山东大学生态环境大数据院士工作站在地表臭氧对热浪的响应机制研究方面取得新进展

近日，山东大学生态环境大数据院士工作站与山东省生态环境规划研究院合作，在国际学术期刊Environmental Science & Technology(IF: 10.9)上发表了题为“Discrepant Global Surface Ozone Responses to Emission- and Heatwave-Induced Regime Shifts”的最新研究成果。山东大学生态环境大数据院士工作站张庆竹教授及山东省生态环境规划研究院彭岩波研究员为本研究论文通讯作者，山东大学博士研究生陶辰亮为第一作者，山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。生态环境大数据院士工作站王桥院士参与了该研究并提供了重要指导。

地表臭氧是一种有害的大气二次污染物，主要由挥发性有机化合物（VOCs）和氮氧化物（NO_x）通过复杂的链式反应生成。依据该链式反应的终止过程，可以将臭氧生成敏感性划分为“VOCs敏感”区、“NO_x敏感”区和“气溶胶抑制”区，通过诊断臭氧-VOCs-NO_x-气溶胶的非线形关系，可以为臭氧污染防控政策的制定提供科学依据。随着全球气候持续变暖，热浪等极端气候事件频发，尤其是2023年成为有记录以来最热的一年，臭氧光化学动态变得愈加复杂。现有研究表明，热浪不仅可以通过增加野火排放、植被排放、人为源VOCs挥发和能源消耗直接增加臭氧前体物排放，还可以通过提高光化学反应率促进O₃生成。然而，热浪对诊断臭氧生成控制区的前体物相对丰度阈值的影响，这一重要化学过程仍未得到全面量化。

针对上述问题与需求，该研究基于深度学习模型和卫星遥感数据，估算了全球地表多污染物的高分辨率的时空演变，弥补了地面观测空间分布不均的缺陷，并利用可解释机器学习模型，构建了一种新的臭氧生成敏感性诊断方法，为系统量化热浪和前体物排放对臭氧生成敏感性的影响提供了技术支撑。研究结果表明，排放、化学和气候的相互作用是全球臭氧污染加剧的主要原因。排放和热浪改变了全球臭氧光化学控制区，导致不同地区差异化的臭氧变化。东亚地区持续的减排措施降低了臭氧对甲醛和气溶胶的敏感性，从而抵消了高温的不利影响；而2023年加拿大西部的野火和的美国东南部地区的极端热浪，导致北美化学驱动的臭氧变化趋势增加至0.18 µg/m³/month。当前，热浪导致全球平均臭氧异常高达为9.4 µg/m³，并且增强了臭氧生成对甲醛和颗粒物的敏感性，使其生成控制区从NO_x限制转变为VOCs限制。因此亟需对VOCs进行更有针对性和实质性的监管，以减轻未来不断加剧的气候惩戒效应。

这项工作得到了国家自然科学基金重点项目（22236004）和山东省泰山学者特聘专家的资助。