图 自然沙尘污染调控地表臭氧消耗的化学机制示意图
在国家星空彩票官方苹果版项目（批准号：42207124、42021004）等资助下，南京信息工程大学张运江副教授研究团队与海外合作者，在沙尘暴通过气象扰动与大气多相化学过程耦合作用研究方面取得进展。研究成果以“沙尘暴扰动臭氧生成与损耗化学过程引发的大范围地表臭氧降低（Widespread surface ozone reduction triggered by dust storm disturbance on ozone production and destruction chemistry）”为题，于2025年5月7日发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上，论文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adr4297。
近年来，在自然源与人为源污染叠加背景下，我国大气污染呈现出更加复杂的演变特征。作为典型的自然源污染事件，沙尘暴导致大气颗粒物浓度显著升高，但其与人为排放污染物之间的相互作用及对臭氧污染的影响机制仍缺乏系统认识。针对这一科学问题，研究团队综合运用长期地面观测数据、卫星遥感数据、数值模拟技术，系统分析了我国典型沙尘暴过程中地表臭氧变化特征及其主导驱动因素。
研究发现，沙尘暴发生期间，多地地表臭氧浓度出现显著下降，表明沙尘过程对近地面光化学环境具有重要扰动作用。为定量区分气象扰动与沙尘气溶胶化学作用对臭氧变化的相对贡献，研究团队构建了基于人工智能的观测数据解析方法，在突发且持续的沙尘污染背景下，实现了臭氧变化驱动因素的有效分离。结果表明，沙尘暴一方面通过削弱太阳辐射、降低光解速率抑制臭氧生成，另一方面通过非均相反应增强臭氧及其前体物的化学损耗。结合大气化学模式模拟，进一步量化了沙尘粒子对臭氧、活性氮氧化物（如N2O5）以及自由基（如HO2）等关键物质的吸收过程，明确了非均相化学反应在沙尘暴期间臭氧损耗中的重要作用，该机制在我国春季沙尘频发的北方地区尤为显著。
研究指出，在气候变化与人类活动的共同影响下，近年来蒙古国及我国西北地区的沙尘暴发生频率呈现明显回升趋势。沙尘过程不仅显著影响区域空气质量，还可能通过远距离输送调节更大尺度的大气氧化性与光化学平衡。研究成果凸显了在臭氧污染防治中统筹考虑自然源过程的重要性，为深化对沙尘气溶胶与臭氧相互作用及其气候环境效应的认识提供了新的科学依据，也为进一步优化臭氧与颗粒物协同治理策略提供了理论支撑。