大氣污染通過各種復雜的相互作用影響氣候，它擾亂了地球的輻射能量平衡，并改變了大氣氧化能力，而大氣氧化能力決定了諸如甲烷等短壽命氣候驅(qū)動因子的存續(xù)時間。在這一動態(tài)過程中，一個關鍵機制是大氣污染物對羥基自由基（OH）的影響，羥基自由基是對流層中最重要的氧化劑，約占甲烷化學匯（大氣中甲烷通過與羥基自由基反應而被消耗）的 90%。
然而，對于大氣污染物、羥基自由基（OH）和甲烷之間相互作用的全面量化在數(shù)十年的時間尺度上仍不完整。
2025 年 5 月 28 日，清華大學深圳國際研究生院環(huán)境與生態(tài)研究院鄭博副教授作為通訊作者，中國海洋大學海洋與大氣學院趙園紅副教授作為第一作者，在國際頂尖學術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget的研究論文。
該研究系統(tǒng)量化了 2005-2021 年間臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等主要大氣污染物對羥基自由基（OH）和大氣甲烷匯的影響。研究結(jié)果揭示了大氣污染物調(diào)控羥基自由基濃度水平及其時空變化，進而影響全球甲烷源匯收支的關鍵機制，闡明了近年來大氣污染物在長期趨勢上減緩甲烷增長，在特定時段推動甲烷濃度異常波動的復雜機制。
空氣污染通過多種復雜機制影響氣候。首先，它會擾動地球輻射能量平衡并改變大氣氧化能力，后者直接決定甲烷等短壽命氣候驅(qū)動因子的存續(xù)周期。在這一作用機制中，關鍵環(huán)節(jié)是空氣污染物對羥基自由基（OH）的影響——作為對流層最主要的氧化劑，OH承擔著約 90% 的甲烷化學清除功能。
為量化空氣污染物、羥基自由基（OH）和甲烷三者之間數(shù)十年尺度的相互作用關系，該研究創(chuàng)新性地采用觀測數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)合的集成分析方法。研究結(jié)果顯示：2005-2021 年間，對流層臭氧（O3）濃度升高、水汽增加與一氧化碳（CO）水平下降共同作用，使全球大氣甲烷匯每年增加 1.3-2.0 Tg（1 Tg=100萬噸），有效緩沖了甲烷濃度受排放增加驅(qū)動的快速增長。在全球十年尺度上，這一效應與農(nóng)業(yè)、化石燃料等人為源甲烷排放變化，以及濕地、野火等自然源變化強度相當，表明了大氣污染物變化對全球甲烷源匯收支具有與甲烷排放源同等重要的作用。
值得注意的是，甲烷快速增長期往往與空氣污染物波動引發(fā)的羥基自由基（OH）濃度驟降相關，這在特大野火和新冠大流行等極端事件中表現(xiàn)尤為明顯。具體來說，2015 年極端野火期間，大量 CO 排放顯著抑制了 OH 濃度；而 2020-2021 年新冠大流行期間，人為排放減少導致 O3濃度下降，同樣降低了 OH 濃度。
這些發(fā)現(xiàn)解釋了近年來甲烷濃度異常波動的底層化學機制，啟示了未來 O3污染控制導致的 O3濃度下降，以及野火頻發(fā)導致的 CO 濃度上升，都會削弱大氣甲烷匯，導致大氣中甲烷濃度進一步增長，因此，需進一步控制甲烷排放以減緩大氣中甲烷濃度的增長。
這項研究表明，在全球人為排放持續(xù)變化和氣候變暖的背景下，建立空氣污染物影響羥基自由基（OH）和大氣甲烷匯的動態(tài)監(jiān)測評估系統(tǒng)，對于預測甲烷濃度年際變化趨勢和制定氣候減緩策略具有重要科學意義，在制定空氣質(zhì)量改善及甲烷控制政策時，需綜合考慮大氣化學過程對甲烷匯的復雜影響，實現(xiàn)空氣污染與氣候治理協(xié)同。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09004-z
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