教大学者共同发表《自然-通讯》突破性研究 揭示「多核心」黑碳气溶胶对气候的影响
香港教育大学 (教大) 研究人员参与一项突破性研究，发现传统对黑碳粒子结构的理解 – 包括来自山火等天然灾害中所排放的黑碳粒子 - 或大幅低估了其对全球气候系统的影响。
在过往全球气候模拟中，黑碳（BC）粒子一般被简化作「核心-壳层」结构：即每个粒子只计算一个单一碳核心。然而，由中国内地、香港、美国、英国、以色列、日本和韩国的学者组成的跨学科国际研究团队发现，在覆盖范围广、烟雾传输距离远的野火中，约五分之一（21%）的黑碳粒子 – 特别是直径大于400纳米者 – 其实包含两个或以上的碳核心。但现时这些「多核心」黑碳气溶胶粒子，并没有被纳入全球气候模型当中，这或正是导致黑碳光吸收量长期被低估约50%的关键原因。
研究团队由浙江大学地球科学学院李卫军教授领导，汇聚大气科学、全球气候建模、电子显微镜、大气环境、空气污染及地球系统科学等多个领域的专家。教大科学与环境学系助理教授程炳沛博士为团队成员之一。
研究成果已发表于国际权威期刊《自然-通讯》。
研究重点
近年来，野火灾害日趋严重且引发重大损失。根据全球再保险公司Munich Re的数据，自1980年以来最具破坏性的200场火灾中，当中一半损失达10亿美元的均发生在过去十年。因此，准确理解野火产生的黑碳粒子对气候系统的真实影响，对制定有效解决方案至关重要。
过往理论认为黑碳粒子「老化」主要是由于外层不断积聚变厚，因此其气候影响通常以「单核心」假设计算。然而，研究团队透过在云南野火季的实地观察以及电子显微技术分析显示，黑碳粒子可因碰撞和聚合，形成单一粒子内含多个核心的团簇，而这种核心直径往往超过200纳米。
该研究的第一作者陈曦垚博士表示：「黑碳的混合状态对理解其气候效应至关重要。若忽略传输过程中的碰撞过程，以及相应的多碳核结构与光学性质，将不利于对黑碳相关气候风险的准确评估与政策制定。」
创新方法
为量化多核心粒子的影响，团队开发了一个机器学习吸收增强模拟器，并将其整合至全球大气模型中。模拟结果显示，多核心黑碳粒子令全球平均黑碳吸收增加19%，尤其对频频受到野火影响的地区，例如东南亚、中国西南部、青藏高原、南部非洲和北美等地区，增幅更为明显。
通讯作者李卫军教授解释：「我们透过纳米尺度观察发现，在野火和城市的老化大气中存在大量多核心黑碳粒子，而这些结构过往未被纳入气候模型。透过改进演算法，我们现成功模拟其增强的光学吸收并量化其对全球暖化的贡献，为更精确评估黑碳的气候影响提供了科学基础，亦有助于气候治理及全球合作。」
程炳沛博士补充道，这种结合单粒子测量、光学模拟、全球气候建模及机器学习的综合研究方法，推动了对黑碳增温效应的理解，并有助更准确地评估黑碳的辐射强迫效应，支持制定更有效的气候政策。
展望未来
研究团队建议，未来的气候模型应明确纳入黑碳的多核心混合状态，以提升全球辐射强迫评估的准确性，并为更具科学依据的减排策略提供指引。
共着者、史丹福大学的Mark Jacobson教授强调，研究再次印证黑碳是全球变暖的第二大推手，凸显减缓黑碳排放的迫切性。
随着野火活动及人为排放在全球暖化下持续增加，纳入这些新发现对于有效的气候治理和国际合作至关重要。研究亦有助于实现联合国可持续发展目标（SDGs），尤其是目标3（良好健康与福祉）、目标11（可持续城市与社区）及目标13（气候行动）。
完整论文请见：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65079-2
教大学者共同发表《自然-通讯》突破性研究 揭示「多核心」黑碳气溶胶对气候的影响
下载所有图片
