東北地理所在生物源揮發(fā)性有機(jī)物排放及其對空氣質(zhì)量影響研究取得系列進(jìn)展
近年來，隨著我國PM2.5污染防治取得階段性成效，臭氧污染問題逐漸凸顯，成為影響夏季空氣質(zhì)量和公眾健康的主要污染因子。臭氧作為一種典型的二次污染物，主要由氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）在強光照條件下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成。在VOCs中，生物源揮發(fā)性有機(jī)化合物（BVOCs）由于其排放活躍、反應(yīng)性強，近年來受到越來越多關(guān)注。國際上，美國、歐洲等地區(qū)通過強化人為VOCs（AVOCs）和NOx的控制，在一定程度上遏制了臭氧污染趨勢。然而，隨著城市綠化和生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程加快，BVOCs排放呈上升態(tài)勢，逐漸成為影響臭氧生成的重要因子。在中國，盡管在人為源減排方面取得顯著進(jìn)展，臭氧濃度卻仍持續(xù)上升，呈現(xiàn)“PM下降、O?上升”的趨勢，反映出BVOCs在臭氧污染中的潛在貢獻(xiàn)仍被低估。當(dāng)前，國內(nèi)外關(guān)于BVOCs的研究多集中在單一脅迫因素下的排放變化，如高溫、干旱或臭氧暴露，尚缺乏對多種非生物脅迫因子復(fù)合作用機(jī)制的系統(tǒng)性分析。同時，BVOCs如何影響臭氧和二次有機(jī)氣溶膠（SOA）生成的過程性理解仍不完善，限制了其在污染源解析和管控策略中的有效納入。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所區(qū)域大氣環(huán)境學(xué)科組研究人員，基于WRF-CMAQ-MEGAN模型系統(tǒng)，對2019年夏季中國區(qū)域多種非生物環(huán)境脅迫因素（干旱、高溫、臭氧、CO?濃度、風(fēng)速、葉面積指數(shù)）對BVOCs排放的影響進(jìn)行了綜合模擬分析。研究結(jié)果顯示，干旱和臭氧是影響BVOCs排放的主導(dǎo)因素：干旱通過引發(fā)植物氣孔關(guān)閉顯著抑制排放，而臭氧則可激發(fā)植物防御反應(yīng)在一定條件下增強BVOCs釋放。在多種脅迫因素共同作用下，BVOCs排放在中東部地區(qū)最高可下降25%。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，盡管BVOCs排放總量僅為人源VOCs的38.4%，其對夏季臭氧濃度的月均貢獻(xiàn)率達(dá)到11%–19%，在部分生態(tài)植被密集區(qū)甚至超過交通與工業(yè)源，凸顯其不可忽視的影響力。更重要的是，BVOCs顯著調(diào)控臭氧生成機(jī)制的前體物限制類型：白天部分區(qū)域由VOC限制型轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NOx限制型，夜間則相反，提示區(qū)域臭氧治理策略應(yīng)結(jié)合時間變化特征進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整。該研究不僅豐富了對BVOCs排放響應(yīng)機(jī)制和環(huán)境反饋效應(yīng)的科學(xué)認(rèn)識，也為我國未來在臭氧與SOA污染協(xié)同控制、構(gòu)建更具科學(xué)性和前瞻性的大氣污染治理體系提供了關(guān)鍵支撐。
圖1 中國不同地區(qū)BVOC排放對臭氧生成機(jī)制轉(zhuǎn)變的影響
圖2 干旱、臭氧、溫度、二氧化碳及葉面積指數(shù)對中國地區(qū)異戊二烯、單萜、倍半萜及其他BVOC排放的影響
該項研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Environmental Management和ACS ES&T Air。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所區(qū)域大氣環(huán)境學(xué)科組高超博士為第一作者，張學(xué)磊副研究員為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、吉林省自然科學(xué)基金項目、國家重點研發(fā)項目和中國科學(xué)院人才計劃項目共同資助。
論文信息如下：
Gao C, Zhang X, Yang H, et al. Quantifying the impacts of environmental stress factors on biogenic volatile organic compound emissions in China [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2025, 366: 110480, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2025.110480.
Gao C, Zhang X, Lun X, et al. BVOCs' role in dynamic shifts of summer ozone formation regimes across China and policy implications[J]. Journal of Environmental Management, 2025, 376: 124150, https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124150.
Gao C, Zhang X, Huang L, et al. Model Intercomparisons of MEGAN and BEIS: Synergistic Impacts of Biogenic VOCs and Soil NO Emissions on Summer Ozone and Secondary Organic Aerosol Formation in China[J]. ACS ES&T Air, 2025, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsestair.5c00038.
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