5月28日，國際頂尖學術(shù)期刊Nature(《自然》)在線發(fā)表了題為“Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget”(大氣污染影響全球甲烷收支的趨勢和年際變化)的最新研究成果。中國海洋大學海洋動力-物理環(huán)境與智能感知全國重點實驗室/海洋與大氣學院“青年英才工程”第三層次趙園紅副教授為第一作者、清華大學深圳國際研究生院鄭博副教授為通訊作者。論文作者還包括法國環(huán)境與氣候科學實驗室、德國于利希研究中心的多名合作者以及中國海洋大學與清華大學深圳國際研究生院的研究生。

　　甲烷作為全球第二大溫室氣體，大氣中甲烷濃度的快速上升已成為氣候變暖的重要推動力，準確理解甲烷源匯過程及其調(diào)控機制是開展氣候變化治理的關(guān)鍵。大氣中羥基(OH)自由基是甲烷最主要的匯，當前對其濃度水平及時空變化趨勢的認知尚不清晰，對影響全球OH自由基變化的主控因子理解不足，制約了對甲烷濃度增長速率年際變率的準確理解。為解決這一問題，研究團隊自主研發(fā)了基于模型與數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的全球大氣OH自由基量化表征系統(tǒng)，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OH自由基和甲烷匯的影響。研究結(jié)果揭示了大氣污染物調(diào)控OH自由基濃度水平及其時空變化，進而影響全球甲烷源匯收支的關(guān)鍵機制，闡明了近年來大氣污染物在長期趨勢上減緩甲烷增長，在特定時段推動甲烷濃度異常波動的復(fù)雜機制。

　　OH自由基是全球大氣甲烷的主要清除劑，其大約1秒的壽命和復(fù)雜化學反應(yīng)特性，使得難以在大氣中開展大范圍直接觀測，基于大氣化學模型又難以精準模擬全球尺度OH自由基時空分布，量化其對甲烷匯的影響。聚焦這一挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性開發(fā)了融合多源觀測數(shù)據(jù)與大氣化學箱式模型的綜合分析框架，通過衛(wèi)星遙感與再分析數(shù)據(jù)獲取大氣成分濃度的時空變化格局，基于具有復(fù)雜化學反應(yīng)機制的箱式模型全球逐個位置表征OH對不同大氣成分變化的響應(yīng)曲面，基于系統(tǒng)集成實現(xiàn)了對大氣成分-OH自由基-甲烷全鏈條響應(yīng)過程的精準量化。

圖1.全球?qū)α鲗覱H自由基年際變化(a) 和CH4增長速率(b)

圖2.主要OH自由基前體物驅(qū)動的全球?qū)α鲗覱H自由基濃度和甲烷匯的變化

　　在長期趨勢上，對流層O3、水汽增加及CO濃度下降是驅(qū)動2005至2021年間OH自由基和甲烷匯增長的主要影響因素。在多種因素共同作用下，大氣甲烷的匯以每年1.3-2.0 Tg(百萬噸)的速度增強，在長期時間尺度上減緩了甲烷濃度受排放增加驅(qū)動的快速增長(圖1)。在全球十年時間尺度上，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度相當(圖2)，表明大氣污染物變化對全球甲烷源匯收支具有與甲烷排放源同等重要的作用。

　　在年際變化上，甲烷濃度的異常快速增長往往與大氣污染物波動導(dǎo)致的OH自由基濃度驟降密切相關(guān)。例如，2015年極端野火期間，大量CO排放顯著抑制了OH自由基濃度;而2020-2021年新冠疫情期間，人為排放減少導(dǎo)致臭氧濃度下降，同樣降低了OH自由基濃度。這些發(fā)現(xiàn)解釋了近年來甲烷濃度異常波動的底層化學機制，啟示未來O3污染控制導(dǎo)致的O3濃度下降與野火頻發(fā)導(dǎo)致的CO濃度上升將會削弱CH4的匯，需進一步控制甲烷排放以減緩大氣中甲烷濃度的增長。

　　研究建議，在全球人為排放持續(xù)變化和氣候變暖的背景下，建立大氣污染物影響OH自由基和甲烷匯的動態(tài)監(jiān)測評估系統(tǒng)對預(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意義。在制定空氣質(zhì)量改善及甲烷控制政策時，需綜合考慮大氣化學過程對甲烷匯的復(fù)雜影響，實現(xiàn)空氣污染與氣候治理協(xié)同。研究得到了國家自然科學基金、深圳市科技計劃和山東省自然基金等項目共同資助。

　　成果文章全文：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09004-z