大氣污染通過各種復(fù)雜的相互作用影響氣候，它擾亂了地球的輻射能量平衡，并改變了大氣氧化能力，而大氣氧化能力決定了諸如甲烷等短壽命氣候驅(qū)動(dòng)因子的存續(xù)時(shí)間。在這一動(dòng)態(tài)過程中，一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制是大氣污染物對(duì)羥基自由基（OH）的影響，羥基自由基是對(duì)流層中最重要的氧化劑，約占甲烷化學(xué)匯（大氣中甲烷通過與羥基自由基反應(yīng)而被消耗）的 90%。
然而，對(duì)于大氣污染物、羥基自由基（OH）和甲烷之間相互作用的全面量化在數(shù)十年的時(shí)間尺度上仍不完整。
2025 年 5 月 28 日，清華大學(xué)深圳國際研究生院環(huán)境與生態(tài)研究院鄭博副教授作為通訊作者，中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院趙園紅副教授作為第一作者，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget的研究論文。
該研究系統(tǒng)量化了 2005-2021 年間臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等主要大氣污染物對(duì)羥基自由基（OH）和大氣甲烷匯的影響。研究結(jié)果揭示了大氣污染物調(diào)控羥基自由基濃度水平及其時(shí)空變化，進(jìn)而影響全球甲烷源匯收支的關(guān)鍵機(jī)制，闡明了近年來大氣污染物在長期趨勢上減緩甲烷增長，在特定時(shí)段推動(dòng)甲烷濃度異常波動(dòng)的復(fù)雜機(jī)制。
空氣污染通過多種復(fù)雜機(jī)制影響氣候。首先，它會(huì)擾動(dòng)地球輻射能量平衡并改變大氣氧化能力，后者直接決定甲烷等短壽命氣候驅(qū)動(dòng)因子的存續(xù)周期。在這一作用機(jī)制中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是空氣污染物對(duì)羥基自由基（OH）的影響——作為對(duì)流層最主要的氧化劑，OH承擔(dān)著約 90% 的甲烷化學(xué)清除功能。
為量化空氣污染物、羥基自由基（OH）和甲烷三者之間數(shù)十年尺度的相互作用關(guān)系，該研究創(chuàng)新性地采用觀測數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)合的集成分析方法。研究結(jié)果顯示：2005-2021 年間，對(duì)流層臭氧（O3）濃度升高、水汽增加與一氧化碳（CO）水平下降共同作用，使全球大氣甲烷匯每年增加 1.3-2.0 Tg（1 Tg=100萬噸），有效緩沖了甲烷濃度受排放增加驅(qū)動(dòng)的快速增長。在全球十年尺度上，這一效應(yīng)與農(nóng)業(yè)、化石燃料等人為源甲烷排放變化，以及濕地、野火等自然源變化強(qiáng)度相當(dāng)，表明了大氣污染物變化對(duì)全球甲烷源匯收支具有與甲烷排放源同等重要的作用。
值得注意的是，甲烷快速增長期往往與空氣污染物波動(dòng)引發(fā)的羥基自由基（OH）濃度驟降相關(guān)，這在特大野火和新冠大流行等極端事件中表現(xiàn)尤為明顯。具體來說，2015 年極端野火期間，大量 CO 排放顯著抑制了 OH 濃度；而 2020-2021 年新冠大流行期間，人為排放減少導(dǎo)致 O3濃度下降，同樣降低了 OH 濃度。
這些發(fā)現(xiàn)解釋了近年來甲烷濃度異常波動(dòng)的底層化學(xué)機(jī)制，啟示了未來 O3污染控制導(dǎo)致的 O3濃度下降，以及野火頻發(fā)導(dǎo)致的 CO 濃度上升，都會(huì)削弱大氣甲烷匯，導(dǎo)致大氣中甲烷濃度進(jìn)一步增長，因此，需進(jìn)一步控制甲烷排放以減緩大氣中甲烷濃度的增長。
這項(xiàng)研究表明，在全球人為排放持續(xù)變化和氣候變暖的背景下，建立空氣污染物影響羥基自由基（OH）和大氣甲烷匯的動(dòng)態(tài)監(jiān)測評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)于預(yù)測甲烷濃度年際變化趨勢和制定氣候減緩策略具有重要科學(xué)意義，在制定空氣質(zhì)量改善及甲烷控制政策時(shí)，需綜合考慮大氣化學(xué)過程對(duì)甲烷匯的復(fù)雜影響，實(shí)現(xiàn)空氣污染與氣候治理協(xié)同。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09004-z
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