[论文解读]Nature Climate Change:极短寿命卤代烃放大了热带平流层底部的臭氧层损

胡孝依同学：浙江大学环境与资源学院2021级硕士研究生，主要研究方向为消耗臭氧层物质排放反演，目前已在Environmental Pollution，Environmental Science and Ecotechnology期刊发表第一作者论文2篇。

第一作者：Julián Villamayor

通讯作者：Alfonso Saiz-Lopez

通讯单位：Institute of Physical Chemistry Rocasolano

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41558-023-01671-y

论文发表时间：2023年5月

研究亮点

1.首次量化了极短寿命卤代烃（VSLSs）对热带平流层底部臭氧层损耗的贡献程度达四分之一

2.通过未来预测发现VSLSs在21世纪将对热带平流层底部的臭氧层损耗产生持续性影响

3.未来需要进行人为源VSLSs的减排，以保护平流层底部的臭氧层

（注：以上为这位同学的论文解读，非论文原作者意思）

研究不足（或未来研究）

1.   即便包含所有VSLS，仍存在近三分之一的臭氧变化率无法被解释，未来需要进一步探明未知的驱动因素

2.   准确定量各种ODS的历史排放和预测未来排放对气候-化学模型的模拟结果至关重要

（注：以上为这位同学的论文解读，非论文原作者意思）

全文概要

蒙特利尔议定书的成功履约，使得长寿命消耗臭氧层物质的生产消费和排放大幅削减，平流层臭氧开始恢复。然而，近期有研究表明热带平流层底部臭氧浓度在过去的20年内呈现持续性下降趋势，这可能会造成热带地区的紫外线辐射增强。极端寿命卤代烃（VSLS）可以进入平流层底部，造成臭氧损耗，但其对平流层底部臭氧损耗的贡献程度和化学机制尚未研究清楚。本研究使用化学-气候模型，模拟了无VSLS排放，包含所有VSLS排放，包含自然源VSLS排放和包含人为源VSLS排放四种情景下，平流层臭氧的历史变化。最后，本研究在RCP6.0和8.5情景下设计了人为源VSLS排放和减排情景，量化了人为源VSLS对未来臭氧变化的贡献程度。研究结果表明，VSLS排放可以解释近四分之一的热带平流层底部臭氧损耗趋势。人为源VSLS排放将在未来（直至2100年）对臭氧层造成持续性损耗，未来需要考虑减排人为源VSLS。

背景介绍

虽然平流层臭氧层开始恢复，但热带平流层底部的臭氧却在1998-2018年呈现持续性下降趋势，引发了对臭氧层保护和气候变化的担忧。随着长寿命消耗臭氧层物质的大幅削减，短寿命卤代烃（VSLS）成为了臭氧层恢复道路上的一大不确定性因素。大多数VSLS的寿命使得它们足以进入平流层底部，造成臭氧损耗。然而目前关于VSLS对平流层底部臭氧损耗的贡献程度和化学机制尚未了解清楚。本研究基于气候-化学模型，设计了多种对照模拟情景，量化了VSLS对1998-2018年间平流层底部臭氧损耗的贡献程度。最后，通过未来预测揭示了人为源VSLS将在21世纪造成持续性的臭氧损耗，未来需要考虑减排人为源VSLS。

结果讨论

1998-2018年热带平流层底部臭氧变化情况：（a）相对于1998-2018年平均水平的去季节性月均臭氧水平。黑线为观测，蓝线为包含所有VSLSs的模拟结果，橙线为无VSLS的模拟结果；（b）热带平流层底部臭氧水平变化率在垂直高度上的分布。黑线为观测，蓝线为包含所有VSLSs的模拟结果，橙线为无VSLS的模拟结果；（c）热带平流层底部臭氧水平变化率柱状图。灰色柱子为观测，蓝色柱子为包含所有VSLS的模拟结果（青色柱子和浅黄色柱子分别为仅包含自然源VSLS和仅包含人为源VSLS的模拟结果），橙色柱子为无VSLS的模拟结果。

相比于不包含VSLS的模拟结果，包含所有VSLS的模拟结果与实际观测到的臭氧下降率更为符合，若不包含VSLS，会导致近四分之一的热带平流层底部臭氧损耗无法被解释。

臭氧损耗反应速率模拟结果：（a）各卤素中间体对臭氧损耗反应速率的贡献量柱状堆积图。柱子上的百分比代表相对于无VSLS情景下，各物质反应速率的增量百分比。柱子的顶部的百分比是相对于无VSLS情景下，所有物质反映速率增量百分比之和；（b）各物质对1998-2018年臭氧水平相对。

自然源VSLS排放造成的净臭氧损耗速率比无VSLS情景下高出6.2%，而人为源VSLS排放仅比无VSLS情景高出0.5%。包含所有VSLS排放造成的净损耗速率比无VSLS情景高出6.7%。相比于无VSLS情景，包含所有VSLS排放后，臭氧损耗的增量主要来自卤素催化损耗这一化学过程。

热带平流层底部臭氧的未来预测：（a）在RCP8.5和RCP6.0情景下，未来（一直到2100年）臭氧水平相对于2018年的变化率；（b）RCP6.0且实施人为源VSLS减排情景下，臭氧变化率在水平和垂直高度上的分布情况；（c）同b，但在RCP8.5且不试试人为源减排。

如果不减排人为源VSLSs，到2100年造成的热带平流层底部臭氧层损耗可能会额外增加近四分之一。

Reference

Villamayor, J., Iglesias-Suarez, F., Cuevas, C. A., Fernandez, R. P., Li, Q., Abalos, M., Hossaini, R., Chipperfield, M. P., Kinnison, D. E., Tilmes, S., Lamarque, J.-F. & Saiz-Lopez, A. Very short-lived halogens amplify ozone depletion trends in the tropical lower stratosphere. Nature Climate Change 13, 554-560, doi:10.1038/s41558-023-01671-y (2023).

【方雪坤大气环境和全球变化课题组】

方雪坤，浙江大学环境与资源学院，博士生导师，国家重大青年人才计划入选者。2014-2019年在美国麻省理工学院担任博士后和研究员。研究领域为臭氧层保护、碳中和、全球环境变化等，特别是全球与区域的消耗臭氧层物质和温室气体的排放溯源及应对研究。以第一作者和通讯作者发表30多篇论文，包括2篇Nature共同一作，IF5=60.9）、2篇Nature Geoscience（一作并通讯，IF5=19.6）、1篇PNAS（通讯，IF5=12.78），篇均影响因子14.0。研究成果被联合国环境规划署（UNEP）和世界气象组织（WMO）《平流层臭氧科学评估》报告（每四年一次）正面引用。担任中国生态环境部《蒙特利尔议定书》履约专家组成员、中国环境科学学会环境规划专业委员会副主任委员、2022年WMO臭氧层评估报告共同作者等。获2021年中国环境科学学会青年科学家奖。