近日，國際著名期刊《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）在線刊登了我院王學(xué)軍和劉茂甸課題組及其合作者的最新研究成果“Underestimation of particulate dry nitrogen deposition in China”， 揭示了當(dāng)前主流模型和觀測網(wǎng)絡(luò)對中國顆粒態(tài)氮干沉降的低估問題。

氮是保障全球糧食生產(chǎn)和維持生態(tài)系統(tǒng)碳匯的關(guān)鍵元素。大氣氮沉降作為氮循環(huán)的重要一環(huán)，其估算存在較大不確定性。當(dāng)前，全球各個氮沉降觀測網(wǎng)絡(luò)主要通過觀測得到的氣溶膠濃度和模型估算的干沉降速率計算顆粒氮干沉降通量，然而這些參數(shù)在中國區(qū)域仍缺乏嚴(yán)格的觀測約束。研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前大氣化學(xué)模型低估了中國細(xì)模態(tài)氮氣溶膠粒徑超過兩倍，而不同干沉降機制對沉降速率隨粒徑的變化估值相差可達(dá)兩個數(shù)量級（圖1）。

研究團(tuán)隊基于中國實測的氣溶膠粒徑數(shù)據(jù)，并結(jié)合四種主流干沉降機制，重新構(gòu)建了中國區(qū)域高精度的大氣氮沉降數(shù)據(jù)集。結(jié)果表明，WRF-Chem和GEOS-Chem等常用大氣化學(xué)模型低估了中國地區(qū)的顆粒態(tài)氮干沉降通量。在不同模型實驗中，顆粒氮的年干沉降通量估值范圍為0.6至3.1 TgN，其中觀測約束機制（Osize_E2020）估算值為2.9 TgN，遠(yuǎn)高于WRF-Chem默認(rèn)機制（0.6 TgN）和GEOS-Chem默認(rèn)機制（1.5 TgN）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，參與CMIP6的地球系統(tǒng)模型普遍低估了NH₄⁺（顆粒態(tài)氮的主要組分）的干沉降通量；中國氮沉降監(jiān)測網(wǎng)（NNDMN）也對顆粒態(tài)氮干沉降存在約一倍的低估（圖2）。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步將修正后的沉降數(shù)據(jù)輸入陸面模型CLM5，發(fā)現(xiàn)此前因顆粒態(tài)氮干沉降低估，模型中氮沉降對中國陸地凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）的影響被可能低估了9%–13%。研究還發(fā)現(xiàn)，將觀測約束的粒徑分布與E2020機制結(jié)合，也能有效緩解大氣化學(xué)模型中普遍存在的NO₃^-濃度的高估問題。

圖1. 影響中國顆粒態(tài)氮干沉降估算的關(guān)鍵因素。a，顆粒態(tài)氮的粒徑分布；b，不同干沉降機制下沉降速率隨粒徑的變化。

圖2. 中國顆粒態(tài)氮干沉降通量的對比與評估。

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院王學(xué)軍教授、劉茂甸研究員和佐治亞理工學(xué)院的Yuhang Wang教授為論文共同通訊作者。北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院已畢業(yè)博士生張倩茹為論文第一作者。北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院陶澍院士、劉峻峰研究員，韓國延世大學(xué)Young-Hee Ryu副教授，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院劉明旭研究員，中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所李火青副研究員，北京理工大學(xué)博士生魏思宜參與了該工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等資助。

論文鏈接：https://rdcu.be/eXjci

相關(guān)論文信息：Qianru Zhang, Yuhang Wang, Maodian Liu, Young-Hee Ryu, Mingxu Liu, Huoqing Li, Si-Yi Wei, Junfeng Liu, Shu Tao, Xuejun Wang. Underestimation of particulate dry nitrogen deposition in China. Nature Geoscience (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-025-01873-3