大气所发现近地面臭氧和大气气溶胶削弱中国陆地生态系统的碳吸收

臭氧和气溶胶是大气污染的主要成分，它们不仅降低空气质量，影响地气系统能量平衡，也会对人体健康造成重大危害。然而，很少有人注意到这些大气污染物对植物健康以及生态系统的碳循环也有深刻影响。一方面，近地面臭氧被叶片气孔吸收后，会氧化叶绿素细胞并破坏植物的光合作用。另一方面，气溶胶通过减少直接辐射和增加散射辐射，改变地表温度和水循环，进而影响森林冠层的辐射传输和光合效率。定量评估臭氧和气溶胶对我国生态系统碳吸收的影响，既是科学认识陆地碳循环过程的重要环节，也是协同制定碳减排和大气污染防治目标的有益参考。

近日，中国科学院大气物理研究所“青年千人计划”研究员乐旭课题组利用观测（包括卫星反演、站点测量、野外试验等）与模式（包括全耦合的气候模式、离线的辐射传输模式、动态植被模式）相结合的方法，分别评估了近地面臭氧和大气气溶胶对我国净初级生产力（NPP）的影响。结果表明，臭氧减少年均NPP达到 0.6 Pg C，而气溶胶的直接气候效应增加年均NPP 约0.2 Pg C，因为后者会增加散射辐射，降低夏季冠层温度，减少蒸发同时增加土壤湿度。而在考虑了间接气候效应后，气溶胶却减少年均NPP达到0.2 Pg C，因为气溶胶间接效应会减少降水，增加干旱。综合而言，臭氧和气溶胶削弱我国NPP达到0.4-0.8 Pg C yr-1 (9-16%)。这一损耗强度约为我国目前年平均人为碳排放量的16-32%，体现了大气污染对碳循环不可忽视的影响。该工作进一步预估了“正常减排”和“最大减排”两种情景下，到2030年大气污染物对我国NPP的影响。研究发现，“正常减排”情景下气溶胶减少但近地面臭氧增加，大气污染的生态效应并不会减弱。只有在“最大减排”情景下，气溶胶和臭氧浓度均显著降低，才会有利于陆地生态功能的恢复和碳吸收的增强。

相关研究发表在《大气化学与物理学》（Atmospheric Chemistry and Physics）上，并被该杂志选为亮点工作（highlight）。

Yue, X., Unger, N., Harper, K., Xia, X., Liao, H., Zhu, T., Xiao, J., Feng, Z., and Li, J.: Ozone and haze pollution weakens net primary productivity in China, Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 6073-6089, doi: 10.5194/acp-17-6073-2017, 2017.

Yue, X., and Unger, N.: Aerosol optical depth thresholds as a tool to assess diffuse radiation fertilization of the land carbon uptake in China, Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 1329-1342, doi:10.5194/acp-17-1329-2017, 2017.

源于人为排放的大气气溶胶和近地面臭氧对生态系统的健康有重要影响

臭氧和气溶胶对我国夏季NPP的影响在 (a) 2010年和 (b) 2030年“正常减排CLE”，(c) 2030年“最大减排MTFR”情景下的空间分布。(d)(e)(f)显示的是臭氧和气溶胶对年均NPP的分别影响，AIE代表气溶胶的间接气候效应。