廣東
今天
是第54個(gè)世界環(huán)境日
大氣污染和氣候變化
是長期以來備受關(guān)注的全球性環(huán)境問題
對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有著深遠(yuǎn)影響
但是，你有沒有想過
這兩個(gè)環(huán)境議題之間
還有著此前未曾發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)
對此
清華SIGS科研團(tuán)隊(duì)又有新發(fā)現(xiàn)！
環(huán)境與生態(tài)研究院副教授鄭博
帶領(lǐng)由中、法、德多名學(xué)者構(gòu)成的
國際研究團(tuán)隊(duì)
在《自然》（Nature）期刊發(fā)表題為
“大氣污染影響全球甲烷收支的
趨勢和年際變化”的重要研究成果
該研究創(chuàng)新性地提出了減污和降碳的融匯
為“減污降碳”賦予了全新內(nèi)涵
為氣候與環(huán)境政策研究
提供了獨(dú)特視角和啟發(fā)！
《自然》文章截圖
理解氣候變化的“鑰匙”：
走近溫室氣體“清除劑”
甲烷，是引起氣候變化的全球第二大溫室氣體（僅次于二氧化碳）。在新時(shí)代全球碳中和行動中，理解大氣中甲烷濃度的變化及其機(jī)制，成為研究氣候變暖的重要科學(xué)議題之一。
“大氣中甲烷的濃度變化驅(qū)動力分為兩個(gè)維度，一是排放，二是損耗。”鄭博解釋道：“從排放的角度，排放源包括濕地、能源、農(nóng)業(yè)和廢棄物等自然和人為源；另一方面，甲烷濃度也受其損耗過程影響——如果甲烷損耗加快，即使排放有所增加，也能被損耗過程“緩沖”或“抵消”。
這個(gè)甲烷被消耗的過程，被稱為甲烷的匯，全球約90%的甲烷匯由一種名為“羥基（OH）自由基”所貢獻(xiàn)。OH自由基，相當(dāng)于大氣中甲烷的“清除劑”。準(zhǔn)確理解甲烷消耗過程及其調(diào)控機(jī)制，是開展氣候變化研究和治理的關(guān)鍵。
當(dāng)心！
污染和氣候的治理并非毫無關(guān)聯(lián)
鄭博表示，以往對甲烷損耗路徑研究的視角較為局限，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，通過研究甲烷損耗路徑與空氣污染的交互作用過程，進(jìn)而有了新的洞察。
研究發(fā)現(xiàn)，大氣中OH自由基的生成和損耗受大氣中強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)活性的氣體影響，而這些活性氣體的主要來源之一，正是與人類生產(chǎn)生活及人群健康息息相關(guān)的空氣污染物。
“有些空氣污染物會加速甲烷的損耗，比如臭氧?！编嵅┙忉尩溃诖髿馕廴局卫淼倪^程中，當(dāng)人們想減少某一種空氣污染物，但沒有考慮該污染物對甲烷損耗的作用，可能會導(dǎo)致這種污染物的減少客觀上降低甲烷的損耗速度，進(jìn)而引起大氣甲烷濃度上升。這一發(fā)現(xiàn)啟發(fā)了決策者和施策者在頂層設(shè)計(jì)中要做到減污降碳協(xié)同兼顧，對我們來說是一個(gè)新的啟示?！?/p>
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
這一創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)，為大氣科學(xué)領(lǐng)域兩個(gè)重要概念——大氣污染與氣候變化，找到了一個(gè)新的重要“連接點(diǎn)”，系統(tǒng)闡述了全球尺度上空氣污染物如何影響甲烷的損耗及其源匯收支變化趨勢，揭示了實(shí)施空氣質(zhì)量和氣候政策時(shí)，需要綜合考慮兩者之間的協(xié)同效應(yīng)。
鄭博強(qiáng)調(diào)，在以往研究中，往往是不同的學(xué)術(shù)群體分別對空氣污染和氣候變化兩個(gè)領(lǐng)域開展研究，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)恰恰為研究者們提供了一個(gè)新的觀察視角，創(chuàng)新性地提出了減污和降碳的融匯，為“減污降碳”賦予了全新內(nèi)涵。
研究“反轉(zhuǎn)”帶來意外驚喜
——從兩年前的《科學(xué)》成果說起
這項(xiàng)關(guān)于污染和氣候的科研靈感，最初源于鄭博團(tuán)隊(duì)2023年發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊上的重要研究成果。
野火燒不盡，___________
2023年3月，鄭博團(tuán)隊(duì)與合作者揭開了影響全球氣候變暖一大“隱形殺手”的神秘面紗——野火。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表明，導(dǎo)致全球氣候變暖的因素不僅“在人”，也會“由天”，而野火正是其中一顆“定時(shí)炸彈”，啟發(fā)人們在“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與氣候政策的制定過程中，應(yīng)對森林野火現(xiàn)象予以更多重視。研究成果以“北方野火CO?排放2021年創(chuàng)歷史新高”（Record-high CO? emissions from boreal fires in 2021）為題發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊，并被遴選為當(dāng)期亮點(diǎn)研究。
鄭博笑著說，研究團(tuán)隊(duì)這一次的新發(fā)現(xiàn)，正是2023年“野火”研究的“番外篇”，也是一個(gè)意外的研究發(fā)現(xiàn)。
“這項(xiàng)研究本來是2023年‘野火’研究的‘續(xù)集’?！编嵅┍硎?，基于2023年的研究成果，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)聚焦綜合評估野火碳循環(huán)及其對大氣環(huán)境與全球氣候的影響?！耙盎鹑紵a(chǎn)生的主要空氣污染物之一是一氧化碳，而一氧化碳會和甲烷‘搶奪’OH自由基，大量增多的一氧化碳排放理論上會刺激甲烷濃度上升?！睅е@個(gè)預(yù)想，鄭博團(tuán)隊(duì)圍繞在《科學(xué)》期刊上研究過的2021年北方森林野火開始了初步分析。
然而，模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻給出了完全不一樣的答案——甲烷濃度的變化非常微弱。
研究表明，2021年北方森林野火主要發(fā)生在西伯利亞等高緯度地帶，該區(qū)域OH自由基濃度低，從全球角度來看，OH自由基主要集中在熱帶（赤道）地區(qū)，并呈現(xiàn)出向地球南北兩極大幅遞減的特征。北半球中高緯度地區(qū)的OH濃度與甲烷匯的變化對全球甲烷匯整體變化影響較小。
“也就是說，像西伯利亞這種高緯度地帶的森林野火盡管排放了大量的一氧化碳，但是這個(gè)區(qū)域OH自由基濃度很低，即便有所消耗，對全球甲烷收支大局的影響也非常微弱。”
基于這一出乎意料的發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)有了新的研究靈感：既然2021年野火對甲烷的影響甚微，為何不拓寬研究領(lǐng)域，不局限于野火和僅一年的時(shí)間維度，開展關(guān)于全球長時(shí)間尺度OH自由基全方位影響因素的綜合評估研究呢？“我們希望從全球尺度出發(fā)，以更廣闊的維度和視角，探索過去20年各類大氣活性成分（包括但不限于各種空氣污染物、水蒸氣等）對OH自由基和甲烷消耗速度的影響。”
全球空氣污染與OH自由基、甲烷源匯收支之間的復(fù)雜相互作用
研究表明，全球空氣污染與甲烷源匯收支之間存在復(fù)雜相互作用，揭示了實(shí)施空氣質(zhì)量和氣候政策時(shí)需要綜合考慮兩者之間的協(xié)同效應(yīng)，啟發(fā)人們在減少空氣污染物排放的同時(shí)，要系統(tǒng)評估其對全球甲烷收支的影響，以實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量改善和氣候目標(biāo)的雙贏。研究還為監(jiān)測和評估全球OH濃度及其對甲烷匯的影響提供了一種新的研究工具，對于制定科學(xué)合理的氣候政策以應(yīng)對氣候變化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
科研創(chuàng)新的火種:
意外？溯源？跨界？
鄭博團(tuán)隊(duì)的科研經(jīng)歷，生動詮釋了科學(xué)探索中對未知邊界的突破往往來自對“意外”的窮根究底。
2023年野火研究的靈感來源，跟此次“甲烷清除劑”的研究有著異曲同工之妙——都源于研究結(jié)果的“反轉(zhuǎn)”。
原本受野火干擾較少的地帶，受野火的影響程度卻在“暴漲”。當(dāng)年正是這一新發(fā)現(xiàn)，為團(tuán)隊(duì)的野火研究方向點(diǎn)亮了新的燈塔，進(jìn)而才有了新的研究和敘事角度。
“做科研，從來不是‘一錘子買賣’?！?/strong>鄭博強(qiáng)調(diào)，氣候與環(huán)境研究是一項(xiàng)全球尺度的研究命題，在研究中須或走深、或交叉，“我們要么基于現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)，堅(jiān)持這個(gè)方向持續(xù)深入探究，要么橫向?qū)ふ乙粋€(gè)交叉突破點(diǎn)，從中發(fā)現(xiàn)不同因素之間更多的潛在關(guān)聯(lián)?！?/p> 氣候與環(huán)境治理，就如同醫(yī)生給病人治病，在對不同器官、不同病癥進(jìn)行診斷時(shí)，如果忽視某些組織的內(nèi)在協(xié)同聯(lián)系，就有可能在治療中顧此失彼，甚至產(chǎn)生“副作用”。充分了解不同器官和組織的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合多領(lǐng)域的專家“會診”，才能更好地“對癥下藥”。 這項(xiàng)關(guān)于大氣甲烷“清除劑”的研究，既是2023年“野火”研究以來不斷追蹤溯源、窮理致知的見證，也是在多領(lǐng)域多要素跨界交叉、形成系統(tǒng)機(jī)理的創(chuàng)新成果。 鄭博表示，氣候與環(huán)境領(lǐng)域的許多研究工作，都在潛移默化中幫助人類更好地認(rèn)識世界和改造世界，研究者通過與大自然的一次次深度“對話”，不斷打開自然界中的一個(gè)個(gè)“盲盒”，從發(fā)現(xiàn)到理解，由果追因，啟發(fā)決策者和政策者合理施策，如何規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)和協(xié)同解決問題。重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的土壤：
協(xié)同、創(chuàng)新、富于遠(yuǎn)見
5月28日，研究成果以“大氣污染影響全球甲烷收支的趨勢和年際變化”（Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget）為題，以研究論文形式發(fā)表在《自然》（Nature）期刊上。該成果從投稿到被正式接收，歷時(shí)僅不到半年的時(shí)間。從《自然》期刊的文章發(fā)表的平均周期來看，這是非常驚人的速度。
鄭博工作照（黃尹思 攝）
實(shí)際上，氣候與環(huán)境的研究與治理，是人類一項(xiàng)跨越時(shí)間、空間、國界的永恒議題，需要的不僅僅是靈感和火花，更需要科研工作者在協(xié)同創(chuàng)新的學(xué)術(shù)氛圍中持續(xù)努力、久久為功。
鄭博說，自己和團(tuán)隊(duì)是幸運(yùn)的，能和志趣相投的科研伙伴一同開展氣候與環(huán)境研究。鄭博于2016年至2020年期間在法國環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)室做博士后，與本論文的第一作者、現(xiàn)中國海洋大學(xué)副教授趙園紅成為了同一間辦公室的同事。二人雖然回國后到不同城市和院校工作，卻始終保持著持續(xù)的科研合作，在甲烷收支調(diào)控機(jī)制研究領(lǐng)域已經(jīng)合作發(fā)表了四篇環(huán)環(huán)相扣的研究論文。這篇《自然》期刊成果正是前四篇的“集大成”，也是對系列研究的系統(tǒng)性總結(jié)。
“扎根清華，立足深圳，做有世界影響力的研究。”——是鄭博一直以來的座右銘。鄭博所在的環(huán)境生態(tài)學(xué)科，是清華大學(xué)深圳國際研究生院“6+1”主題學(xué)科領(lǐng)域之一，該學(xué)科為ESI全球排名前1%，致力于為全球生態(tài)文明和人類命運(yùn)共同體建設(shè)貢獻(xiàn)力量。深圳國際研究生院持續(xù)構(gòu)建鼓勵(lì)創(chuàng)新、交叉融合的學(xué)術(shù)氛圍，培育滋養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新的土壤，激勵(lì)科研工作者開展“從0到1”的研究，不斷攀登科學(xué)高峰。
每一次創(chuàng)新突破，都不是環(huán)境領(lǐng)域研究的終點(diǎn)，而是人與自然重新相識、相知的起點(diǎn)，它們將匯聚在這條追尋可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的道路上，不斷續(xù)寫人類文明生生不息的新篇章。
鄭博為論文通訊作者，中國海洋大學(xué)副教授趙園紅為論文第一作者。論文作者還包括中國科學(xué)院外籍院士、清華大學(xué)杰出訪問教授、法國環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員菲利普·西亞斯（Philippe Ciais），來自法國環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、德國于利希研究中心的多名合作者，以及中國海洋大學(xué)與清華大學(xué)深圳國際研究生院的研究生。研究得到了國家自然科學(xué)基金、深圳市生態(tài)修復(fù)與固碳增匯重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和山東省自然基金等項(xiàng)目的支持。
團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究成果（按發(fā)表時(shí)間倒序排列）
《自然》（Nature）
“大氣污染影響全球甲烷收支的趨勢和年際變化”（Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget）
《大氣化學(xué)與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）
“基于多源觀測彌合自下而上與自上而下估計(jì)甲烷化學(xué)匯的研究”（Reconciling the bottom-up and top-down estimates of the methane chemical sink using multiple observations）
《大氣化學(xué)與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）
“OH自由基趨勢和波動對全球甲烷收支的作用”（On the role of trend and variability in the hydroxyl radical (OH) in the global methane budget）
《大氣化學(xué)與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）
“OH自由基對全球和區(qū)域甲烷收支自上而下估計(jì)的影響研究”（Influences of hydroxyl radicals (OH) on top-down estimates of the global and regional methane budgets）
《大氣化學(xué)與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）
“2000–2016年全球OH自由基分布與對大氣甲烷濃度影響的多模式比較研究”（Inter-model comparison of global hydroxyl radical (OH) distributions and their impact on atmospheric methane over the 2000–2016 period）
Nature+1！清華SIGS鄭博團(tuán)隊(duì)合作
揭示空氣污染對全球甲烷源匯收支的調(diào)控機(jī)制
“神奇渦旋”誕生記
——清華SIGS團(tuán)隊(duì)揭開光學(xué)“龍卷風(fēng)”奧秘
突破！清華SIGS宋清華團(tuán)隊(duì)與合作者
在拓?fù)涔鈱W(xué)領(lǐng)域取得新進(jìn)展
文|葉思佳
圖|除特別標(biāo)注外均為受訪者提供
封面設(shè)計(jì)|戴雨靜
鳴謝|科研處、環(huán)境與生態(tài)研究院
審核|聶曉梅
排版|曹芷若
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