Steve Warren和他的朋友們利用春假進(jìn)行了海島游，但是他們并不是去享受日光浴的，來自華盛頓大學(xué)西雅圖分校的這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)前往了位于加拿大境內(nèi)的北極地區(qū)，在那里，他們挖掘冰雪中殘留的黑碳，并采集了數(shù)百個(gè)樣本帶回實(shí)驗(yàn)室。這次考察的目地就是要把隱藏在冰雪中的黑碳找出來。

這些黑色顆粒物的主要成分是煤炭，大部分源于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、燃煤電廠、秸桿焚燒、南部森林火災(zāi)的不完全燃燒。盛行風(fēng)將這些黑碳以及其他污染物帶至北極，并形成一層骯臟的黃色煙霧，直到暴風(fēng)季節(jié)來臨時(shí)才能將它們吹散。 Warren的研究小組前往北極就是為了收集殘留在冰雪中的黑碳顆粒。

北極上空出現(xiàn)這種氣態(tài)煙霧的現(xiàn)象由來已久，但是科學(xué)家們直到現(xiàn)在才意識(shí)到煤煙（s o o t）的特殊性和潛在危害。黑碳，正如其名，會(huì)吸收太陽光。當(dāng)這些顆粒物漂浮在空氣中時(shí)，會(huì)使大氣溫度升高；而當(dāng)它們沉降至地面時(shí)，則會(huì)加速冰雪的融化。相類似地，深色的土地和深色的水體會(huì)大量吸收太陽光的能量，并加速區(qū)域溫度的升高。近期的研究顯示，黑碳在北極變暖過程中起了推波助瀾的作用。煤煙危害著世界各地的環(huán)境質(zhì)量。在東南亞，研究發(fā)現(xiàn)，煤煙污染了印度洋季風(fēng)帶來的潮濕空氣，使高山上的冰川消融，致使數(shù)十億人口因缺水而面臨飲水困難。

從這一點(diǎn)來講，科學(xué)家們?nèi)狈τ辛Φ淖C據(jù)來評(píng)估黑碳對(duì)氣候變化造成的影響到底有多大。一些研究指出，鑒于其對(duì)氣候變化的巨大貢獻(xiàn)，黑碳可能會(huì)成為繼二氧化碳之后，第二大危害物質(zhì)。這兩種污染物之間存在明顯的差別。煤煙在空氣中的懸浮時(shí)間僅為數(shù)周，而二氧化碳分子則可以在空氣中存在幾個(gè)世紀(jì)。這就意味著對(duì)黑碳的治理可以立即顯現(xiàn)在氣候變化的結(jié)果中。由于黑碳對(duì)公共健康的危害也不容忽視，因此，將黑碳納入氣候變化政策的可能性也被大大提升。

加里福尼亞州斯克里普斯海洋研究所的大氣環(huán)境學(xué)家Veerabhadran Ramanathan說，令人感到迫在眉睫的是：到現(xiàn)在為止，我們?cè)诙趸紲p排問題上還沒有什么實(shí)質(zhì)的進(jìn)展。相對(duì)而言，控制煤煙的排放則顯得簡(jiǎn)單而可行。我們不需要花費(fèi)30年，甚至100年的時(shí)間去完成減排工作。如果你立即停止排放煤煙，那么它在兩周內(nèi)就會(huì)消失。

模糊不清的數(shù)據(jù)

在黑碳引起學(xué)術(shù)界的廣泛興趣之前，Warren 已在很早之前就開展了相關(guān)的前期研究和觀測(cè)。 1980年，來自克羅拉多州國家大氣研究中心的 Warren Wiscombe和他共同開展合作，他們發(fā)現(xiàn)很難對(duì)冰雪的反射率進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的模擬。從北極觀測(cè)到的冰雪反射率數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果大相徑庭，在他們的模型計(jì)算中冰雪的反射率明顯低于實(shí)際情況。Warren指出，我們認(rèn)為所采集的樣本位于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的下風(fēng)向，是造成這種偏差的主要原因。

華盛頓大學(xué)的Antony Clarke是第一個(gè)開展北極地區(qū)黑碳沉降研究的人，他通過收集科研考察隊(duì)在不同季節(jié)前往北極后采集回來的冰雪樣本，進(jìn)行黑碳研究。為此，Wa r r en前去與他進(jìn)行探討�；谶@些樣本數(shù)據(jù)，Clarke于1985年發(fā)表的研究成果指出，黑碳對(duì)北極地區(qū)的氣候影響是存在的。但是他的研究報(bào)告鮮有人問津，直到J im Hansen向全球發(fā)出了首個(gè)關(guān)于二氧化碳威脅論的警示后，人們才逐漸意識(shí)到這個(gè)問題的嚴(yán)重性。

2000年，任職于紐約Goddard空間研究所的 Hansen大膽地提出了一個(gè)論斷：減緩全球變暖的最快且最直接的方法就是減少黑碳、甲烷及其他對(duì)變暖做出巨大貢獻(xiàn)的污染物的排放，這些物質(zhì)更容易被控制，且取得的實(shí)際效果比減少二氧化碳排放來得更顯著。隨后，相關(guān)的研究報(bào)告也得出了相同的結(jié)論。基于早前對(duì)加里福尼亞州煙霧事件的研究結(jié)果，斯坦福大學(xué)加里福尼亞分校的 Mark  Jacobson在隨后幾年的研究中驗(yàn)證了Hansen 的假設(shè)。自此以后，他成為了提倡減少黑碳排放的號(hào)召人，并于2007年受邀在加里福尼亞州民主黨參議員Henry Waxman主持的州議會(huì)上進(jìn)行了學(xué)術(shù)報(bào)告。Waxman現(xiàn)已成為美國白宮能源和商業(yè)委員會(huì)的主席。上周，美國眾議院在審議氣候變化政策時(shí)，他就曾要求美國環(huán)境保護(hù)署分析黑碳政策的可執(zhí)行性。

Jacobson計(jì)算認(rèn)為，人為排放的各種大氣污染物的數(shù)量足已使全球溫度升高2℃。其中約有一半的影響被其他大氣污染物抵消了，包括硫酸鹽和淺色煤煙顆粒，這些物質(zhì)可以通過反射太陽光或形成云團(tuán)，使地球降溫。Jacobson評(píng)估認(rèn)為，總的來說，溫度升高0.75~0.85℃是可以肯定的，其中有0.25℃來自黑碳的貢獻(xiàn)。

Jacobson說<換句話說，如果能對(duì)煤煙加以控制，那么我們至少可以避免30%的全球變暖幅度。如果黑碳對(duì)造成北極地區(qū)溫度升高的巨大貢獻(xiàn)被證實(shí)的話，那么采用這種有針對(duì)性的控制措施則可以減緩北極地區(qū)的冰面融化速度，至少溫室氣體減排條約在全球范圍內(nèi)得到確實(shí)履行之前，我們可以采取這樣的折中措施。目前我們還無法把致冷劑注入大氣中，因此，這是我們唯一可以采用的方法。

近期，一項(xiàng)關(guān)于北極地區(qū)的研究也有力地證實(shí)了Jacobson的推斷。來自Goddard學(xué)院的模型專家Drew Shindell，利用海洋-大氣氣候模型模擬和評(píng)估了20世紀(jì)以來黑碳對(duì)氣候的影響。他的研究結(jié)果顯示，亞洲的黑碳排放量增加以及硫酸鹽的減少，對(duì)北極地區(qū)變暖的貢獻(xiàn)率達(dá)到了45%。 Ramanathan在全球評(píng)估報(bào)告中指出，黑碳對(duì)變暖的貢獻(xiàn)率達(dá)到了0.9w/m2 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過甲烷的貢獻(xiàn)率。

以上這些數(shù)據(jù)均高于政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）于2007年公布的評(píng)估報(bào)告中的數(shù)字。 IPCC也曾對(duì)黑碳造成的全球變暖進(jìn)行過分析，但是，并沒有將黑碳導(dǎo)致的冰雪融化速度加劇納入評(píng)估范圍，貢獻(xiàn)因子達(dá)到0.05至0.35w/m2 。根據(jù)IPCC的評(píng)估結(jié)論，大氣污染物造成的影響，包括黑碳的熱吸收作用以及一些淺色顆粒物的光反射作用，疊加后造成的全球變冷幅度將達(dá)到0.5w/ m2 ，這已足夠抵消約1/3的由 CO2造成的溫度升高的影響。但是，這個(gè)估算結(jié)果是建立在一個(gè)非常不確定的估算因子之上的，即溫度降低的貢獻(xiàn)率為0.1~0.9w/m2 。另外，研究人員也沒有把大氣污染物對(duì)云團(tuán)顆粒物的間接影響考慮在內(nèi)。

日前，國際氣候與環(huán)境研究中心的模型專家Gunnar Mybre試圖將這些不確定因子加以限定。他對(duì)比了全球大氣模型與美國國家航空航天局（NASA）的地面觀測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在細(xì)數(shù)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)到的歷史排放情況和模型模擬的計(jì)算數(shù)據(jù)后，Myhre將溫度降低的貢獻(xiàn)率因子調(diào)整為0.3w/m2 ，并將IPCC定義的不確定范圍縮小了一半。在對(duì)這個(gè)結(jié)果作出解釋的時(shí)候，Myhre 強(qiáng)調(diào)指出，工業(yè)化時(shí)代，黑碳的排放強(qiáng)度增加了6 倍，而同時(shí)，具有反射作用的大氣顆粒物則僅增加了3~4倍。

有關(guān)黑碳的一些問題

盡管很少有人對(duì)黑碳在冰雪覆蓋地區(qū)所表現(xiàn)出來的升溫效果提出質(zhì)疑，但是一些科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，對(duì)黑碳應(yīng)采取何種政策頗受爭(zhēng)議。無論是現(xiàn)在還是過去，由物理或化學(xué)過程導(dǎo)致的黑碳排放到底對(duì)大氣和冰雪融化造成了多大的影響，始終沒有一個(gè)確切的說法。

Hansen指出，一些人對(duì)黑碳的評(píng)估有些“過了頭”。他認(rèn)為溫室氣體是造成全球和北極地區(qū)變暖的主要原因，而甲烷則排在第二。他同時(shí)指出，煤煙僅對(duì)冰雪的影響較大，因此，Shindell將煤煙的貢獻(xiàn)率排在第四，是不切實(shí)際的。Hansen 說，假如溫室氣體的影響可以得到控制，那么控制黑碳的排放就是我們下一步工作的重點(diǎn)。

所有這些不確定性都使我們的關(guān)注焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了固體顆粒物的信息收集上，這就是Warren和他的同事于2006年前往北極進(jìn)行黑碳沉降科考的原因所在。自此以后，他們從西伯利亞、格陵蘭島、阿拉斯加以及北極地區(qū)采集樣本。在4月份的一次考察中， 他們租用了一架滑雪直升機(jī)，在加拿大西北部地區(qū)開展科考，期間他們?cè)德溆诤础⒑Ｑ蟊嬉约坝谰眯詢鐾辽�，以采集黑碳樣本。該小組采集的每一個(gè)樣本均包含了整個(gè)冰雪季的雪樣，這樣能收集到沉積在冰雪中的各種類型的黑碳樣本。他們打算將這些新的數(shù)據(jù)輸入氣候模型，以便模型學(xué)家計(jì)算出黑碳對(duì)氣候變化產(chǎn)生的實(shí)際影響。

Warren帶回來的樣本只能代表一部分�？茖W(xué)家們已通過地面監(jiān)測(cè)、航空監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星遙感等技術(shù)，觀測(cè)大氣中煤煙的污染程度。但是，由于煤煙的特殊性質(zhì)，黑色的外表，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作的開展異常困難。

NASA希望在明年正式啟用Glory望遠(yuǎn)鏡之前，能將黑碳的全球觀測(cè)體系建立起來。通過對(duì)7 種波長(zhǎng)的光（從可見光到短波）的掃描，自動(dòng)采樣監(jiān)測(cè)儀可以監(jiān)測(cè)大氣中的黑碳。Goddard研究所的Brian Cairns指出，盡管它不能對(duì)特定緯度上的黑碳數(shù)量進(jìn)行精確的測(cè)量，不過可以對(duì)沉積在地表的總濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

來自格陵蘭島地下深處的樣本也證實(shí)了黑碳對(duì)環(huán)境的影響，這些深埋地下的冰層樣本中記錄了自工業(yè)革命以來，每年沉積在北極冰雪中的黑碳數(shù)量。2007年，來自內(nèi)華達(dá)州沙漠研究所的水動(dòng)力學(xué)家Joe McConnel l，計(jì)算了冰芯中所含的黑碳濃度，該冰芯采集自格陵蘭島中部，它完整保存了自1788年以來的黑碳沉積記錄。他發(fā)現(xiàn)，在1850~1910年期間，黑碳的濃度增加了7倍。冬季，該現(xiàn)象特別明顯。直到1950年，煤煙的濃度開始有所下降，且直到工業(yè)化前，濃度始終都沒有升高。這些數(shù)據(jù)，以及采自格陵蘭島的第二個(gè)冰芯數(shù)據(jù)，均與北美地區(qū)煤煙的歷史排放現(xiàn)狀吻合。

日前，北極八國委員會(huì)決定對(duì)造成北極變暖的黑碳及其他大氣污染物采取有效的削減措施。這一決定使科學(xué)家們感到高興，因?yàn)檎K于采納了科學(xué)家們關(guān)于“黑碳和氣候變化之間的關(guān)聯(lián)性”的科學(xué)論斷。放在委員會(huì)及各國政府面前的問題就是他們?cè)摬扇≡鯓拥拇胧?/p>

黑碳，主要成分以煤煙為主，是一種無處不在的、因不完全燃燒而產(chǎn)生的污染物質(zhì)。其主要來源包括森林火災(zāi)、機(jī)動(dòng)車污染、燃煤電廠以及許多其他污染源。煤煙有兩種形態(tài)，一種是黑碳，另一種則是具有降溫效果的淺色顆粒物。廚房油煙和柴油引擎燃燒排放的煤煙主要以黑碳為主。減少黑碳的排放并不是一個(gè)技術(shù)問題，現(xiàn)代化的廚房用具及過濾設(shè)備，完全可以解決這個(gè)問題。因此，政府的決策和資源使用才是關(guān)鍵問題。

供職于華盛頓特區(qū)管理與可持續(xù)發(fā)展研究所的Durwood Zaelke指出，控制黑碳的排放或許可以成為減緩氣候變化的最有效、最快的方法。我們所需要的是強(qiáng)有力的政策支持。

自1800年以來，全球的煤煙排放量呈穩(wěn)定上升的趨勢(shì)，近幾十年來，排放的主要源頭從工業(yè)化國家轉(zhuǎn)向了發(fā)展中國家。計(jì)算實(shí)際排放量的確存在困難，但是，來自伊里諾伊斯大學(xué)的Tami Bond評(píng)估認(rèn)為，柴油燃燒和家用燃料使用（包括煤、木炭、農(nóng)業(yè)秸稈燃燒）各占黑碳總排放量的 1/4左右，約40%的排放量來自森林野火和受控的農(nóng)作物燃燒，剩下的排放量則來自工業(yè)部門。

工業(yè)化國家要首先將化石燃料淘汰，并減少農(nóng)業(yè)污染的排放。但是，減排的重點(diǎn)主要集中在發(fā)展中國家。我們希望，各界對(duì)氣候變化的關(guān)注能推動(dòng)燃料燃燒的減排措施，并淘汰低能效的家用廚房用具。

現(xiàn)在我們就有一個(gè)很成功的范例。加里福尼亞大學(xué)博克利分校的農(nóng)村能源專家Kirk Smith說，中國在1980~1990年期間，投資約1.5億在農(nóng)村推廣使用清潔能源的爐子。Smi th與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)團(tuán)體合作，推廣使用燃燒清潔生物質(zhì)燃料的爐子。這樣做可以減少二氧化碳、甲烷和其他有害物質(zhì)的排放。推動(dòng)這項(xiàng)工作的最大動(dòng)力在于保護(hù)公眾健康，減少溫室氣體的排放，但是，減少黑碳的排放并未成為該項(xiàng)目的主要目的。Smith說，這種污染物在大氣中的懸浮時(shí)間只有一個(gè)月左右，我們必須利用它的這個(gè)特點(diǎn)來進(jìn)行污染控制。

僅從表象來看，格陵蘭島冰芯記錄的數(shù)據(jù)與當(dāng)前黑碳的實(shí)際濃度之間并不十分吻合，因此，難以將黑碳視作造成北極升溫的主要原因。近幾十年來，北極的溫度疾速上升，但黑碳的濃度卻回歸到歷史同期水平。 McConnell從所采集的兩組冰芯數(shù)據(jù)中得出的關(guān)于黑碳的結(jié)論，有些過于強(qiáng)硬。目前，他已著手研究另一組采集自阿拉斯加的冰芯樣本。冰雪中記錄的煤煙數(shù)量，取決于黑碳的排放量以及傳輸方式。從目前的研究來看，在數(shù)點(diǎn)之間的傳輸過程中，黑碳的形態(tài)是不會(huì)發(fā)生改變的。

冰雪融化是首要問題

北極圈的大氣循環(huán)可能會(huì)在某些地方發(fā)生改變，而我們也無法簡(jiǎn)單地用格陵蘭島來代表整個(gè)北極地區(qū)。我們通常會(huì)用這樣的借口來解釋現(xiàn)今出現(xiàn)的一些變化。另一個(gè)可能的解釋就是：現(xiàn)在的北極地區(qū)比過去更加脆弱、更加敏感，數(shù)十年的持續(xù)變暖使北極地區(qū)的春天來得更早。

Andreas Stohl是Norwegian研究所大氣研究室的研究人員，他曾對(duì)黑碳進(jìn)入北極的途徑進(jìn)行過研究。他指出“假如冰雪早幾天融化的話，那么它將對(duì)北極地區(qū)的生態(tài)帶來巨大的影響。”“同樣的情況也發(fā)生在海冰的融化問題上。盡管海冰遲早會(huì)融化，但是，黑碳卻加速了海冰的融化速度，并提前了融化開始的時(shí)間。這將造成巨大的影響。”

2008年，Stohl開展了一項(xiàng)名為POLARCAT的研究項(xiàng)目，通過汽艇和望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，收集北極地區(qū)的大氣顆粒物。項(xiàng)目收集了許多來自西伯利亞農(nóng)業(yè)活動(dòng)及開放燃燒源排放的煙氣樣本。這些數(shù)據(jù)支持了Warren及其同事的研究結(jié)論，即燃燒釋放的黑碳，是造成北極地區(qū)冰雪融化速度加劇的主要原因，而不是工業(yè)排放。

這些令研究人員感到吃驚的結(jié)論，可以為我們解釋為什么黑碳的濃度在持續(xù)減少的同時(shí)，卻仍對(duì)溫度變化產(chǎn)生如此巨大的影響。當(dāng)北極處于暗無天日的冬季時(shí)，農(nóng)業(yè)火災(zāi)很少發(fā)生，這個(gè)時(shí)候黑碳對(duì)氣候的影響很少。但是，春季和夏季隨著農(nóng)業(yè)活動(dòng)的增加，煤煙顆粒物對(duì)冰雪融化的影響逐漸增大。

在亞洲的東南亞地區(qū)，印度和中國是兩個(gè)處于快速發(fā)展階段的國家。大量煤炭和燃料燃燒用于供給工業(yè)生產(chǎn)，而木炭和農(nóng)業(yè)秸稈的焚燒則為家庭取暖和烹飪提供能源，因此，在那里情況截然不同。在中國，由于爐子的生火速度緩慢，導(dǎo)致40%的黑碳污染來自烹飪。而在印度、巴基斯坦和孟加拉國等地，2/3地區(qū)都是采用這種烹飪方式的。

加里福尼亞Lawrence Berkeley國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員Surabi Menon，是第一個(gè)與Hansen一起在東南亞地區(qū)進(jìn)行黑碳影響研究的人。利用通用的氣候計(jì)算模型，他們測(cè)試了2002年大氣顆粒物對(duì)氣候的影響。研究發(fā)現(xiàn)，黑碳及其他顆粒物加劇了中國北部地區(qū)的干旱及南部地區(qū)的洪災(zāi)。 Menon近期完成的一些模型計(jì)算結(jié)果顯示，在過去20年間，黑碳對(duì)全球1/3的冰川退化負(fù)有一定責(zé)任。

Ramanathan于2006年3月帶領(lǐng)研究小組在印度洋上空，利用汽艇收集黑碳樣本。基于這些數(shù)據(jù)，他認(rèn)為黑碳對(duì)喜馬拉雅山脈的影響會(huì)加倍：除了直接對(duì)冰川產(chǎn)生影響外，黑碳及其他大氣污染物會(huì)減少印度洋季風(fēng)期的降雪量。其產(chǎn)生的影響之一就是，印度洋上空漂浮的黑碳顆粒會(huì)大量吸收太陽光，使海洋表面處于蔽陰狀態(tài)，從而減少了海洋的蒸發(fā)量。同時(shí)，陸地的溫度下降后導(dǎo)致印度洋上空盛行的季風(fēng)被削弱�？偟膩碚f，這些影響會(huì)導(dǎo)致降水量和降雪量的減少，致使冰川消融。

目前，Ramanathan與來自中國、印度、日本、韓國的科研人員開展合作，研究黑碳對(duì)喜馬拉雅山脈及當(dāng)?shù)氐Y源的影響。研究小組還發(fā)現(xiàn)，煤煙對(duì)埃佛勒斯山峰（位于喜馬拉雅山脈）也造成了影響。

Ramanathan說，我們?cè)诤０?000~6000米處發(fā)現(xiàn)了許多黑碳顆粒，這與我們?cè)诼迳即壷行某菂^(qū)觀測(cè)到的現(xiàn)象非常相似。他認(rèn)為，黑碳問題已在全球范圍內(nèi)蔓延。Ramanathan非�？隙ǖ卣J(rèn)為，盡管黑碳在亞洲東南亞城市地區(qū)產(chǎn)生的影響并不那么容易觀測(cè)到，但是現(xiàn)在非常有必要對(duì)其采取行動(dòng)。他還說，政策，我們現(xiàn)在非常需要強(qiáng)有力的政策支持。不過要感謝上帝，我不是一個(gè)政治家。 

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”