Тенденция к осадкам увеличивает вклад сухих восстановленных осаждений азота

npj Наука о климате и атмосфере, том 6, Номер статьи: 62 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Учитывая стабилизацию выбросов окисленного азота во всем мире, атмосферные осаждения восстановленного азота (NHx = NH3 + NH4+) становятся все более критическими, особенно сухие осаждения, которые представляют большую угрозу для роста растений. Сочетание исторических данных об осаждениях измеренного влажного NHx и смоделированного сухого NHx в Китае позволяет предположить, что сухие осаждения NHx существенно возрастают (4,50% год-1, p < 0,05) с 1980 года. Здесь результаты модели химического переноса (WRF-EMEP) указывают на то, что вариации выбросов NH3 не являются доминирующим фактором, приводящим к постоянно увеличивающимся тенденциям сухих осаждений NHx, в то время как вызванные изменением климата тенденции в характере осадков с менее частыми небольшими дождями и более частыми последовательными дождями (с ≥2 дождливыми днями подряд) способствуют увеличению сухих отложений NHx. Это будет продолжать сдвигать осаждение NHx из влажной формы в сухую со скоростью 0,12 и 0,23% год-1 (p < 0,05) в период 2030–2100 годов в Китае по сценариям РТК4.5 и РТК8.5 соответственно. Дальнейший анализ для Северной Америки и Европы демонстрирует результаты, аналогичные Китаю, с постоянным увеличением доли сухих осаждений NHx, вызванным изменением характера осадков с ~30% до ~35%. Таким образом, наши результаты показывают, что изменение характера осадков оказывает все большее влияние на переход осаждения NHx из влажной формы в сухую в Северном полушарии и подчеркивают необходимость перехода от стратегии тотального контроля, основанной на осаждении NHx, к более строгому контролю выбросов NH3. борьба с сухими отложениями NHx с целью смягчения потенциальных негативных экологических последствий.

Выпадение азота, важного компонента глобального азотного цикла, увеличилось вдвое за последние 100 лет во всем мире1 и на 60% с 1980 по 2010 год в Китае2 в результате реактивных выбросов азота, связанных с быстрым расширением сельского хозяйства и увеличением сжигания ископаемого топлива3. . К таким активным формам азота относятся восстановленные (NHx = NH3 + NH4+) и окисленные (NOy = NOx (NO + NO2) + продукты его окисления) соединения. Учитывая постоянное сокращение выбросов NOx, выпадение NHx становится все более важным, и его вклад в настоящее время достигает 60–85% от общего количества выпадений азота в США и Европе4,5,6. Увеличение осаждения NHx благоприятно для растениеводства и роста растений в регионах с ограниченным содержанием азота7, тогда как избыточное осаждение NHx наносит больший ущерб чувствительным к азоту экосистемам, включая глобальную утрату биоразнообразия и эвтрофикацию, по сравнению с осаждением NOy8.

Удаление NHx из атмосферы может происходить сухим или влажным способом1,9,10. Влажное осаждение происходит главным образом за счет вымывания дождем, мокрым снегом, туманом, снегом и градом2,11, тогда как сухое осаждение происходит за счет вертикального турбулентного переноса на земную поверхность8,9. Сухое осаждение NHx (часто с преобладанием газообразного NH3) представляет собой непрерывный процесс, который приводит к изменению видового состава растений и значительно быстрее сокращает видовой покров и разнообразие, а также создает более серьезные угрозы для роста растений по сравнению с той же единицей влажного осаждения NHx12,13. Предыдущие исследования охарактеризовали пространственно-временные вариации и экологические последствия отложений NHx; однако основное внимание в этих исследованиях уделялось влажным осаждениям NHx, поскольку их относительно легко измерить в существующих сетях2,11, тогда как долгосрочные и крупномасштабные сухие осаждения NHx изучены меньше из-за технической сложности прямого измерения и мониторинг сухих отложений. Сообщалось, что сухие отложения NHx были важнейшим компонентом общего количества отложений NHx в последние годы14,15. Основываясь на сочетании данных о влажных осаждениях NHx за прошлые периоды и данных о сухих осаждениях NHx на основе моделей, Ю и др.16 предположили, что с 1980 года в Китае произошел сдвиг в относительном вкладе влажных и сухих осаждений в общее количество осаждений NHx. до 2015 года; ранее влажные осаждения доминировали в общем объеме осаждений NHx, но смоделированное соотношение сухих и влажных осаждений NHx (\({R}_{{\rm{NH}}x({\rm{dry/wet})}\)) постепенно увеличился с 1980 по 2015 год до такой степени, что влажные и сухие отложения теперь имеют примерно равный вклад в общее количество отложений NHx (рис. 1). Таким образом, существует острая необходимость лучше понять, почему в Китае в период последние десятилетия согласно смоделированным выпадениям, особенно когда выбросы NH3 оставались стабильными с 2005 года16.