近日，中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室高会旺教授团队及合作者在国际顶尖综合性学术期刊ScienceBulletin发表了题为“High downward surface solar radiation conducive to ozone pollution more frequent under global warming”（全球变暖背景下地面太阳辐射增强导致臭氧污染更加频繁）的快讯论文。论文第一作者为学校博士研究生寇文彬，通讯作者为高阳教授。
近年来，我国臭氧浓度呈明显上升趋势，已成为部分城市空气质量不达标的首要因素，并对人类健康产生严重威胁。除中国外，世界上还有多个地区易发生臭氧污染，如美国东南部、欧洲等。2021年世界卫生组织（WHO）更新了全球空气质量准则，加严了短期标准，并新增了长期暴露指标臭氧暖季峰值，因此加大了臭氧达标难度。在以往主要关注单季节臭氧污染的基础上，进一步阐明多季节臭氧污染问题显得尤为重要。
2019年秋季，我国出现了全国性的大范围臭氧污染事件，特别是珠江三角洲地区，导致其暖季峰值超过WHO标准。基于多个气象因素归因分析，发现地面太阳辐射与臭氧年际变化相关性远高于其它气象因子，并且即使在温度较低时，较强的太阳辐射依然可促进高臭氧浓度累积。为进一步探索机制，结合区域大气化学模式，发现其主要机制为强太阳辐射驱动下的臭氧前体物天然源排放大幅增加，不仅促进了臭氧浓度升高，更重要的是提高了长时间臭氧污染事件的发生频率，从而大大促进臭氧超标天数的增加。
【资料图】
地面太阳辐射通过驱动臭氧前体物天然源排放引发长时间臭氧污染。(a)2015-2018年和2019年秋季珠江三角洲地区不同温度范围的平均臭氧MDA8浓度和地面太阳辐射(DSSR)，黑色条表示一个标准差。样本量百分比用绿色菱形表示。(b)MDA8臭氧浓度相对于2015-2019年各月平均值的秋季月异常，以及DSSR，总云量(TCC)和日2m最高气温(T2)。左上(第一列)为MDA8臭氧日异常与DSSR和T2的相关系数(R)，左上(第二列)为TCC与DSSR的相关系数。(c)和(d)，2015-2018年(黑色线条代表标准差)和2019年珠江三角洲秋季臭氧超标事件的持续时间(x轴)及对应的超标天数(y轴)，其中（c）不包括天然源排放，（d）代表基准情景与（c）的差别，即天然源排放对臭氧超标事件的贡献。
该研究通过高分辨率地球系统模式，并结合第五、六次国际耦合模式比较计划(CMIP5,6)的多模式结果，一致揭示出全球变暖背景下中国东部、美国东南部、欧洲，未来总云量降低，地面太阳辐射显著增加，高分辨率地球系统模式显示出地面太阳辐射未来增幅更大。通过将秋季地面太阳辐射日异常标准化，构建了臭氧气象指数，高臭氧气象指数可有效解释高臭氧浓度，进而阐明在北半球多个易发生臭氧污染区域，高臭氧气象指数天气发生频率显著增加，即利于高臭氧污染发生的气象条件在全球变暖背景下可能会更加频繁地发生。
未来臭氧易发地区地面太阳辐射的增加易于诱发臭氧污染。(a-b)，相对于1975-2004年秋季，本世纪末(2071-2100年秋季）RCP8.5下CESM-HR(a)和SSP5-8.5下CMIP6(b)预测的DSSR变化的空间分布。紫色框代表主要臭氧易发地区(中国东部、美国东部和欧洲)。黑色点代表统计学上显著。(c-f)，基于CMIP6的珠三角地区、中国东部、美国东部和欧洲的臭氧气象指数(IMO)的直方图(历史时期1975-2004年秋季表示为蓝条，未来时期2071-2100年秋季表示为红条)。
以上研究结果表明，未来利于发生臭氧污染的气象指数频率增加以及全球变暖背景下臭氧前体物天然源排放的增强，特别是考虑到人为源和天然源的协同效应，臭氧污染控制任务将更加艰巨。结合WHO新发布的暖季峰值标准，该研究可为臭氧达标政策制定提供重要科学依据。
本研究由中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室高阳教授、姚小红教授、高会旺教授，物理海洋教育部重点实验室张绍晴教授、吴立新院士等与国内外相关院校合作完成，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，模式计算依托崂山实验室高性能科学计算与系统仿真平台完成。
通讯员：寇文彬
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.01.022
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