近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授朱雷课题组在大气科学领域著名期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres发表题为“Global Temperature Dependency of Biogenic HCHO Columns Observed From Space: Interpretation of TROPOMI Results Using GEOS-Chem Model”的最新研究成果。
研究背景
在全球挥发性有机化合物（VOC）中，由植被排放的生物源VOC（BVOC）占总排放量的可达90%。其能参与臭氧生成和有机气溶胶的二次生成，进而影响大气化学和空气质量变化。对BVOC排放的有效监测在臭氧污染控制政策制定中起到十分重要的作用。然而，BVOC组分复杂，且对BVOC观测的时间和空间分布都十分有限，如何进行大范围、长时间的全球BVOC排放约束已成为重要的研究话题。
异戊二烯是占比最大的BVOC，其排放量受温度影响。甲醛作为一种重要的VOC氧化中间产物，和异戊二烯有着相似的大气化学寿命和较高的来自异戊二烯产率，可以作为以异戊二烯排放变化的指示物。卫星可以近实时地对全球甲醛柱浓度进行高时空分辨率的观测。目前已有研究使用卫星观测的甲醛柱浓度作为BVOC排放的指示物，并表明高BVOC排放区域的甲醛柱浓度有显著的温度依赖性。
在这项研究中，研究团队首次利用TROPOMI卫星传感器的高分辨率甲醛观测，探究了生物排放主导区域中甲醛的温度依赖性的全球分布，并对GEOS-Chem化学传输模式中的生物源排放模块MEGAN进行敏感性实验以解释甲醛温度依赖性的BVOC排放贡献。
研究结果
图1. TROPOMI甲醛柱浓度温度依赖性
如图1所示，TROPOMI全球甲醛柱浓度的温度依赖性在陆地上响应更为明显，印证了陆地植物主导全球异戊二烯排放的观点。温度依赖性沿纬度升高而降低，高值出现在美国东南部、亚马逊地区、东南亚地区和沿赤道的非洲国家，是全球均值的3至4倍，且高温度依赖性的区域也通常有较高的异戊二烯排放。
图2. 依据植被覆盖类型分类的卫星（TROPOMI）和模式（GEO-Chem）甲醛温度依赖性
高温度依赖性区域的植被类型以热带常绿阔叶林为主。如图2所示，TROPOMI甲醛温度依赖性在热带常绿阔叶林最高（0.12±0.07），即温度每升高6.0 K±4.1 K，甲醛柱浓度就会翻倍。温度依赖性则在阔叶落叶北方乔木中最低，主要分布在中高纬度地区。
生物源排放的温度依赖性对全球甲醛温度依赖性的贡献也在不同植被覆盖类型间有显著差异。生物源排放可以解释绝大部分（72.9%和90.8%）热带常绿阔叶林（PFT4）和C4草地（PFT14）的甲醛温度依赖性。这表明在低纬度高异戊二烯排放的地区，微小的温度变化即可对异戊二烯排放造成不可忽视的影响。
结语
该研究首次从卫星观测的甲醛数据探究了其温度依赖性的全球分布。结果揭示了低纬度热带阔叶林区域不仅有着较高的异戊二烯排放，其较高的生物源排放的温度依赖性亦不可忽视。另外，GEOS-Chem可以捕捉甲醛温度依赖性的空间分布，但存在16%的总体性高估，本研究也对MEGAN模型的温度活动因子的改进提出了建议。
南方科技大学为论文第一单位，环境科学与工程学院博士生李熹成为论文第一作者，助理教授朱雷为通讯作者，合作单位包括比利时皇家空间航空研究所、福建师范大学和广州大学。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省科学技术厅重点领域研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、广东省教育厅创新团队、深圳市科技创新委员会等项目的支持。计算资源由南方科技大学科学与工程计算中心提供。
论文原文链接：
https://doi.org/10.1029/2024JD041784
朱雷，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授，副研究员，博士生导师。主要研究领域包括痕量气体遥感、数据同化、空气质量、大气-地面-海洋交互作用。通讯邮箱：zhul3@sustech.edu.cn
课题组网站：https://www.acmrsg.org/
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