作者:唐凤 来源:中国科学报 发布时间:2013-1-29 8:20:06
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新研究显示烟灰致暖效应是原先估计两倍
——抑制全球变暖第二大元凶迫在眉睫

 
烟雾对气候和人类均产生不利影响。图片来源:PETER PARKS/AFP/GETTY IMAGES
 
■本报记者 唐凤
 
呼吸乌黑的烟羽虽是不明智的举动,但对于很多人来说却也无可奈何。这些烟灰或来自失调的柴油机,或源于闷烧的炉火,似乎无时无刻不如影随形。而烟灰不仅危害着人们的健康,也加速了全球气候变暖的进程。最近,一项新研究显示,烟灰的致暖效应几乎是科学家原先估计的两倍。
 
该研究也首次明晰了烟灰的诸多来源,这有助于帮助政策制定者提出更有针对性的气候条例。“这是一项非常好的研究,我等待这一刻已经很久了。”美国宇航局戈达德太空研究所大气科学家Susanne Bauer说。
 
朦胧黑手
 
气候变化是全球发展面临的最大挑战之一,世界银行行长金墉日前在一篇名为《为地球降温》的文章中指出,全球变暖的迹象更加明显,去年全球出现了一系列极端天气,美国也遭遇了史上最热的一年;在瑞士达沃斯召开的世界经济论坛上,领袖们不应该只谈论金融,气候变化也应成为首要议题之一,因为全球变暖正危及全球发展成果。
 
而造成气候变暖的幕后黑手除了人们熟知的二氧化碳、甲烷等温室气体外,还包括弥漫在空气中的烟灰。粗略估计,从发电厂燃煤到货轮燃油,人为制造的烟灰量每年高达800万吨。对于地球来说,这无疑是个坏消息。
 
直径约为100纳米的烟灰颗粒是一种吸光物质,能够显著吸收太阳能量,并将能量传递到大气层,加热周边大气。它在大气中留存时间为数日至几周,因而可产生增温效应。
 
新研究报告称,烟灰是导致北半球中高纬度地区如美国北部、加拿大、欧洲北部和亚洲北部迅速升温的一个重要原因,它的影响还可延伸至更远的南方,包括由亚洲季风导致的降雨模式的变化。
 
“我们很惊讶于烟灰对气候潜在的影响。”研究合作者之一、华盛顿大学大气科学家Sarah Doherty说,“不过,它对气候变化的作用是复杂的,其对气候有许多直接或间接的影响,所有这些影响必须结合在一起考虑。”无论如何,数据显示,烟灰的致暖效应大约是二氧化碳的2/3。
 
但一直以来“并没有深刻的科学基础”来支持减少烟灰排放,该论文的第一作者、伊利诺伊大学香槟分校的大气科学家Tami C. Bond提到:“虽然之前有过研究,但是科学家并没有彻底对其进行调查。”
 
破冰研究
 
4年前,为了响应大幅降低烟灰排放量的要求,科学家正式开始了烟灰研究——在科学文献中,烟灰也被称为炭黑。最终,这项旷日持久的研究被撰写成长达232页的报告,发表在最新一期的《地球物理学研究杂志—大气》上。
 
在“国际全球大气化学计划”的支持下,来自9个国家的31位研究人员齐聚一堂,共同评估烟灰对气候的影响。《科学》杂志报道称,这项持续数年的新研究补足了之前烟灰研究的缺失之处。
 
从已发表的野外观测成果入手,该国际小组着眼于研究烟灰通过吸收太阳能量而产生的所有影响以及烟灰产生时的其他燃烧产物所产生的影响等。之后,研究人员还试图了解,为何不同研究人员会从自己的气候模型中得出不同的答案。“这需要更深入地思考。”Bond说。
 
这份包含了20位同行评议者的600条评论的新研究报告指出,烟灰在全球气候变暖中扮演了不容忽视的角色。自始至终,烟灰都在影响着气候:它们吸收着太阳光,躲在云滴中从而增白云层,同时它们还落在冰雪表面,促使温度升高,加速融化。
 
研究人员预计,烟灰的致暖能力约为x1.1瓦每平方米(W/m2),其对气候的影响几乎是联合国政府间气候变化专门委员会在2007年评估报告中所估计的两倍。当时,气候学家将烟灰排名第三位,次于二氧化碳和甲烷。
 
“这是一个大数目。”Bond说。头号温室气体二氧化碳的致暖能力为1.66 W/m2 。而所有人为产生的气候影响物质——包括气候制冷物和温室气体等——加起来仅带来1.6 W/m2的增加值。
 
总之,“该研究刷新了以前的其他研究,证明烟灰对气候变暖具有较强的影响,并且排在甲烷之前。”文章合作者之一、美国国家海洋与大气管理局的David Fahey指出。
 
“这项新研究提供了更有力的、令人信服的证据,支持我们应对包括烟灰在内的‘短命’气候污染物采取行动。”联合国环境计划署执行主任Achim Steiner在一份声明中说。
 
研究人员还发现,许多产生烟灰的来源可以排放出其他颗粒来抵消烟灰的影响,达到冷却的效果。
 
源头控灰
 
烟灰的产生存在不均衡性,并且烟灰源也各有特色。该研究团队量化了烟灰所有的复杂性和不同来源排放污染物的影响,同时考虑到测量和计算的不确定性。研究人员指出,通过灵敏、复杂的方式,逐个击破烟灰源,降低烟灰排放,可更有力地遏制气候变暖。
 
例如,煤炭燃烧能够产生烟灰,但同时也会释放硫磺,而硫磺颗粒却能将额外的太阳光反射回太空。因此,更趋向于为地球降温。同样,森林和灌木丛火灾会产生烟灰,但也产生微小的未烧尽的“有机碳”,这些有机碳能使云彩变亮、使气候变凉爽。
 
因此,耗费大量金钱清理高效燃烧的煤炭——这些煤炭能产生具有冷却效果的硫磺和并不多的烟灰——以及减少农业燃烧,可能最后获得的成效非常小,也无法阻止气候变暖。“这些发现既令人兴奋,也让人警醒。”Bond表示,“现在已经很明了,我们要做的不是仅仅叫停黑炭的使用。”
 
值得注意的是,这项新研究还指出,有效清理烟灰来源,能够最大限度冷却气候。“柴油发动机似乎位居每个人所列名单的首位。”Bond称。下一个是家庭和小型企业使用的、并非在最佳条件下燃烧的煤炭。另外,尽管40亿人通过燃烧木材、草料和粪便来获取能源,而且这也会危害他们的健康,但是这些燃烧会产生大量有机碳,将它们清理掉可能不会对减缓气候变暖产生任何明显的效果。
 
“这篇论文为未来设置了更高的标准,并有助于解决与其他政策相关的科学问题。”美国国家海洋与大气管理局地球系统研究实验室大气科学家Joost de Gouw称:“大气科学文献数量巨大,有时像这样的一篇论文能够总结归纳出我们知道什么、不知道什么,并指明未来方向。”
 
对于减少烟灰而言,之后的工作仍十分艰巨。并且,该研究提出的不确定因素很多。原因主要是烟灰制造地区的数据匮乏,并且科学家对各种微粒与云层之间的相互作用了解不多:半个世纪以来,这一直是让气候学家头疼的事。
 
《中国科学报》 (2013-01-29 第3版 国际)
 
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