氣候變暖将加重地面臭氧污染

beat365大氣與海洋科學系百人計劃研究員傅宗玫研究組在《自然—氣候變化》（Nature Climate Change）上發表論文，題為“Positive but variable sensitivity of August surface ozone to large-scale warming in the southeast United States”。該研究發現氣候變暖将導緻植被密集地區的地面臭氧濃度增加，危害人體及生态系統健康。此外，臭氧随氣候變暖增加之幅度有很大的年際及年代際變化，并與大尺度氣候系統年代際變異有關。這些結果解決了國際大氣化學界關于臭氧對氣候變暖響應方向的長期争論，并對東亞（包括中國）、南亞、西歐、美國東南部等地空氣污染的長期治理及政策規劃有重要意義。

地面臭氧是一種重要的空氣污染物，危害人體及生态系統健康。地面臭氧系由揮發性有機物在日光照射下、受氮氧化物催化的光化學反應生成。即使在人為活動污染物（揮發性有機物、氮氧化物）排放不變的情況下，氣候變暖也可能改變地面臭氧濃度。特别是在東亞（包括中國）、南亞、西歐、美國東南部等受污染的植被密集區域，地面臭氧可能對氣候變暖極為敏感。這是由于植被排放的有機物（主要是異戊二烯）是臭氧的重要前體物，且其排放強度與氣候條件成非線性相關。但是長期以來，國際大氣化學界對氣候變暖究竟将造成受污染的植被密集地區地面臭氧增加還是減少，一直未達成共識。其主要原因是異戊二烯光化學反應中吸收氮氧化物的效率，存在很大的不确定性。

傅宗玫研究組通過分析及模拟1988-2011年美國東南部地面臭氧觀測，确定了氣候變暖将導緻地面臭氧濃度增加。研究方法的關鍵創新之處，是他們發現1988-2011年美國東南部氣溫的年際變化，主要反應全美大陸尺度的氣溫振蕩。因此，通過分析此期間地面臭氧對年際尺度溫度變化的敏感性，可以診斷地面臭氧對未來大尺度氣候變暖的敏感性。

該研究發現，在1988-2011年間，美國東南地面臭氧對大尺度氣候變暖的敏感性始終為正值，但是此敏感性具有很大的年際變化。傅宗玫等通過一系列模式實驗，發現區域大氣環流的年際變異對臭氧輸送有很大的影響，使地面臭氧對大尺度氣候變暖的敏感性可變化三倍。這表示有些年份氣候變暖1 K将造成地面臭氧增加2.4 ppb，但有些年份氣候變暖1 K臭氧增幅可達7.1 ppb。傅宗玫等進一步發現，在更長時間範圍内（1948-2012年），區域大氣環流的年際變異導緻臭氧輸送對氣溫變暖的敏感性符号正負交替變化，并且可能與北大西洋年代際振蕩（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO）等氣候系統本身的年代際變異現象有關。

該研究結果表明，國際上現有的氣候-化學耦合模型無法正确預測未來空氣污染強度，因此亟需發展能正确預測AMO等氣候系統年代際變異的氣候-化學耦合模型。此外，為管理未來區域空氣質量所制定的中長期減排政策，需要考慮空氣污染對氣候變暖敏感性的年際及年代際變化，才能保證未來持續達成空氣污染标準。

本研究主要由傅宗玫研究員及其本科生鄭一琦（現為美國耶魯大學博士生）完成，另有美國哈佛大學及普林斯頓大學多名研究人員參與。本研究得到國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國家自然科學基金優秀青年項目及面上項目的經費支持。

論文全文鍊接http://dx.doi.org/10.1038/nclimate2567

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