文献阅读 | 部门减排、O3污染减缓与全球土地生产力的改善

题目

Mitigation of ozone damage to the world’s land ecosystems by source sector

作者

Nadine Unger, Yiqi Zheng,Xu Yue & Kandice L. Harper

期刊

Nature Climate Change

时间

2020年

一作

单位

College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences, University of Exeter, Exeter, UK

链接

https://www.nature.com/articles/s41558-019-0678-3

研究内容

全球土地生态系统目前每年能够吸收、储存近30%人类排放的CO2。而对流层臭氧污染妨碍植物生长与生物质积累，这种影响将减少全球CO2的汇，并最终加剧全球变暖。不少研究指出，在美国东部、欧洲、中国东部等地表O3浓度较高的地区，O3污染已成为土地总初级生产力（Gross Primary Productivity, GPP）损失的最重要原因，每年可造成5-20%的GPP损失。O3是二次污染物，其生成源于VOC和NOx等一次前体物在光照条件下的反应。因此，要减轻O3的污染，必须从源头入手削减一次污染物排放。由于全球80%的O3相关GPP损失均来自人类活动排放，因此，识别人类活动中重要的排放部门以制定针对性减排政策、减轻O3污染和相关损失就变得非常重要。本文使用NASA ModelE2-YIBs这一地球系统模型，以控制模拟（control simulation，CTRL）的方式研究了2003-2007年期间“全球七个不同人类活动部门分别减排污染物50%”这种假设情景所对应的O3污染减缓以及全球土地GPP损失减轻程度。该地球系统模型是由作者团队开发的一个开源模型（https://github.com/YIBS01/YIBS_site），其中动态耦合了大气化学、气候与土地生态系统模块，能够模拟气候和气溶胶条件同时改变时的O3损失变化，并能够区分这两类因素的影响。作者的7个CTRL情景分别是农业、居民、能源、工业、道路交通、废弃物处理和水运部门各自减排50%的部门一次空气污染物排放。通过与基准情景结果对比即可得出部门减排对改善O3污染以及减轻相应的GPP损失的贡献。在敏感性和不确定性分析方面，作者首先采用了10年模拟的平均结果以降低气候变率对结果的影响，并考察了作物对O3不同敏感性的影响。

研究发现

模拟结果表明，在基准情景下，O3污染在美国东部、欧洲和中国东部都带来了较大的土地生产力（GPP）损失（图1），年均值分别达到11%（610±89TgC/yr）、9%（520±38TgC/yr）和13%（702±52TgC/yr），并且这一影响超过了气候变化本身带来的物理影响。就物种而言，落叶阔叶林（受影响程度为10%）和C3种类粮食作物（5%）的土地类型由于O3污染受到的GPP损失较大，因其大面积分布在地表O3浓度较高的中纬度地区。

图1 O3污染带来的年均土地GPP损失注：图中框线部分分别指美国东部（30-44°N，75-95°W），欧洲（44-56°N，5°W-40°E）和中国东部（22-38°N，105-122.5°E）

部门分别降低50%的一次污染物排放可对O3浓度的降低有所贡献（图2（a））。7个不同部门的各自减排情景下，全球地表O3年均浓度可降低0.5-1.4ppbv，而区域平均值则可降低0.8-4.6ppbv。地表O3浓度对排放降低的全球性反馈与已有的全球多模型评估结果一致。在全球和区域范围内，交通部门、能源部门的减排都对应着最大的O3减排潜力；在中国东部地区，工业部门的减排也能对O3浓度的减轻有重要影响。

相应地，这将减轻O3污染所造成的土地生产力损失（图2（b））。对于C3类别的粮食作图土地、草地，以及C4类别的草地，部门减排使得O3污染引致的GPP损失都能有所减轻——在全球层面，交通部门50%的减排能减轻27-30%的损失，能源部门17-21%，农业部门10-11%，工业部门11-13%。不同植被类型的土地对O3减缓的敏感性有所差异，主要是因为不同类型的作物对O3的耐受力有所差异。在区域层面，不同区域各部门的减缓影响及其显著性程度也略有差异。例如在中国东部地区，交通、能源、工业和农业部门的减排对GPP损失的减缓都是显著（P<0.05）的，减缓比例分别为16%、16%、13%和11%；而在欧洲和美国东部，有显著减缓影响的主要是交通部门和能源部门，对应的GPP损失减缓影响分别为19-23%和16%。

图2 部门减排对O3浓度和土地GPP的影响

O3污染造成的土地GPP损失实际上就意味着减缓O3污染所能增加的土地碳汇；作者估计，假设所有O3污染造成的作物损失都能被减轻，则全球碳汇能增加约0.5PgC/yr。当前，全球同时面临着气候变化和空气污染问题，本研究的发现就为协同解决两个问题、共同促进可持续发展提供了一个新的角度。气候或空气目标驱动的污染物减排不仅能改善空气质量，还能提高土地生产力，并进一步帮助遏制全球变暖。50%的部门减排量看似很多，但并非不可能实现。例如，作者指出，2000-2005年期间，美国东部的电厂在夏季的NOx排放就降低了57%。当然，要实现这种积极的减排目标，还需要全社会部门的共同努力。

编辑：吴雅珍

排版：胡卉然

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