清华大学/中国海洋大学发表最新Nature论文

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

大气污染通过各种复杂的相互作用影响气候，它扰乱了地球的辐射能量平衡，并改变了大气氧化能力，而大气氧化能力决定了诸如甲烷等短寿命气候驱动因子的存续时间。在这一动态过程中，一个关键机制是大气污染物对羟基自由基（OH）的影响，羟基自由基是对流层中最重要的氧化剂，约占甲烷化学汇（大气中甲烷通过与羟基自由基反应而被消耗）的 90%。

然而，对于大气污染物、羟基自由基（OH）和甲烷之间相互作用的全面量化在数十年的时间尺度上仍不完整。

2025 年 5 月 28 日 ， 清华大学深圳国际研究生院环境与生态研究院郑博副教授作为通讯作者，中国海洋大学海洋与大气学院赵园红副教授作为第一作者，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget 的研究论文。

该研究系统量化了 2005-2021 年间臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等主要大气污染物对羟基自由基（OH）和大气甲烷汇的影响。研究结果揭示了大气污染物调控羟基自由基浓度水平及其时空变化，进而影响全球甲烷源汇收支的关键机制，阐明了近年来大气污染物在长期趋势上减缓甲烷增长，在特定时段推动甲烷浓度异常波动的复杂机制。

空气污染通过多种复杂机制影响气候。首先，它会扰动地球辐射能量平衡并改变大气氧化能力，后者直接决定甲烷等短寿命气候驱动因子的存续周期。在这一作用机制中，关键环节是空气污染物对羟基自由基（OH）的影响——作为对流层最主要的氧化剂，OH承担着约 90% 的甲烷化学清除功能。

为量化空气污染物、羟基自由基（OH）和甲烷三者之间数十年尺度的相互作用关系，该研究创新性地采用观测数据与模型模拟结合的集成分析方法。研究结果显示：2005-2021 年间，对流层臭氧（O3）浓度升高、水汽增加与一氧化碳（CO）水平下降共同作用，使全球大气甲烷汇每年增加 1.3-2.0 Tg（1 Tg=100万吨），有效缓冲了甲烷浓度受排放增加驱动的快速增长。在全球十年尺度上，这一效应与农业、化石燃料等人为源甲烷排放变化，以及湿地、野火等自然源变化强度相当，表明了大气污染物变化对全球甲烷源汇收支具有与甲烷排放源同等重要的作用。

值得注意的是，甲烷快速增长期往往与空气污染物波动引发的羟基自由基（OH）浓度骤降相关，这在特大野火和新冠大流行等极端事件中表现尤为明显。具体来说，2015 年极端野火期间，大量 CO 排放显著抑制了 OH 浓度；而 2020-2021 年新冠大流行期间，人为排放减少导致 O3 浓度下降，同样降低了 OH 浓度。

这些发现解释了近年来甲烷浓度异常波动的底层化学机制，启示了未来 O3 污染控制导致的 O3 浓度下降，以及野火频发导致的 CO 浓度上升，都会削弱大气甲烷汇，导致大气中甲烷浓度进一步增长，因此，需进一步控制甲烷排放以减缓大气中甲烷浓度的增长。

这项研究表明，在全球人为排放持续变化和气候变暖的背景下，建立空气污染物影响羟基自由基（OH）和大气甲烷汇的动态监测评估系统，对于预测甲烷浓度年际变化趋势和制定气候减缓策略具有重要科学意义，在制定空气质量改善及甲烷控制政策时，需综合考虑大气化学过程对甲烷汇的复杂影响，实现空气污染与气候治理协同。

论文链接：

https://w ww.nature.com/articles/s41586-025-09004-z