近日，香港教育大学的研究人员参与的一项研究揭示，关于黑碳颗粒（如野火排放产生的颗粒）结构的传统理论，可能严重低估了其对全球气候系统的影响。该研究发表于《自然—通讯》期刊。

研究原理示意图。图源：Andrew Zinin

传统上，在全球气候模拟中，黑碳（BC）颗粒被简化为“核—壳”结构，即单个碳核位于颗粒中心，外层被其他物质包裹。然而，研究团队发现，在远距离传输的野火烟雾中，约五分之一（21%）的黑碳颗粒——尤其是直径大于400纳米的颗粒——含有两个或更多碳核。

这些“多核”气溶胶此前未被纳入全球气候模型，可能正是导致模型估算的黑碳光吸收值持续低于实际测量值约50%的关键原因。

野火正造成日益严重的生命财产损失。据公布的数据显示，自1980年以来损失最严重的200场野火中，半数造成10亿美元及以上损失的事件发生在过去十年。因此，准确理解野火产生的黑碳颗粒的真实影响，对于评估其对气候系统的作用及制定有效解决方案至关重要。

先前理论认为黑碳主要通过积聚外层物质而“老化”。因此，在计算其气候影响时，通常假设每个排放至大气中的颗粒仅含单一碳核。但基于云南野火季期间的实地观测结合先进电子显微技术，该团队发现颗粒之间会发生碰撞与聚并，形成单颗粒内含多个碳核（核心直径常超过200纳米）的团聚结构。

研究指出，黑碳的混合状态是理解其气候效应的基础。忽视颗粒聚并和多核结构会阻碍对黑碳在气候变化中作用的准确评估及相关政策制定。

为量化多核颗粒的影响，团队开发了用于计算吸光增强效应的机器学习模拟器，并将其嵌入全球大气模型。模拟结果显示，多核黑碳颗粒导致全球平均黑碳吸收增强19%，在东南亚、中国西南部、南部非洲及北美等受野火影响的区域尤为显著。

研究团队的纳米尺度观测在野火和城市环境中均发现了大量多核黑碳颗粒，这种结构此前未在气候模型中体现。通过优化算法，他们模拟了其增强的光吸收效应，量化了其对全球变暖的贡献，从而能更精确评估黑碳的气候影响。这项研究为气候治理和全球合作提供了更坚实的大气科学基础。

这种融合颗粒级测量、光学模拟、全球气候建模与机器学习的综合研究方法，深化了我们对黑碳致暖效应的理解，使我们更接近准确评估其辐射强迫的目标，并支持制定更有效的气候政策。

作者建议未来气候模型应明确纳入黑碳的多核混合状态，以提高全球辐射强迫评估的准确性，并为制定更科学的减排策略提供依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65079-2