南京信息工程大学环境科学与工程学院AMS团队和AirMORE课题组在国际权威期刊《Science Advances》发表了题为“Widespread surface ozone reduction triggered by dust storm disturbance on ozone production and destruction chemistry”的研究论文，系统量化了沙尘暴通过气象扰动以及臭氧生成与破坏的化学过程，引发大范围地表臭氧浓度显著下降的关键机制。
研究内容
图1 沙尘暴对地表臭氧影响的概念框架示意
近年来，在多源复合污染影响下，中国大气污染呈现出复杂演变趋势，臭氧污染防控压力不断加大。作为典型的自然源污染事件，沙尘暴与人为污染物的交互影响日益受到关注。研究发现，沙尘暴不仅携带大量颗粒物，还可能通过干扰近地面光化学反应过程，深刻影响臭氧的生成与消除。
本研究发展了一套基于机器学习的观测数据解析系统，结合区域大气化学模式WRF-Chem，揭示沙尘粒子通过吸收臭氧、活性氮氧化物（如N₂O₅）及自由基（如HO₂）等反应性气体，显著抑制臭氧生成过程。该机制在春季沙尘频发的中国北方地区尤为显著，为理解沙尘气溶胶对我国臭氧污染化学作用机制提供了新的科学依据。
图2 沙尘暴期间气象条件和沙尘粒子对近地面臭氧的影响
图3沙尘粒子对臭氧损耗的影响与不同化学过程的相对贡献
研究选取了2016—2023年春季12次具有代表性的沙尘污染过程。结果表明，在沙尘暴影响期间，臭氧浓度普遍下降，平均降幅达2.0–12.2 ppbv，提供了直接的观测证据。借助机器学习模型，研究进一步量化了沙尘对臭氧变化的驱动机制，发现沙尘粒子的化学作用可解释约13%至35%的臭氧下降。在此基础上，利用WRF-Chem模式模拟，明确了沙尘对光解速率的削弱效应，以及对臭氧及其前体物质的非均相吸收，是造成臭氧化学损耗的关键机制。此外，研究还指出，高浓度沙尘参与的非均相反应过程可能导致臭氧生成机制向更偏向VOC控制转变。这一发现对臭氧前体物管控策略具有重要启示意义。本研究突破性地构建了“沙尘–臭氧化学作用机制”的智能解析框架，为深入揭示臭氧污染成因与推动多污染协同治理提供了重要理论支撑。
研究团队强调，随着气候变化与人为活动增强，近年来蒙古国及我国西北地区沙尘暴发生频率呈现回升趋势，沙尘不仅影响区域空气质量，还可能通过远距离输送影响全球大气氧化性及光化学平衡。研究呼吁加强对沙尘影响臭氧及大气化学过程的持续观测与模拟研究，进一步优化臭氧与颗粒物的协同治理策略。同时，该成果也为深入理解气溶胶在全球气候变化背景下对空气质量和气候系统的反馈作用提供了全新视角。
作者信息
南京信息工程大学环境科学与工程学院张运江副教授，为本文的第一作者。
南京信息工程大学环境科学与工程学院李楠副教授，为本文的共同第一作者。
南京信息工程大学环境科学与工程学院盖鑫磊教授，为本文的通讯作者。
合作作者包括法国国家科学研究院气候与环境科学实验室、清华大学、香港浸会大学、南京大学、安徽建筑大学、中科院生态环境研究中心等多家单位的专家学者。
论文原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr4297
