da)(da)氣(qi)(qi)污(wu)染(ran)物在(zai)長(chang)期(qi)趨勢上減緩(huan)甲(jia)烷(wan)(wan)增長(chang),在(zai)特定時(shi)段(duan)推動(dong)甲(jia)烷(wan)(wan)濃(nong)度(du)異常波動(dong)的(de)(de)(de)復雜機制(zhi)(zhi)。
OH自由(you)(you)基(ji)是(shi)全(quan)球(qiu)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)甲(jia)烷的主要(yao)清除劑,其大(da)(da)(da)(da)約(yue)1秒的壽(shou)命和復(fu)雜化學(xue)(xue)(xue)(xue)反(fan)應特性,使得(de)難(nan)以在大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)中開展大(da)(da)(da)(da)范圍直接(jie)觀測,基(ji)于(yu)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)化學(xue)(xue)(xue)(xue)模型又難(nan)以精準模擬(ni)全(quan)球(qiu)尺度OH自由(you)(you)基(ji)時空分布(bu),量(liang)化其對甲(jia)烷匯的影響。聚(ju)焦這(zhe)一挑(tiao)戰,研究團隊創新性開發了融合多(duo)源觀測數(shu)(shu)據與大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)化學(xue)(xue)(xue)(xue)箱(xiang)式模型的綜合分析框架,通過衛星遙感與再分析數(shu)(shu)據獲取(qu)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)成(cheng)分濃度的時空變化格局,基(ji)于(yu)具有復(fu)雜化學(xue)(xue)(xue)(xue)反(fan)應機制(zhi)的箱(xiang)式模型全(quan)球(qiu)逐個(ge)位置表征OH對不同大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)成(cheng)分變化的響應曲面,基(ji)于(yu)系統集(ji)成(cheng)實(shi)現(xian)了對大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)成(cheng)分-OH自由(you)(you)基(ji)-甲(jia)烷全(quan)鏈條響應過程的精準量(liang)化。

圖1.全球對流層OH自由基年際變化(a) 和CH4增長速(su)率(b)

圖2.主要OH自由基(ji)前體物驅動的(de)全球對流(liu)層OH自由基(ji)濃度和甲烷匯(hui)的(de)變化
在(zai)長期(qi)趨勢上(shang),對流層(ceng)O3、水汽增(zeng)加及CO濃(nong)度下(xia)降是驅動2005至2021年(nian)間(jian)OH自由基(ji)和甲烷(wan)匯增(zeng)長的主要(yao)影響(xiang)因(yin)素。在(zai)多種因(yin)素共(gong)同作用下(xia),大(da)氣(qi)甲烷(wan)的匯以每年(nian)1.3-2.0 Tg(百萬噸)的速度增(zeng)強,在(zai)長期(qi)時間(jian)尺度上(shang)減緩了(le)甲烷(wan)濃(nong)度受排(pai)放增(zeng)加驅動的快(kuai)速增(zeng)長(圖1)。在(zai)全球(qiu)十年(nian)時間(jian)尺度上(shang),這一效應與(yu)農業、化(hua)石燃料等(deng)(deng)人為源甲烷(wan)排(pai)放變化(hua),以及濕地、野火等(deng)(deng)自然(ran)源變化(hua)強度相(xiang)當(圖2),表明大(da)氣(qi)污染物變化(hua)對全球(qiu)甲烷(wan)源匯收支具有與(yu)甲烷(wan)排(pai)放源同等(deng)(deng)重要(yao)的作用。
在(zai)年(nian)(nian)際變化上,甲烷濃(nong)度(du)的(de)異(yi)常快速增(zeng)長往往與大(da)氣污染物(wu)波動導致的(de)OH自由基濃(nong)度(du)驟降(jiang)密切相關。例如(ru),2015年(nian)(nian)極端野(ye)火期間,大(da)量(liang)CO排放顯著抑制(zhi)了(le)OH自由基濃(nong)度(du);而2020-2021年(nian)(nian)新(xin)冠疫(yi)情期間,人為排放減(jian)少導致臭氧濃(nong)度(du)下(xia)降(jiang),同樣降(jiang)低了(le)OH自由基濃(nong)度(du)。這些發(fa)現解釋了(le)近年(nian)(nian)來(lai)甲烷濃(nong)度(du)異(yi)常波動的(de)底(di)層(ceng)化學機制(zhi),啟示未來(lai)O3污染控制(zhi)導致的(de)O3濃(nong)度(du)下(xia)降(jiang)與野(ye)火頻發(fa)導致的(de)CO濃(nong)度(du)上升(sheng)將會削弱CH4的(de)匯,需進一(yi)步控制(zhi)甲烷排放以減(jian)緩大(da)氣中(zhong)甲烷濃(nong)度(du)的(de)增(zeng)長。
研(yan)究(jiu)建(jian)議,在全球人(ren)為排放(fang)持續(xu)變化和(he)氣(qi)(qi)(qi)候(hou)變暖(nuan)的(de)背景(jing)下(xia),建(jian)立(li)大(da)氣(qi)(qi)(qi)污染物影響(xiang)OH自(zi)由基和(he)甲烷(wan)匯(hui)的(de)動態(tai)監測評估系統對(dui)預測甲烷(wan)濃度年(nian)際變化趨勢和(he)制定(ding)氣(qi)(qi)(qi)候(hou)減緩策略(lve)具有(you)重(zhong)要科(ke)(ke)學(xue)意義(yi)。在制定(ding)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)質量改善及(ji)甲烷(wan)控制政策時(shi),需綜(zong)合(he)考慮大(da)氣(qi)(qi)(qi)化學(xue)過程(cheng)對(dui)甲烷(wan)匯(hui)的(de)復雜影響(xiang),實現(xian)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)污染與氣(qi)(qi)(qi)候(hou)治理協同(tong)。研(yan)究(jiu)得(de)到(dao)了國家自(zi)然科(ke)(ke)學(xue)基金、深圳市科(ke)(ke)技計劃和(he)山東(dong)省自(zi)然基金等(deng)項目(mu)共同(tong)資(zi)助。
成果文章(zhang)全(quan)文://www.nature.com/articles/s41586-025-09004-z
① 凡本(ben)站注明“稿件來源:中國教育(yu)在(zai)線”的所(suo)有(you)文字、圖片(pian)和(he)音(yin)視頻(pin)稿件,版權(quan)均屬本(ben)網所(suo)有(you),任(ren)何媒體、網站或(huo)個人未經本(ben)網協議授權(quan)不(bu)得轉載(zai)、鏈(lian)接(jie)、轉貼或(huo)以其他方式復(fu)制(zhi)發表。已經本(ben)站協議授權(quan)的媒體、網站,在(zai)下載(zai)使用時(shi)必須注明“稿件來源:中國教育(yu)在(zai)線”,違者本(ben)站將依法(fa)追究責任(ren)。
② 本站注明(ming)稿件來源為其(qi)他(ta)媒體的文/圖等稿件均為轉(zhuan)(zhuan)載稿,本站轉(zhuan)(zhuan)載出于非(fei)商業(ye)性的教(jiao)育和(he)科研之目的,并不(bu)意(yi)味(wei)著(zhu)贊同其(qi)觀點或證實(shi)其(qi)內容的真實(shi)性。如轉(zhuan)(zhuan)載稿涉及(ji)版(ban)權等問題(ti),請(qing)作者在(zai)兩周內速(su)來電或來函聯系。




中國教育在線
