黑碳颗粒物是大气中重要的温室物种，其全球增温效应仅次于二氧化碳和甲烷。黑碳的增温效应直接受限于其对太阳光的吸收能力。前期实验室研究表明黑碳在大气中经历复杂的物理化学过程后，其吸光能力发生显著增强，但是这种吸光增强的结论在实际大气外场观测研究中并不具有普遍性，成为黑碳增温效应评估的核心科学难题和重要的不确定性来源，进而制约了对当下和未来人为活动导致全球变暖程度的准确认识。
近日，北京大学深圳研究生院环境与能源学院黄晓锋教授课题组与国内外合作者在《Cell》姊妹刊《One Earth》（IF=16.2）发表题为“Microphysical complexity of black carbon particles restricts their warming potential”的研究论文。该研究开发了原位测量黑碳单颗粒水平的多维度微物理特征的技术方法，将其应用于我国华南地区的数次外场观测研究中，揭示出大气转化过程使不规则形状的黑碳颗粒变为更致密的球形，并增强了黑碳颗粒间微物理性质差异性。进一步针对光吸收增强的闭合归因研究表明，国内外广泛发现的黑碳吸光“模型-实验室-外场”之间的差异主要源于三个因素：1）模型和实验室研究难以揭示真实大气黑碳颗粒物之间的差异性；2）理想模型假设对黑碳颗粒的形貌描述不准；3）对于球形黑碳颗粒，其内部结构存在非理想的空间排列。在考虑并量化以上三个因素后，研究最终实现了优化后的模型与外场观测结果的高度一致性。基于观测结果的约束，本研究在全球气候模式中引入一组新的参数化方案，估算得到考虑以上三种影响因素后，黑碳的全球增温效应显著下降，直接辐射强迫降幅约为23 %。
本研究基于观测的框架有助于在测量和模型研究中准确评估含黑碳颗粒的环境和气候影响。此外，由于CO2和黑碳颗粒排放的同源性，“碳中和”战略推动的化石燃料燃烧减排将不可避免地导致黑碳颗粒排放的减少。受观测约束的黑碳颗粒辐射强迫计算将有助于评估未来黑碳减排情景下的环境和气候效益。较小的黑碳颗粒正辐射强迫也可能对气候敏感性和未来变暖程度产生深远影响。
北京大学深圳研究生院环境与能源学院黄晓锋教授、彭妍博士和魏静博士为论文共同第一作者；南开大学环境科学与工程学院彭剑飞教授、北京大学深圳研究生院何凌燕教授与美国斯坦福大学地球系统科学系王元教授为论文共同通讯作者；南开大学毛洪钧教授与美国加州理工学院John H. Seinfeld为论文主要合作者。该研究得到了国家重点研发计划（No.2022YFC3701000）、国家自然科学基金项目（No.42175123）以及深圳市科技计划（No.JCYJ20200109120401943）的支持。
图1 环境观测中，不同层面的BC微物理性质对Eabs演化的影响
图2 老化过程中模型、烟雾箱和实际大气中含BC颗粒微物理性质和Eabs的演变
原文链接：https://www.cell.com/one-earth/fulltext/S2590-3322(23)00559-6
