气候变暖将加重地面臭氧污染

物理学院大气与海洋科学系百人计划研究员傅宗玫研究组在《自然—气候变化》（Nature Climate Change）上发表论文，题为“Positive but variable sensitivity of August surface ozone to large-scale warming in the southeast United States”。该研究发现气候变暖将导致植被密集地区的地面臭氧浓度增加，危害人体及生态系统健康。此外，臭氧随气候变暖增加之幅度有很大的年际及年代际变化，并与大尺度气候系统年代际变异有关。这些结果解决了国际大气化学界关于臭氧对气候变暖响应方向的长期争论，并对东亚（包括中国）、南亚、西欧、美国东南部等地空气污染的长期治理及政策规划有重要意义。

地面臭氧是一种重要的空气污染物，危害人体及生态系统健康。地面臭氧系由挥发性有机物在日光照射下、受氮氧化物催化的光化学反应生成。即使在人为活动污染物（挥发性有机物、氮氧化物）排放不变的情况下，气候变暖也可能改变地面臭氧浓度。特别是在东亚（包括中国）、南亚、西欧、美国东南部等受污染的植被密集区域，地面臭氧可能对气候变暖极为敏感。这是由于植被排放的有机物（主要是异戊二烯）是臭氧的重要前体物，且其排放强度与气候条件成非线性相关。但是长期以来，国际大气化学界对气候变暖究竟将造成受污染的植被密集地区地面臭氧增加还是减少，一直未达成共识。其主要原因是异戊二烯光化学反应中吸收氮氧化物的效率，存在很大的不确定性。

傅宗玫研究组通过分析及模拟1988-2011年美国东南部地面臭氧观测，确定了气候变暖将导致地面臭氧浓度增加。研究方法的关键创新之处，是他们发现1988-2011年美国东南部气温的年际变化，主要反应全美大陆尺度的气温振荡。因此，通过分析此期间地面臭氧对年际尺度温度变化的敏感性，可以诊断地面臭氧对未来大尺度气候变暖的敏感性。

该研究发现，在1988-2011年间，美国东南地面臭氧对大尺度气候变暖的敏感性始终为正值，但是此敏感性具有很大的年际变化。傅宗玫等通过一系列模式实验，发现区域大气环流的年际变异对臭氧输送有很大的影响，使地面臭氧对大尺度气候变暖的敏感性可变化三倍。这表示有些年份气候变暖1 K将造成地面臭氧增加2.4 ppb，但有些年份气候变暖1 K臭氧增幅可达7.1 ppb。傅宗玫等进一步发现，在更长时间范围内（1948-2012年），区域大气环流的年际变异导致臭氧输送对气温变暖的敏感性符号正负交替变化，并且可能与北大西洋年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO）等气候系统本身的年代际变异现象有关。

该研究结果表明，国际上现有的气候-化学耦合模型无法正确预测未来空气污染强度，因此亟需发展能正确预测AMO等气候系统年代际变异的气候-化学耦合模型。此外，为管理未来区域空气质量所制定的中长期减排政策，需要考虑空气污染对气候变暖敏感性的年际及年代际变化，才能保证未来持续达成空气污染标准。

本研究主要由傅宗玫研究员及其本科生郑一琦（现为美国耶鲁大学博士生）完成，另有美国哈佛大学及普林斯顿大学多名研究人员参与。本研究得到国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金优秀青年项目及面上项目的经费支持。

论文全文链接http://dx.doi.org/10.1038/nclimate2567

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