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)西雅圖分校的這個科研團(tuán)隊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)百個樣本帶回實驗室。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)在才意識到煤煙（s o o t）的特殊性和潛在危害。黑碳，正如其名，會吸收太陽光。當(dāng)這些顆粒物漂浮在空氣中時，會使大氣溫度升高；而當(dāng)它們沉降至地面時，則會加速冰雪的融化。相類似地，深色的土地和深色的水體會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。

從這一點來講，科學(xué)家們?nèi)狈τ辛Φ淖C據(jù)來評估黑碳對氣候變化造成的影響到底有多大。一些研究指出，鑒于其對氣候變化的巨大貢獻(xiàn)，黑碳可能會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間僅為數(shù)周，而二氧化碳分子則可以在空氣中存在幾個世紀(jì)。這就意味著對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，我們在二氧化碳減排問題上還沒有什么實質(zhì)的進(jìn)展。相對而言，控制煤煙的排放則顯得簡單而可行。我們不需要花費30年，甚至100年的時間去完成減排工作。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。 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)很難對冰雪的反射率進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的模擬。從北極觀測到的冰雪反射率數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果大相徑庭，在他們的模型計算中冰雪的反射率明顯低于實際情況。Warren指出，我們認(rèn)為所采集的樣本位于柴油發(fā)動機(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，黑碳對北極地區(qū)的氣候影響是存在的。但是他的研究報告鮮有人問津，直到J im Hansen向全球發(fā)出了首個關(guān)于二氧化碳威脅論的警示后，人們才逐漸意識到這個問題的嚴(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)的研究報告也得出了相同的結(jié)論?；谠缜皩永锔Ｄ醽喼轃熿F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主持的州議會上進(jìn)行了學(xué)術(shù)報告。Waxman現(xiàn)已成為美國白宮能源和商業(yè)委員會的主席。上周，美國眾議院在審議氣候變化政策時，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。如果黑碳對造成北極地區(qū)溫度升高的巨大貢獻(xiàn)被證實的話，那么采用這種有針對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，一項關(guān)于北極地區(qū)的研究也有力地證實了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估了20世紀(jì)以來黑碳對氣候的影響。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，對北極地區(qū)變暖的貢獻(xiàn)率達(dá)到了45%。 Ramanathan在全球評估報告中指出，黑碳對變暖的貢獻(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（IPCC）于2007年公布的評估報告中的數(shù)字。 IPCC也曾對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估范圍，貢獻(xiàn)因子達(dá)到0.05至0.35w/m2 。根據(jù)IPCC的評估結(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，這個估算結(jié)果是建立在一個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。他對比了全球大氣模型與美國國家航空航天局（NASA）的地面觀測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在細(xì)數(shù)了監(jiān)測系統(tǒng)觀測到的歷史排放情況和模型模擬的計算數(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。在對這個結(jié)果作出解釋的時候，Myhre 強(qiáng)調(diào)指出，工業(yè)化時代，黑碳的排放強(qiáng)度增加了6 倍，而同時，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)，對黑碳應(yīng)采取何種政策頗受爭議。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大氣和冰雪融化造成了多大的影響，始終沒有一個確切的說法。

Hansen指出，一些人對黑碳的評估有些“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。他同時指出，煤煙僅對冰雪的影響較大，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。

所有這些不確定性都使我們的關(guān)注焦點轉(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，期間他們曾降落于湖泊、海洋冰面以及永久性凍土上，以采集黑碳樣本。該小組采集的每一個樣本均包含了整個冰雪季的雪樣，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)家計算出黑碳對氣候變化產(chǎn)生的實際影響。

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、航空監(jiān)測和衛(wèi)星遙感等技術(shù)，觀測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體系建立起來。通過對7 種波長的光（從可見光到短波）的掃描，自動采樣監(jiān)測儀可以監(jiān)測大氣中的黑碳。Goddard研究所的Brian Cairns指出，盡管它不能對特定緯度上的黑碳數(shù)量進(jìn)行精確的測量，不過可以對沉積在地表的總濃度進(jìn)行監(jiān)測。

來自格陵蘭島地下深處的樣本也證實了黑碳對環(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力學(xué)家Joe McConnel l，計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，北極八國委員會決定對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，因為政府終于采納了科學(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。放在委員會及各國政府面前的問題就是他們該采取怎樣的措施。

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，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。計算實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，減排的重點主要集中在發(fā)展中國家。我們希望，各界對氣候變化的關(guān)注能推動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F(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。推動這項工作的最大動力在于保護(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目的主要目的。Smith說，這種污染物在大氣中的懸浮時間只有一個月左右，我們必須利用它的這個特點來進(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)點之間的傳輸過程中，黑碳的形態(tài)是不會發(fā)生改變的。

冰雪融化是首要問題

北極圈的大氣循環(huán)可能會在某些地方發(fā)生改變，而我們也無法簡單地用格陵蘭島來代表整個北極地區(qū)。我們通常會用這樣的借口來解釋現(xiàn)今出現(xiàn)的一些變化。另一個可能的解釋就是：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間。這將造成巨大的影響。”

2008年，Stohl開展了一項名為POLARCAT的研究項目，通過汽艇和望遠(yuǎn)鏡觀測，收集北極地區(qū)的大氣顆粒物。項目收集了許多來自西伯利亞農(nóng)業(yè)活動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，卻仍對溫度變化產(chǎn)生如此巨大的影響。當(dāng)北極處于暗無天日的冬季時，農(nóng)業(yè)火災(zāi)很少發(fā)生，這個時候黑碳對氣候的影響很少。但是，春季和夏季隨著農(nóng)業(yè)活動的增加，煤煙顆粒物對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國家實驗室的研究人員Surabi Menon，是第一個與Hansen一起在東南亞地區(qū)進(jìn)行黑碳影響研究的人。利用通用的氣候計算模型，他們測試了2002年大氣顆粒物對氣候的影響。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算結(jié)果顯示，在過去20年間，黑碳對全球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?；谶@些數(shù)據(jù)，他認(rèn)為黑碳對喜馬拉雅山脈的影響會加倍：除了直接對冰川產(chǎn)生影響外，黑碳及其他大氣污染物會減少印度洋季風(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，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)，煤煙對埃佛勒斯山峰（位于喜馬拉雅山脈）也造成了影響。

Ramanathan說，我們在海拔3000~6000米處發(fā)現(xiàn)了許多黑碳顆粒，這與我們在洛杉磯中心城區(qū)觀測到的現(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到，但是現(xiàn)在非常有必要對其采取行動。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，我不是一個政治家。 

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