羟基（OH）自由基是大气对流层中最为重要的氧化剂，不仅对臭氧和颗粒物污染的形成起到重要作用，而且会影响甲烷等多种温室气体的寿命，进而改变温室效应。臭氧光解产生的激发态氧原子与水汽分子的反应是对流层羟基自由基的主要来源。

全球在实现碳中和目标过程中，会大幅削减人为污染源排放，改变大气臭氧浓度。此外，气候变化也会影响大气温度和水汽含量的变化。未来全球大气羟基自由基水平如何演变，以及如何影响甲烷寿命，都是亟需回答的科学问题。

图1. 模型预测2015-2100年全球对流层氮氧化物（a）、一氧化碳（b）、臭氧（c）和羟基自由基（d）浓度趋势，及羟基自由基汇过程（e）和水汽含量变化（f）。

北京大学环境科学与工程学院刘明旭、宋宇、朱彤及合作者，基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中三组地球系统模型的预测结果，分析了在采取不同气候变化应对路径下对流层羟基自由基含量的演变趋势和驱动因素，解析了人类排放和自然过程反馈对羟基自由基的不同影响（图1）。最后通过羟基自由基影响的甲烷寿命动态响应模型，重建了未来甲烷的大气辐射强迫。

出乎预期的是，三组模拟结果均表明，在实现碳中和进程中，人为源排放的大幅度降低使得全球平均羟基自由基浓度在2015至2100年间呈显著增加趋势（0.071‒0.16% yr-1），主要原因是甲烷和一氧化碳排放的下降导致羟基自由基汇的减弱，抵消了其化学生成来源的下降。羟基自由基增加趋势进一步缓解了甲烷的温室效应（‒0.08 W m-2）。相反，如果采取的气候减缓策略不合理，可能会显著降低羟基自由基浓度，从而将增加甲烷的温室效应。

研究结果为未来减缓气候变化提供了新思路，即需要以大气氧化能力为指标，开展人为源污染物和短寿命温室气体的协同精准减排，达到空气质量改善和应对气候变化的双赢目的。

该工作近日以“Enhanced atmospheric oxidation toward carbon neutrality reduces methane’s climate forcing”为题发表于Nature Communications上。刘明旭研究员为论文第一作者，朱彤教授和日本名古屋大学Hitoshi Matsui教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目的资助。