图 清洁空气行动下我国PM2.5和臭氧污染缓解对陆地生产力的影响机制
在尊龙凯时项目（批准号：42293323、42275128）等资助下，南京信息工程大学廖宏、乐旭团队与国防科技大学等多个国内外研究单位合作，在大气污染生态效应研究中取得进展。研究结果以“清洁空气行动促进了我国陆地生产力的恢复（Recovery of ecosystem productivity in China by the Clean Air Action plan）”为题，于2024年11月15日在线发表于《自然•地球科学》（Nature Geoscience）期刊，论文链接：http://www.nature.com/articles/s41561-024-01586-z。
为改善空气质量，我国自2013年启动了清洁空气行动（Clean Air Action，简称CAA）计划。这一计划显著降低了空气污染物的浓度，减轻了对人群健康的危害，改善了整体环境质量。然而，空气污染对生态系统的潜在威胁同样不容忽视，尤其是它对陆地碳吸收能力的削弱。具体来说，地表臭氧（O3）因其强氧化性，容易损伤植物叶片，抑制光合作用。同时，气溶胶（尤其是PM2.5颗粒物）通过改变太阳辐射和气候条件，影响植物的光能利用率和整体光合作用表现。尽管这些不利影响已被部分研究揭示，但仍缺乏对其作用机制的全面理解。其主要原因在于数值模式中关键过程的缺失，以及观测数据不足带来的不确定性。
针对这些挑战，该研究团队自主研发了植被模式iMAPLE，重点完善了以下关键生态过程：双叶辐射传输（模拟气溶胶散射的“施肥路径”）、碳-水通量耦合（模拟气溶胶气候影响路径），以及气孔吸收过程（模拟臭氧对植被损伤的路径）。在此基础上，将iMAPLE与大气化学模式、辐射传输模式和气候模式相结合，形成了一个完整的级联模拟框架。研究工作首次定量评估了2014—2020年中国实施CAA计划期间的大气污染生态效应。结果指出，吸收性黑碳气溶胶减少导致的地表太阳辐射提升、气溶胶气候效应减弱带来的降水增加，以及臭氧降低后植物损伤的缓解，共同促进了中国陆地生态系统碳吸收能力的增强。特别是在CAA第二阶段（2018—2020年），这一改善效果更加显著（图）。此外，结合多源观测数据和机器学习模型，研究工作验证了气溶胶和臭氧污染控制对陆地生态系统的积极作用。这一成果促进了大气科学与生态学的交叉融合，凸显了中国空气污染治理行动在保护公众健康、维护生态环境与实现“碳中和”目标方面的协同效益。