中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所（以下簡稱廣州地化所）研究員張干團(tuán)隊(duì)與合作者利用雙碳同位素技術(shù)，揭示了珠三角地區(qū)2008-2018年間大氣黑碳濃度和來源變化，量化了我國《大氣污染防治行動計(jì)劃》執(zhí)行以來燃煤、石油燃燒、生物質(zhì)燃燒等三大類主要排放源對區(qū)域大氣黑碳減排的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前廣泛使用的排放清單系統(tǒng)性地低估了生物質(zhì)燃燒對黑碳的貢獻(xiàn)。相關(guān)成果8月25日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）。
2008-2018年間珠江三角洲大氣黑碳濃度的變化。研究團(tuán)隊(duì)供圖，下同
“該研究對未來的空氣污染治理和氣候變化研究具有重要意義。”論文第一通訊作者張干表示，該研究得到國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“黑碳物質(zhì)的地球化學(xué)行為與效應(yīng)”等的資助。
黑碳是PM2.5污染的主要成分之一，也是一種強(qiáng)效的短壽命氣候污染物，吸收太陽輻射、加速全球變暖。黑碳主要來自化石燃料（如煤、石油）和生物質(zhì)（如薪柴、農(nóng)業(yè)廢棄物）的不完全燃燒。為改善空氣質(zhì)量，我國自2013年起實(shí)施了《大氣污染防治行動計(jì)劃》，并取得了顯著成效。在此期間，黑碳的減排效果如何？不同來源的貢獻(xiàn)度是多少？無疑是評估相關(guān)治理政策黑碳減排效力的首要問題。已有研究主要依賴基于排放因子和源活動水平的“自下而上”的排放清單進(jìn)行，其結(jié)果的準(zhǔn)確性一直受到挑戰(zhàn)。
雙碳同位素源解析結(jié)果（紅色）與現(xiàn)有排放清單（藍(lán)色）中生物質(zhì)燃燒對黑碳貢獻(xiàn)對比。
針對這一問題，來自廣州地化所、暨南大學(xué)、香港科技大學(xué)、香港科技大學(xué)（廣州）、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)等國內(nèi)外多個研究機(jī)構(gòu)的科研人員組成聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，對珠三角2008-2018年連續(xù)11年間的大氣顆粒物樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的放射性碳同位素豐度（14C）和穩(wěn)定碳同位素組成（δ13C）測量，揭示出大氣黑碳的濃度和來源變化趨勢。研究結(jié)果顯示，珠三角大氣黑碳濃度在2008-2018年間呈顯著下降趨勢，尤其經(jīng)《大氣污染防治行動計(jì)劃》的實(shí)施，黑碳濃度大幅降低了41%，表明珠三角在黑碳減排上取得了重大成就。
基于Δ14C-δ13C同位素?cái)?shù)據(jù)集并結(jié)合貝葉斯模型，研究團(tuán)隊(duì)對2008-2018年間大氣黑碳的來源進(jìn)行了識別和量化。結(jié)果表明，燃煤、石油燃燒和生物質(zhì)燃燒對黑碳的貢獻(xiàn)范圍分別為31-44%、28-47%和11-40%。《大氣污染防治行動計(jì)劃》實(shí)施期間，不同來源的黑碳濃度貢獻(xiàn)均發(fā)生顯著下降，其中，燃煤和石油燃燒貢獻(xiàn)的黑碳濃度均下降約43%，生物質(zhì)燃燒貢獻(xiàn)的黑碳濃度下降了約34%。這表明，雖然對三大類黑碳排放源的管控均取得了顯著效果，但珠三角對燃煤、燃油黑碳排放的管控效果，要更優(yōu)于對生物質(zhì)燃燒黑碳排放的管控。
廣州地化所研究員張干（中）、博士后姜帆（左）和暨南大學(xué)副教授劉俊文（右）在廣州地化所環(huán)境加速器質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室。
進(jìn)一步對比了2008-2018年“自上而下”的同位素觀測結(jié)果與“自下而上”的黑碳排放清單數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)兩者存在顯著的差異。其中，現(xiàn)有排放清單中生物質(zhì)燃燒對黑碳的貢獻(xiàn)僅為4%至9%，而雙碳同位素源解析結(jié)果中生物質(zhì)燃燒對黑碳的貢獻(xiàn)則為21%至32%。這意味著，當(dāng)前評估空氣質(zhì)量改善和制定減排策略時所依賴的排放清單，可能在較大程度上低估了生物質(zhì)燃燒對大氣黑碳的貢獻(xiàn)。
因此，政策制定者在集中精力于化石燃料燃燒減排的同時，也應(yīng)及時確定和彌合現(xiàn)有黑碳排放清單中可能存在的“盲區(qū)”，以保障對生物質(zhì)燃燒黑碳排放的進(jìn)一步精準(zhǔn)管控。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2500843122
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