解码热浪与臭氧的“耦合密码”—我校碳中和研究取得重要突破

近日,我校碳中和未来技术学院杨复沫研究员、王楠副研究员团队在国际权威期刊《Environmental Science & Technology》上发表重要研究成果,系统揭示了热浪驱动臭氧污染的协同机制。该研究以四川盆地典型热浪过程为对象,创新性地将排放源对温度变化的动态响应纳入空气质量模拟,为理解气候变暖背景下“气象变化—排放响应—大气化学”耦合机制提供了新的科学视角。

当热浪遇见臭氧,并非简单叠加

臭氧污染,早已不是陌生词汇。近地面臭氧作为一种二次生成的空气污染物,主要由氮氧化物与挥发性有机物在光照条件下经光化学反应生成。近年来,我国臭氧污染呈现波动上升态势,已成为影响空气质量的重要因子。与此同时,全球气候变暖导致热浪事件愈发频繁、强度持续攀升。当高温热浪与臭氧污染在时间和空间上形成“叠加态”,带来的环境健康风险绝非简单的“1+1=2”。

然而,传统空气质量模型对臭氧浓度的模拟与预测,往往依赖年度平均排放清单,未能充分刻画排放源在高温条件下的动态响应。换言之,高温不仅通过改变气象条件加速光化学反应,还可能直接“激活”诸多排放源的倍增效应。这一认知盲区,正是杨复沫团队此次研究的突破口。

温度敏感排放,热浪中的“隐形推手”

研究团队以四川盆地典型热浪过程为对象,利用WRF-CMAQ模型系统评估了气象变化与温度敏感排放对臭氧污染的协同影响。研究结果清晰地揭示了一条“热浪—排放响应—臭氧加剧”的因果链:热浪不仅通过高温、强辐射及环流调整直接加速臭氧的光化学生成,还会显著增强植物源活性碳排放、土壤活性氮排放、交通燃料蒸发排放以及溶剂挥发性活性碳排放等温度敏感排放,为臭氧生成输送了额外的“原料”。

量化数据令人警醒:热浪期间,高温使植物源活性碳排放增加53.6%,土壤HONO和NO排放分别增加23.7%和10.5%,交通燃料蒸发和溶剂使用产生的挥发性活性碳排放分别增加26.7%和21.9%。值得关注的是,研究揭示了成都与重庆两地臭氧污染驱动机制的显著差异——成都的臭氧增量主要受气象条件变化驱动,而重庆则更多受到温度敏感排放增强的影响。这一发现表明,地形条件、城市布局与污染来源的不同,决定了各城市在热浪期间臭氧治理的侧重方向应有所区别。

碳中和愿景下的治理新范式

研究进一步向未来延伸,揭示了令人深思的趋势:到2050年,气候变暖引起的温度敏感排放可使部分区域日最大8小时平均臭氧额外增加3.6—5.3 μg/m³。这意味着,即便在现有减排政策框架下持续努力,气候变暖本身带来的“气候惩罚”仍可能部分抵消治理成效。

然而,研究同时也给出了乐观的答案:在碳中和与清洁空气协同治理情景下,通过能源结构低碳转型、常规人为源深度减排,并强化交通燃料蒸发、油气挥发和溶剂使用等温度敏感人为源控制,可有效抵消增温带来的臭氧“气候惩罚”。这深刻表明,臭氧治理与碳中和目标并非彼此掣肘,而是相辅相成的协同关系。

该研究的重要启示在于:未来臭氧治理不能仅依赖年度平均排放清单和常规协同减排,而须充分考虑气候变暖背景下排放源的温度响应,将热浪预警、温度敏感排放管控与减污降碳协同路径有机结合,并根据不同城市的地形条件、化学敏感性和污染来源制定差异化治理策略。

川大智慧服务国家战略

该研究由四川大学碳中和未来技术学院为第一完成单位,博士研究生鲜耀涵为论文第一作者,杨复沫、王楠为论文共同通讯作者,研究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。作为学校在碳中和领域的重要科研力量,碳中和未来技术学院始终聚焦国家重大战略需求,在大气环境与气候变化协同治理等方向持续深耕。此次研究成果为四川盆地及其他热浪频发地区统筹推进气候适应、空气质量改善与碳中和目标提供了科学依据,充分彰显了川大科研工作者以学术创新服务国家生态文明建设的使命担当。

可以预见,随着研究的深入推进,这一成果将为我国气候适应型减污降碳策略的制定提供更为精准的科学支撑。在气候变化与大气环境治理的交叉前沿,四川大学的研究团队正以扎实的学术功底和前瞻的治理视野,书写着属于自己的答卷。

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