Implications of 1.5 K climate warming on warm-season ozone exposure and atmospheric oxidation capacity in China

IF 2.3 4区 地球科学 Q3 METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCIENCES
Zhihao Shi , Lin Huang , Xiaodong Xie , Momei Qin , Jingyi Li , Bingye Xu , Lingling Jin , Jianlin Hu
{"title":"Implications of 1.5 K climate warming on warm-season ozone exposure and atmospheric oxidation capacity in China","authors":"Zhihao Shi ,&nbsp;Lin Huang ,&nbsp;Xiaodong Xie ,&nbsp;Momei Qin ,&nbsp;Jingyi Li ,&nbsp;Bingye Xu ,&nbsp;Lingling Jin ,&nbsp;Jianlin Hu","doi":"10.1016/j.aosl.2024.100556","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"<div><div>Surface ozone (O<sub>3</sub>) poses significant threats to public health, agricultural crops, and plants in natural ecosystems. Global warming is likely to increase future O<sub>3</sub> mainly by altering atmospheric photochemical reactions and enhancing biogenic volatile organic compound (BVOC) emissions. To assess the impacts of the future 1.5 K climate target on O<sub>3</sub> concentrations and ecological O<sub>3</sub> exposure in China, numerical simulations were conducted using the CMAQ (Community Multiscale Air Quality) model during April–October 2018. Ecological O<sub>3</sub> exposure was estimated using six indices (i.e., M7, M24, N100, SUM60, W126, and AOT40f). The results show that the temperature rise increases the MDA8 O<sub>3</sub> (maximum daily eight-hour average O<sub>3</sub>) concentrations by ∼3 ppb and the number of O<sub>3</sub> exceedance days by 10–20 days in the North China Plain (NCP), Yangtze River Delta (YRD), and Sichuan Basin (SCB) regions. All O<sub>3</sub> exposure indices show substantial increases. M24 and M7 in eastern and southern China will rise by 1–3 ppb and 2–4 ppb, respectively. N100 increases by more than 120 h in the surrounding regions of Beijing. SUM60 increases by greater than 9 ppm h<sup>−1</sup>, W126 increases by greater than 15 ppm h<sup>−1</sup> in Shaanxi and SCB, and AOT40f increases by 6 ppm h<sup>−1</sup> in NCP and SCB. The temperature increase also promotes atmospheric oxidation capacity (AOC) levels, with the higher AOC contributed by OH radicals in southern China but by NO<sub>3</sub> radicals in northern China. The change in the reaction rate caused by the temperature increase has a greater influence on O<sub>3</sub> exposure and AOC than the change in BVOC emissions.</div><div>摘要</div><div>地表臭氧(O₃)对公众健康, 农作物以及自然生态系统构成重大威胁. 全球变暖会增强大气光化学反应以及增加生物源挥发性有机化合物(BVOC)排放, 从而导致 O₃浓度增加. 为了评估未来 1.5 K 气候目标对中国 O₃浓度以及生态 O₃暴露的影响, 在 2018 年 4 月至 10 月期间使用 CMAQ模型进行了数值模拟. 使用六个指标(即 M7, M24, N100, SUM60, W126 和 AOT40f)估算生态 O₃暴露. 结果表明, 在华北平原,长江三角洲和四川盆地地区, 温度升高使每日最大8 小时平均 O₃浓度增加约 3 ppb, O₃超标天数增加 10–20 天. 所有 O₃暴露指标均显著增加. 中国东部和南部的 M24 和 M7 将分别增加 1–3 ppb 和 2–4 ppb. 北京周边地区的 N100 增加超过 120 小时. 陕西和四川盆地的 SUM60 增加超过 9 ppm h⁻¹, W126 增加超过 15 ppm h⁻¹, 华北平原和四川盆地的 AOT40f 增加 6 ppm h⁻¹. 温度升高还提升了大气氧化能力(AOC)水平, 在中国南部较高的 AOC 由羟基自由基贡献, 而在中国北部则由硝基自由基贡献. 由温度升高引起的反应速率变化对 O₃暴露和 AOC 的影响比 BVOC 排放增加带来的贡献更大.</div></div>","PeriodicalId":47210,"journal":{"name":"Atmospheric and Oceanic Science Letters","volume":"17 6","pages":"Article 100556"},"PeriodicalIF":2.3000,"publicationDate":"2024-11-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Atmospheric and Oceanic Science Letters","FirstCategoryId":"89","ListUrlMain":"https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674283424001089","RegionNum":4,"RegionCategory":"地球科学","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"Q3","JCRName":"METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCIENCES","Score":null,"Total":0}
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Abstract

Surface ozone (O3) poses significant threats to public health, agricultural crops, and plants in natural ecosystems. Global warming is likely to increase future O3 mainly by altering atmospheric photochemical reactions and enhancing biogenic volatile organic compound (BVOC) emissions. To assess the impacts of the future 1.5 K climate target on O3 concentrations and ecological O3 exposure in China, numerical simulations were conducted using the CMAQ (Community Multiscale Air Quality) model during April–October 2018. Ecological O3 exposure was estimated using six indices (i.e., M7, M24, N100, SUM60, W126, and AOT40f). The results show that the temperature rise increases the MDA8 O3 (maximum daily eight-hour average O3) concentrations by ∼3 ppb and the number of O3 exceedance days by 10–20 days in the North China Plain (NCP), Yangtze River Delta (YRD), and Sichuan Basin (SCB) regions. All O3 exposure indices show substantial increases. M24 and M7 in eastern and southern China will rise by 1–3 ppb and 2–4 ppb, respectively. N100 increases by more than 120 h in the surrounding regions of Beijing. SUM60 increases by greater than 9 ppm h−1, W126 increases by greater than 15 ppm h−1 in Shaanxi and SCB, and AOT40f increases by 6 ppm h−1 in NCP and SCB. The temperature increase also promotes atmospheric oxidation capacity (AOC) levels, with the higher AOC contributed by OH radicals in southern China but by NO3 radicals in northern China. The change in the reaction rate caused by the temperature increase has a greater influence on O3 exposure and AOC than the change in BVOC emissions.
摘要
地表臭氧(O₃)对公众健康, 农作物以及自然生态系统构成重大威胁. 全球变暖会增强大气光化学反应以及增加生物源挥发性有机化合物(BVOC)排放, 从而导致 O₃浓度增加. 为了评估未来 1.5 K 气候目标对中国 O₃浓度以及生态 O₃暴露的影响, 在 2018 年 4 月至 10 月期间使用 CMAQ模型进行了数值模拟. 使用六个指标(即 M7, M24, N100, SUM60, W126 和 AOT40f)估算生态 O₃暴露. 结果表明, 在华北平原,长江三角洲和四川盆地地区, 温度升高使每日最大8 小时平均 O₃浓度增加约 3 ppb, O₃超标天数增加 10–20 天. 所有 O₃暴露指标均显著增加. 中国东部和南部的 M24 和 M7 将分别增加 1–3 ppb 和 2–4 ppb. 北京周边地区的 N100 增加超过 120 小时. 陕西和四川盆地的 SUM60 增加超过 9 ppm h⁻¹, W126 增加超过 15 ppm h⁻¹, 华北平原和四川盆地的 AOT40f 增加 6 ppm h⁻¹. 温度升高还提升了大气氧化能力(AOC)水平, 在中国南部较高的 AOC 由羟基自由基贡献, 而在中国北部则由硝基自由基贡献. 由温度升高引起的反应速率变化对 O₃暴露和 AOC 的影响比 BVOC 排放增加带来的贡献更大.

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1.5 K 气候变暖对中国暖季臭氧暴露和大气氧化能力的影响
地表臭氧(O3)对公众健康、农作物和自然生态系统中的植物构成重大威胁。全球变暖可能主要通过改变大气光化学反应和增加生物挥发性有机化合物(BVOC)排放来增加未来的臭氧浓度。为评估未来 1.5 K 气候目标对中国臭氧浓度和生态臭氧暴露的影响,2018 年 4 月至 10 月期间,利用 CMAQ(社区多尺度空气质量)模式进行了数值模拟。使用六个指数(即 M7、M24、N100、SUM60、W126 和 AOT40f)估算了生态 O3 暴露。结果表明,气温升高会使华北平原、长江三角洲和四川盆地的 MDA8 O3(最大日均 8 小时 O3)浓度增加 3 ppb,O3 超标天数增加 10-20 天。所有臭氧暴露指数都出现了大幅上升。华东和华南地区的 M24 和 M7 将分别上升 1-3 ppb 和 2-4 ppb。北京周边地区的 N100 将增加 120 小时以上。SUM60 增加超过 9 ppm h-1,W126 在陕西和南充增加超过 15 ppm h-1,AOT40f 在南京和南充增加 6 ppm h-1。温度的升高也促进了大气氧化能力(AOC)水平的提高,华南地区较高的大气氧化能力是由 OH 自由基造成的,而华北地区较高的大气氧化能力则是由 NO3 自由基造成的。与 BVOC 排放量的变化相比,气温升高引起的反应速率变化对 O3 暴露和 AOC 的影响更大.摘要地表臭氧(O₃)对公众健康、农作物以及自然生态系统构成重大威胁。全球变暖会增强大气光化学反应以及增加生物源挥发性有机化合物(BVOC)排放, 从而导致 o₃浓度增加。为了评估未来 1.5 k 气候目标对中国 o₃浓度以及生态 o₃暴露的影响, 在 2018 年 4 月至 10 月期间使用 cmaq 模型进行了数值模拟。使用六个指标(即 M7、M24、N100、SUM60、W126 和 AOT40f)估算生态 O₃暴露。结果表明,在华北平原, 长江三角洲和四川盆地地区, 温度升高使每日最大 8 小时平均 O₃浓度增加约 3 ppb, O₃超标天数增加 10-20 天。所有 O₃暴露指标均显著增加。中国东部和南部的 M24 和 M7 将分别增加 1-3 ppb 和 2-4 ppb。北京周边地区的 n100 增加超过 120 小时。陕西和四川盆地的 SUM60 增加超过 9 ppm h-¹,W126 增加超过 15 ppm h-¹,华北平原和四川盆地的 AOT40f 增加 6 ppm h-¹。温度升高还提升了大气氧化能力(AOC)水平, 在中国南部较高的 AOC 由羟基自由基贡献, 而在中国北部则由硝基自由基贡献。由温度升高引起的反应速率变化对 o₃暴露和 aoc 的影响比 bvoc 排放增加带来的贡献更大。
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Atmospheric and Oceanic Science Letters
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