清華團隊“反轉”研究帶來意外之喜

在第54個世界環境日到來之際，清華大學深圳國際研究生院副教授鄭博帶領由中、法、德多名學者構成的國際研究團隊在《自然》(Nature)期刊發表題為“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”賦予了全新內涵，為氣候與環境政策研究提供了獨特視角和啟發。

Nature文章截圖

一次研究“反轉”帶來意外驚喜

鄭博團隊的新發現，是其在2023年3月一項重要研究成果的“番外篇”。當時，研究團隊揭開了影響全球氣候變暖一大“隱形殺手”的神秘面紗——野火，啟發人們在“碳中和”目標的實現與氣候政策的制定過程中，不可忽視自然因素的影響，對森林野火現象應予以更多重視。

Science網站文章截圖(https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade0805)

基于這一研究成果，團隊計劃繼續聚焦綜合評估野火碳循環及其對大氣環境與全球氣候的影響。

“甲烷，是引起氣候變化的全球第二大溫室氣體。”鄭博解釋道，“大氣中甲烷被消耗的過程被稱為甲烷的匯，全球約90%的甲烷匯由羥基(OH)自由基所貢獻。”

OH自由基，是大氣中甲烷的“清除劑”，準確理解甲烷消耗過程及其調控機制，是開展氣候變化研究和治理的關鍵。

“野火燃燒產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。”帶著這個預想，鄭博團隊開始了初步分析。

然而，模型實驗結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，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，但該區域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現，團隊有了新的研究靈感。既然2021年野火對甲烷的影響甚微，為何不拓寬研究領域，不局限于野火和僅一年的時間維度，開展關于全球長時間尺度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，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。”

鄭博表示，以往對甲烷損耗路徑研究的視角較為局限。此次團隊另辟蹊徑，通過研究甲烷損耗路徑與空氣污染的交互作用過程，進而有了新的洞察。

當心!

污染和氣候的治理并非毫無關聯

研究發現，甲烷“清除劑”——OH自由基的生成和損耗，受大氣中強化學反應活性的氣體影響，而這些活性氣體的主要來源之一，正是與人類生產生活及人群健康息息相關的空氣污染物。

“有些空氣污染物會加速甲烷的損耗。在大氣污染治理的過程中，當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時，可能會間接導致甲烷損耗速度降低，進而引起大氣甲烷濃度上升。這就啟發了決策者和施策者在頂層設計中不可顧此失彼，要做到減污降碳協同兼顧，這對我們來說是一個新的啟示。”鄭博說道。

清華團隊這一創新發現，為大氣科學領域兩個重要概念——大氣污染與氣候變化，找到了一個新的重要“連接點”，系統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，揭示了實施空氣質量和氣候政策時，需要綜合考慮兩者之間的協同效應。

OH自由基前體物驅動的全球對流層OH自由基濃度和甲烷匯的變化

鄭博強調，在以往研究中，往往是不同的學術群體分別對空氣污染和氣候變化兩個領域開展研究。“這項發現恰恰為研究者們提供了一個新的觀察視角，啟發人們在治理空氣污染的同時，要兼顧氣候變化方面的潛在關聯效應。”

全球空氣污染與OH自由基、甲烷源匯收支之間的復雜相互作用

重大科學發現的土壤

協同、創新、富于遠見

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，發表在《自然》(Nature)期刊上。該研究不僅關切了大氣污染和氣候變化的重要課題，而且創新性地提出了減污和降碳的融匯，為“減污降碳”賦予了全新內涵。

氣候變化與環境治理，就如同醫生給病人治病，在對不同器官、不同病癥進行診斷時，如果忽視某些組織的內在協同聯系，就有可能在治療中顧此失彼，甚至產生“副作用”。充分了解不同器官和組織的內在聯系，結合多領域的專家“會診”，才能更好地“對癥下藥”。

鄭博表示，氣候與環境領域的許多研究工作，都在潛移默化中幫助人類更好地認識世界和改造世界，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個“盲盒”。正是研究過程中一個違背直覺的新發現，為團隊的研究方向點亮了新的燈塔，進而才有了新的研究角度。

這項關于大氣甲烷“清除劑”的研究，從發現到理解，由果追因，既是2023年“野火”研究以來不斷追蹤溯源、窮理致知的見證，也是在多領域多要素跨界交叉、形成系統機理的創新成果。

鄭博工作照(黃尹思 攝)

鄭博所在的環境生態學科，是清華大學深圳國際研究生院“6+1”主題學科領域之一，致力于為全球生態文明和人類命運共同體建設貢獻力量。深圳國際研究生院持續構建鼓勵創新、交叉融合的學術氛圍，培育滋養科學創新的土壤，激勵科研工作者開展“從0到1”的研究，不斷攀登科學高峰。

鄭博為論文通訊作者，中國海洋大學副教授趙園紅為論文第一作者。論文作者還包括中國科學院外籍院士、清華大學杰出訪問教授、法國環境與氣候科學實驗室研究員菲利普·西亞斯(Philippe Ciais)，來自法國環境與氣候科學實驗室、德國于利希研究中心的多名合作者，以及中國海洋大學與清華大學深圳國際研究生院的研究生。

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