教大學者共同發表《自然-通訊》突破性研究 揭示「多核心」黑碳氣溶膠對氣候的影響
香港教育大學 (教大) 研究人員參與一項突破性研究，發現傳統對黑碳粒子結構的理解 – 包括來自山火等天然災害中所排放的黑碳粒子 - 或大幅低估了其對全球氣候系統的影響。
在過往全球氣候模擬中，黑碳（BC）粒子一般被簡化作「核心-殼層」結構﹕即每個粒子只計算一個單一碳核心。然而，由中國內地、香港、美國、英國、以色列、日本和韓國的學者組成的跨學科國際研究團隊發現，在覆蓋範圍廣、煙霧傳輸距離遠的野火中，約五分之一（21%）的黑碳粒子 – 特別是直徑大於400納米者 – 其實包含兩個或以上的碳核心。但現時這些「多核心」黑碳氣溶膠粒子，並沒有被納入全球氣候模型當中，這或正是導致黑碳光吸收量長期被低估約50%的關鍵原因。
研究團隊由浙江大學地球科學學院李衛軍教授領導，匯聚大氣科學、全球氣候建模、電子顯微鏡、大氣環境、空氣污染及地球系統科學等多個領域的專家。教大科學與環境學系助理教授程炳沛博士為團隊成員之一。
研究成果已發表於國際權威期刊《自然-通訊》。
研究重點
近年來，野火災害日趨嚴重且引發重大損失。根據全球再保險公司Munich Re的數據，自1980年以來最具破壞性的200場火災中，當中一半損失達10億美元的均發生在過去十年。因此，準確理解野火產生的黑碳粒子對氣候系統的真實影響，對制定有效解決方案至關重要。
過往理論認為黑碳粒子「老化」主要是由於外層不斷積聚變厚，因此其氣候影響通常以「單核心」假設計算。然而，研究團隊透過在雲南野火季的實地觀察以及電子顯微技術分析顯示，黑碳粒子可因碰撞和聚合，形成單一粒子內含多個核心的團簇，而這種核心直徑往往超過200納米。
該研究的第一作者陳曦垚博士表示：「黑碳的混合狀態對理解其氣候效應至關重要。若忽略傳輸過程中的碰撞過程，以及相應的多碳核結構與光學性質，將不利於對黑碳相關氣候風險的準確評估與政策制定。」
創新方法
為量化多核心粒子的影響，團隊開發了一個機器學習吸收增強模擬器，並將其整合至全球大氣模型中。模擬結果顯示，多核心黑碳粒子令全球平均黑碳吸收增加19%，尤其對頻頻受到野火影響的地區，例如東南亞、中國西南部、青藏高原、南部非洲和北美等地區，增幅更為明顯。
通訊作者李衛軍教授解釋：「我們透過納米尺度觀察發現，在野火和城市的老化大氣中存在大量多核心黑碳粒子，而這些結構過往未被納入氣候模型。透過改進演算法，我們現成功模擬其增強的光學吸收並量化其對全球暖化的貢獻，為更精確評估黑碳的氣候影響提供了科學基礎，亦有助於氣候治理及全球合作。」
程炳沛博士補充道，這種結合單粒子測量、光學模擬、全球氣候建模及機器學習的綜合研究方法，推動了對黑碳增溫效應的理解，並有助更準確地評估黑碳的輻射強迫效應，支持制定更有效的氣候政策。
展望未來
研究團隊建議，未來的氣候模型應明確納入黑碳的多核心混合狀態，以提升全球輻射強迫評估的準確性，並為更具科學依據的減排策略提供指引。
共著者、史丹福大學的Mark Jacobson教授強調，研究再次印證黑碳是全球變暖的第二大推手，凸顯減緩黑碳排放的迫切性。
隨著野火活動及人為排放在全球暖化下持續增加，納入這些新發現對於有效的氣候治理和國際合作至關重要。研究亦有助於實現聯合國可持續發展目標（SDGs），尤其是目標3（良好健康與福祉）、目標11（可持續城市與社區）及目標13（氣候行動）。
完整論文請見：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65079-2
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