研究發現多核黑碳顆粒顯著增強野火煙霧光吸收效應

近日，香港教育大學的研究人員參與的一項研究揭示，關于黑碳顆粒（如野火排放產生的顆粒）結構的傳統理論，可能嚴重低估了其對全球氣候系統的影響。該研究發表于《自然—通訊》期刊。

傳統上，在全球氣候模擬中，黑碳（BC）顆粒被簡化為“核—殼”結構，即單個碳核位于顆粒中心，外層被其他物質包裹。然而，研究團隊發現，在遠距離傳輸的野火煙霧中，約五分之一（21%）的黑碳顆粒——尤其是直徑大于400納米的顆粒——含有兩個或更多碳核。

這些“多核”氣溶膠此前未被納入全球氣候模型，可能正是導致模型估算的黑碳光吸收值持續低于實際測量值約50%的關鍵原因。

野火正造成日益嚴重的生命財產損失。據公布的數據顯示，自1980年以來損失最嚴重的200場野火中，半數造成10億美元及以上損失的事件發生在過去十年。因此，準確理解野火產生的黑碳顆粒的真實影響，對于評估其對氣候系統的作用及制定有效解決方案至關重要。

先前理論認為黑碳主要通過積聚外層物質而“老化”。因此，在計算其氣候影響時，通常假設每個排放至大氣中的顆粒僅含單一碳核。但基于云南野火季期間的實地觀測結合先進電子顯微技術，該團隊發現顆粒之間會發生碰撞與聚并，形成單顆粒內含多個碳核（核心直徑常超過200納米）的團聚結構。

研究指出，黑碳的混合狀態是理解其氣候效應的基礎。忽視顆粒聚并和多核結構會阻礙對黑碳在氣候變化中作用的準確評估及相關政策制定。

為量化多核顆粒的影響，團隊開發了用于計算吸光增強效應的機器學習模擬器，并將其嵌入全球大氣模型。模擬結果顯示，多核黑碳顆粒導致全球平均黑碳吸收增強19%，在東南亞、中國西南部、南部非洲及北美等受野火影響的區域尤為顯著。

研究團隊的納米尺度觀測在野火和城市環境中均發現了大量多核黑碳顆粒，這種結構此前未在氣候模型中體現。通過優化算法，他們模擬了其增強的光吸收效應，量化了其對全球變暖的貢獻，從而能更精確評估黑碳的氣候影響。這項研究為氣候治理和全球合作提供了更堅實的大氣科學基礎。

這種融合顆粒級測量、光學模擬、全球氣候建模與機器學習的綜合研究方法，深化了我們對黑碳致暖效應的理解，使我們更接近準確評估其輻射強迫的目標，并支持制定更有效的氣候政策。

作者建議未來氣候模型應明確納入黑碳的多核混合狀態，以提高全球輻射強迫評估的準確性，并為制定更科學的減排策略提供依據。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65079-2