气候变化可能加剧空气污染——美国东南部“臭氧季”将因干燥温暖气候而延长

地表的臭氧（O₃）是威胁人体健康、造成农作物减产的重要大气污染物，通常由氮氧化物（NO+NO₂）和可挥发性有机物（VOC）在光照条件下反应生成。臭氧污染同时受到人为源排放、天然源排放和气象条件等多种因素的影响，往往极难控制，是大气污染控制中的“顽疾”。在中纬度的国家，高温、强光照的夏季，是臭氧污染频发的季节，常被称为“臭氧季”。自1980年来，通过多年控制人为源排放的努力，美国大部分地区“臭氧季”的臭氧浓度不断下降。然而，最近美国佐治亚理工学院的研究显示，美国东南部的“臭氧季”可能将因为区域气候变化带来的干燥、高温天气而延长。气候变化与空气污染互相影响，将给臭氧污染治理这个“顽疾”增添新的挑战。

研究首先分析了2010年10月美国东南大部区域出现的臭氧污染的原因。值得注意的是，2010年10月美国东南部的臭氧平均浓度，已经超过了近几年当地“臭氧季”臭氧的平均浓度；有112个站点、共324次超过了美国70 ppb的臭氧标准。文章提出，2010年10月美国东南部的臭氧污染，极可能是由干燥环境引起的一系列气象-生物-化学机制造成的。具体来说，在土壤湿度充足的情况下，大气中湿度下降、温度上升（文章中使用vapor pressure deficit这一与植物生理更相关，并结合了相对湿度、温度的指标）引起植物应激；植物将排放多量生物挥发性有机物（如异戊二烯）；而这类生物挥发性有机物反应性极强，能有效地参与光化学反应，生成臭氧。1980到2010年长期数据的统计分析也揭示，秋季臭氧浓度和vapor pressure deficit高度相关，而与温度相关较弱。这与以上的机制是一致的。模式模拟的结果显示，这个气象-生物-化学机制对2010年10月的美国东南部的臭氧的贡献可多达10 ppbv。

模式模拟也表明，相较夏季，秋季臭氧的生成对生物挥发性有机物的排放更敏感。由于生物挥发性有机物的排放很大程度上受气象、气候因素的控制，秋季的臭氧污染将对气候变化十分敏感。随着对人为挥发性有机物的控制，臭氧污染对生物挥发性有机物的敏感性可能会进一步提高。而根据气候模式的预测，未来50年美国东南部的气候年际波动将可能变大；因而，出现如2010年10月这样极端情况的可能性也会增大。

此项研究表明，通过一系列气候/气象-生物-化学反馈机制，气候变化将会影响空气质量。这将为空气质量保护政策的研制提出新的挑战和任务。类似的思路对我们研究中国空气污染问题也有借鉴意义。很多地方的居民也都直观地感受到气象条件对空气质量的巨大影响。未来的气候变化是否会增加我们控制空气污染的难度，或者改变控制措施的有效性，都是值得研究的问题。

这项研究发表在了PNAS上。第一作者是张羽中博士。通讯作者是美国佐治亚理工学院王育航教授（点击查看介绍）。

该论文作者为：Yuzhong Zhang, Yuhang Wang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

http://www.pnas.org/content/113/36/10025

Climate-driven ground-level ozone extreme in the fall over the Southeast United States

PNAS, 2016, 113, 10025-10030, DOI: 10.1073/pnas.1602563113

导师介绍

王育航教授：http://www.x-mol.com/university/faculty/26783