研究

课题组以大气化学与气候变化相互作用研究为核心,将观测、卫星遥感、排放清单、数值模式和机器学习方法结合起来,服务清洁空气、温室气体减排和气候变化应对目标。

Abstract atmospheric chemistry and Earth system modeling visual
大气边界层、臭氧廓线和城市污染传输的抽象研究视觉

大气污染的来源、演变与理化过程

追踪臭氧、细颗粒物、活性氮、自由基等大气组分的分布特征和长期演变趋势,研究其自然与人为来源、化学转化、区域输送、沉降过程及天气对这些过程的影响,量化污染治理的响应。

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为什么重要

大气污染,特别是臭氧污染和细颗粒物(PM)污染,是全球和我国的重要环境挑战。大气污染物及其前体物在大气中要经历排放、化学转化、输送和扩散及沉降过程,且受到阳光、温度等气象环境的影响。我们的研究持续追踪污染物的变化规律,研究其来自哪些人为和自然过程,如何进行化学转化,为理解大气污染的形成和制定更有效空气质量政策提供科学依据。

主题

大气污染物和氧化性变化趋势

结合地面、飞机、探空、卫星观测和化学模式,持续追踪臭氧、自由基等大气氧化性关键组分的长期变化

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我们的贡献

  • 发现全球和东亚对流层臭氧显著上升的现象;北半球城市地表臭氧浓度的反向变化,全球夜间氧化性迅速增强。
论文
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2024-01National Science Review

Deciphering decadal urban ozone trends from historical records since 1980

Wang, Haolin, Lu, Xiao, Palmer, Paul I, Zhang, Lin, Lu, Keding, Li, Ke, Nagashima, Tatsuya, Koo, Ja-Ho, Tanimoto, Hiroshi, Wang, Haichao, Gao, Meng, He, Cheng, Wu, Kai, Fan, Shaojia, Zhang, Yuanhang

Representative work for Trends in Air Pollutants and Atmospheric Oxidation.

大气污染成因大气污染物和氧化性变化趋势
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2025-07-28Atmospheric Chemistry and Physics

Tropospheric ozone trends and attributions over East and Southeast Asia in 1995–2019: an integrated assessment using statistical methods, machine learning models, and multiple chemical transport models

Lu, Xiao, Liu, Yiming, Su, Jiayin, Weng, Xiang, Ansari, Tabish, Zhang, Yuqiang, He, Guowen, Zhu, Yuqi, Wang, Haolin, Zeng, Ganquan, Li, Jingyu, He, Cheng, Li, Shuai, Amnuaylojaroen, Teerachai, Butler, Tim, Fan, Qi, Fan, Shaojia, Forster, Grant L., Gao, Meng, Hu, Jianlin, Kanaya, Yugo, Latif, Mohd Talib, Lu, Keding, Nédélec, Philippe, Nowack, Peer, Sauvage, Bastien, Xu, Xiaobin, Zhang, Lin, Li, Ke, Koo, Ja-Ho, Nagashima, Tatsuya

大气污染成因大气污染物和氧化性变化趋势
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2022-01Atmospheric Chemistry and Physics

Global tropospheric ozone trends, attributions, and radiative impacts in 1995–2017: an integrated analysis using aircraft (IAGOS) observations, ozonesonde, and multi-decadal chemical model simulations

Wang, Haolin, Lu, Xiao, Jacob, Daniel J., Cooper, Owen R., Chang, Kai-Lan, Li, Ke, Gao, Meng, Liu, Yiming, Sheng, Bosi, Wu, Kai, Wu, Tongwen, Zhang, Jie, Sauvage, Bastien, Nédélec, Philippe, Blot, Romain, Fan, Shaojia

Representative work for Trends in Air Pollutants and Atmospheric Oxidation.

大气污染成因大气污染物和氧化性变化趋势
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相关人员
活性大气成分的自然、人为来源与化学转化

定量PM、臭氧等大气污染前体物的自然与人为来源,研究其对大气污染化学形成与演变的贡献

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我们的贡献

  • 揭示我国土壤活性氮、非洲和美国野火排放全球大气化学和区域空气质量的影响机制
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2021-08-18Nature Communications

The underappreciated role of agricultural soil nitrogen oxide emissions in ozone pollution regulation in North China

Lu, Xiao, Ye, Xingpei, Zhou, Mi, Zhao, Yuanhong, Weng, Hongjian, Kong, Hao, Li, Ke, Gao, Meng, Zheng, Bo, Lin, Jintai, Zhou, Feng, Zhang, Qiang, Wu, Dianming, Zhang, Lin, Zhang, Yuanhang

Representative work for Natural and Anthropogenic Sources and Chemical Transformation.

大气污染成因活性大气成分的自然、人为来源与化学转化
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2023-08-19Environmental Science & Technology

Soil Emissions of Reactive Nitrogen Accelerate Summertime Surface Ozone Increases in the North China Plain

Wanshan Tan, Haolin Wang, Jiayin Su, Ruize Sun, Cheng He, Xiao Lu, Jintai Lin, Chaoyang Xue, Haichao Wang, Yiming Liu, Lei Liu, Lin Zhang, Dianming Wu, Yujing Mu, Shaojia Fan

Representative work for Natural and Anthropogenic Sources and Chemical Transformation.

大气污染成因活性大气成分的自然、人为来源与化学转化
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相关人员
气象条件影响大气污染的机制

研究气象要素、边界层过程、天气尺度过程对区域大气污染演变与结构的调制机制

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我们的贡献

  • 解密了温度与臭氧高相关性的机制,探索了边界层混合增强及副热带高压、台风外围环流等气象条件对地表污染的影响机理。
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2023-01Atmospheric Chemistry and Physics

Nighttime ozone in the lower boundary layer: insights from 3-year tower-based measurements in South China and regional air quality modeling

He, Guowen, He, Cheng, Wang, Haofan, Lu, Xiao, Pei, Chenglei, Qiu, Xiaonuan, Liu, Chenxi, Wang, Yiming, Liu, Nanxi, Zhang, Jinpu, Lei, Lei, Liu, Yiming, Wang, Haichao, Deng, Tao, Fan, Qi, Fan, Shaojia

Representative work for Meteorological Controls on Air Pollution.

大气污染成因气象条件影响大气污染的机制
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相关人员
卫星观测、排放清单和温室气体羽流反演的抽象研究视觉

温室气体的收支反演与演变归因

利用地面观测、卫星遥感、排放清单和反演模型,评估甲烷、二氧化碳等温室气体的源汇和区域排放清单,厘清排放和浓度变化机制,探索减排潜力。

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为什么重要

甲烷和二氧化碳是导致全球变暖的关键温室气体,浓度自工业革命以来显著上升,但它们的排放来源很多样,其真实排放有多少很难被准确估算,影响对其浓度上升原因的理解及减排措施的有效制定。我们的研究通过卫星和原位观测追踪它们的大气浓度变化,通过数学算法和数值模拟反推其排放来源,检验排放清单、识别重点排放源,支撑更可信的碳核算与减排决策。

主题

全球尺度大气甲烷收支反演与演变归因

发展大气反演算法,利用卫星、原位同位素等多源观测厘清全球甲烷源汇格局,揭示甲烷浓度变化机制

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我们的贡献

  • 发展了融合卫星及近地面甲烷浓度和同位素观测的甲烷源汇反演算法,量化了湿地源和人为源对甲烷浓度上升的贡献。
论文
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2021-03-25Atmospheric Chemistry and Physics

Global methane budget and trend, 2010–2017: complementarity of inverse analyses using in situ (GLOBALVIEWplus CH4 ObsPack) and satellite (GOSAT) observations

Lu, Xiao, Jacob, Daniel J., Zhang, Yuzhong, Maasakkers, Joannes D., Sulprizio, Melissa P., Shen, Lu, Qu, Zhen, Scarpelli, Tia R., Nesser, Hannah, Yantosca, Robert M., Sheng, Jianxiong, Andrews, Arlyn, Parker, Robert J., Boesch, Hartmut, Bloom, A. Anthony, Ma, Shuang

Representative work for Global Methane Budget Inversion and Attribution.

温室气体源汇全球尺度大气甲烷收支反演与演变归因
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相关人员
区域温室气体演变与排放清单

评估国家与区域排放清单,解析油气、工业和城市排放的强度与变化。

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我们的贡献

  • 发展和优化了区域高精度及点源尺度温室气体反演方法,揭示了化石燃料温室气体排放估计的巨大偏差。
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2022-01-12Atmospheric Chemistry and Physics

Methane emissions in the United States, Canada, and Mexico: evaluation of national methane emission inventories and 2010–2017 sectoral trends by inverse analysis of in situ (GLOBALVIEWplus CH4 ObsPack) and satellite (GOSAT) atmospheric observations

Lu, Xiao, Jacob, Daniel J., Wang, Haolin, Maasakkers, Joannes D., Zhang, Yuzhong, Scarpelli, Tia R., Shen, Lu, Qu, Zhen, Sulprizio, Melissa P., Nesser, Hannah, Bloom, A. Anthony, Ma, Shuang, Worden, John R., Fan, Shaojia, Parker, Robert J., Boesch, Hartmut, Gautam, Ritesh, Gordon, Deborah, Moran, Michael D., Reuland, Frances, Villasana, Claudia A. Octaviano, Andrews, Arlyn

Representative work for Regional Greenhouse Gas Evolution and Emission Inventories.

温室气体源汇区域温室气体演变与排放清单
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气候变化、大气化学和生态系统交换过程的抽象研究视觉

气候—大气化学—生态-能源系统相互作用

研究气候变率如何影响大气组分演变及大气化学过程,并解析臭氧、甲烷、气溶胶等大气组分对气候、碳循环、生态系统和清洁能源的反馈。

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为什么重要

空气污染、温室气体排放和气候变化不是孤立问题。天气和气候会影响大气组分的自然来源(如植被、湿地排放)、物理传输和化学过程,而臭氧、甲烷、气溶胶等大气组分也会反过来改变辐射、云和降水、以及生态系统,进而影响清洁能源(如光伏和风能)。我们的研究利用包含气候-大气化学-生态系统全过程的地球系统模式,探究这种相互作用机理,有助于同时应对清洁空气和气候变化两大挑战。

主题

全球变暖与气候变率对大气组分的影响

探索气候系统对大尺度大气组分变化的深刻影响及机制,理解全球变暖背景下大气化学的变化机理

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我们的贡献

  • 揭示了气候变化背景下哈德来环流极向移动、ENSO、南亚夏季风等气候变率或气候系统对对流层臭氧的影响机制。
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2019-03Science Bulletin

Surface and tropospheric ozone trends in the Southern Hemisphere since 1990: possible linkages to poleward expansion of the Hadley circulation

Xiao Lu, Lin Zhang, Yuanhong Zhao, Daniel J. Jacob, Yongyun Hu, Lu Hu, Meng Gao, Xiong Liu, Irina Petropavlovskikh, Audra McClure-Begley, Richard Querel

Representative work for Effects of Global Warming and Climate Variability on Atmospheric Composition.

气候化学反馈全球变暖与气候变率对大气组分的影响
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大气组分对气候-植被碳循环-能源的反馈

揭示臭氧、细颗粒物等影响大气辐射、云和降水、植被碳循环及能源系统(如风能、光伏)等的影响机制

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我们的贡献

  • 探索了气溶胶如何影响闪电活动及影响我国光伏发电潜力,臭氧如何通过影响热带植被导致气候-化学-碳循环正反馈过程
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大气化学模式、卫星资料同化和地球系统模拟的抽象研究视觉

地球系统模式与AI融合发展

发展和改进地球系统模式、大气化学传输和空气质量模式,粒子扩散模式等模式系统,机器学习与数值模式结合的地球系统研究和空气质量预测应用。

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为什么重要

数值模式将观测、排放、化学机制和气候过程连接起来,是理解大气污染和气候变化、评估政策情景和预测空气质量的重要科学工具,但且复杂性极高,部分过程难以被准确参数化。我们的研究一方面推动国产地球系统模式中大气化学模块的发展,提升其准确度及与不同模块的交互能力,一方面将机器学习和人工智能方法应用于大气成分约束、空气质量预测、模式机制修正及参数化等,推动数值模式与AI融合发展。

主题

地球系统模式大气化学模块发展

开发中国气象局地球系统模式大气化学模拟模块,提升大气成分模拟精度及与地球系统其他模块交互能力

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我们的贡献

  • 发展了第一、二代中国气象局BCC地球系统模式大气化学模拟模块BCC-GEOS-Chem v1.0/2.0
论文
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2026-03-16Geoscientific Model Development

Development of the global chemistry-climate coupled model BCC-GEOS-Chem v2.0: improved atmospheric chemistry performance and new capability of chemistry-climate interactions

Sun, Ruize, Lu, Xiao, Lin, Haipeng, Wu, Tongwen, Ye, Xingpei, Shen, Lu, Wang, Xuan, Wang, Haolin, Li, Jingyu, Lu, Ni, Su, Jiayin, Zhang, Jie, Zhang, Fang, Xin, Xiaoge, Liu, Xiong, Yang, Xiao, Zhang, Lin

Representative work for Atmospheric Chemistry Modules in Earth System Models.

模式与AI发展地球系统模式大气化学模块发展
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相关人员
数值模式与机器学习方法融合发展应用

发展AI算法,融入数值模拟,提升大气自由基、臭氧等活性成分的模拟精度,发展AI空气质量预报模型

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我们的贡献

  • 基于机器学习算法揭示空气质量模式臭氧化学生成模拟偏差及修正
论文
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