说到温室气体，大家首先想到的就是二氧化碳。到目前为止，国际上的各种减排努力，似乎也都是针对二氧化碳的。在1997年于日本京都通过的《京都议定书》中，明确指出要对六种温室气体进行削减：二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)。

 

其实，地球大气中重要的温室气体还有许多，除上述所说的温室气体之外，至少还包括水蒸气(H₂O)和臭氧(O₃)。不过，由于水蒸气时空分布变化较大，同时也是气象条件的主要载体，温度变化就能导致水发生三态的变化，而当变为液态与固态时，其温室效应迅速消失。大气中能存在的水蒸气的量随温度升高而增加，因此水蒸气的温室属性通常被认为是一个反馈循环的一部分，而不是直接导致气候变化的原因。臭氧在平流层和对流层都有分布，其中平流层臭氧（20公里高度）吸收了大部分对生命有破坏作用的太阳紫外线，对地球生命形成了天然的保护作用，获称“生命保护层”，对流层臭氧的时空分布变化又较大，因此在人为控制和进行减排措施规划时，一般都不将水蒸气和臭氧这两种气体纳入考虑。

 

从产生温室效应的能力来看，氢氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫最大，但一般并没有进行过多的关注，主要是因为其含量太低，而且这些化合物主要是人类工业生产所产生的，目前正在寻找更好的替代品，其作为温室气体的破坏性看似可控的。

 

各种温室气体的增温效应比较： 以二氧化碳作为基准计为1的话，那么甲烷为21，氮氧化合物为310，氟氯碳化物为140~11700，全氟碳化物为6500~9200，六氟化硫为23900。

主要温室气体对全球升温的贡献百分比： 二氧化碳占55%，甲烷占15%，氧化亚氮占6%，氟氯碳化物占24%。

 

从温室气体对全球升温贡献的百分比来说，二氧化碳无疑是最大的，因而二氧化碳当仁不让地被列为头号温室气体。

 

一直认为，在温室气体的增温效应中，在大气中存留时间长的温室气体，其效应最值得关注。因此，有人对这些气体的大气存留时间进行了估算。二氧化碳在大气中的存留时间是最难确定的，因为有数个从大气中除去二氧化碳的过程。所以一个宽泛的结果为：65% - 80%排放到大气中的二氧化碳会在20-200年时间溶解到海洋中，剩余的二氧化碳会被包含化学风化和岩石形成等耗费数百到数千年的缓慢过程所除去。也就是说，二氧化碳一旦被排放到大气中，它可以在数千年里影响气候。甲烷，在大气中能存在约12年，然后绝大部分被化学反应从大气圈中消除。因此，虽然甲烷是一种增温效应很强的温室气体，但它的效果相对来说很短暂。一氧化二氮是在平流层中被破坏，它从大气中被除去要比甲烷慢得多，能存在约114年。含有氯和/或氟的化合物包含数量很大的不同化学物质，它们中的每一种都可以存在于大气中一段时间，从不到一年到数千年。
   

不过，近期的一些研究，让大家不得不重新重视在大气中存留时间较短的温室气体或者其他气溶胶污成分，这被称为短寿命气候污染物。短寿命气候污染物总共约占当前全球变暖污染物的1/3，其中甲烷占13%。自从研究者发现减少短期污染物的排放将比减少二氧化碳排放的气候响应行动更快以来，公众的注意力日益转向这些短寿命污染物。2012年2月，美国发起了旨在减少短寿命气候污染物的气候和清洁空气联盟。2012年5月，加州空气资源委员会（CARB）举行了短寿命污染物的听证会。

 

2013年1月，美国一个联合研究团队在JGR（Journal of Geophysical Research）发表文章认为，黑碳（black carbon）（注意：这里黑碳，有人翻译成黑炭，是不准确的）或碳烟（soot）对气候变暖具有较强的影响，其增温效应约为二氧化碳的三分之二（1.1 W/m2），跃居甲烷之前，超出先前估计的两倍。这项研究由国际全球大气化学项目牵头，为期4年，很可能会引导研究工作、建立气候模型，为今后几年制订相关政策提供依据。自上次IPCC发布评估报告以来，科学家们花费了数年时间进行完善。新的评估指出，在某些地区的排放量可能比原先估计的要高，这与其他研究暗示一些地区的黑碳排放量明显被低估是一致的。

 

黑碳是化石燃料等不完全燃烧的副产品。森林火灾烟雾、砖窑烧制所产生烟雾、煤烟中经常存留这类黑色固体小微粒。该国际研究小组还谨慎地指出，黑碳对气候变化的作用是复杂的。黑碳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。（1）黑碳是一种吸光性物质，可强烈吸收太阳短波辐射，同时释放红外辐射，加热周边大气。它在大气中留存时间为数日至几周，因而可产生区域增温效应。（2）黑碳能促进云的形成，带来冷却或加热的影响。（3）黑碳附着到冰山雪盖等白色表面后，一方面吸收热量，一方面阻碍反射，加速冰山、冰原和北极冰盖融化，因此在有些地区，例如喜马拉雅地区，黑碳对雪山和冰川融化的影响可能等同于二氧化碳。可以理解的是，黑碳排放对北极冰川融化也有着重大影响，因为0° C作为冰与水——晶莹剔透的冰雪与幽暗吸热的海洋的分界，是被最广泛阐述的“临界点”，因此减少此类排放可能是我们所知的减缓北极变暖的最有效途径。所以，减少黑碳排放有助于避免气候系统跨过一系列突然的气候变化的临界点，这些气候变化包括格陵兰岛和/或北极冰层瓦解导致的海平面显著上升。需要指出的是，许多产生黑碳的来源可以排放出其他颗粒来抵消黑碳影响，达到冷却的效果。

 

因此，该研究量化了黑碳所有的复杂性和不同来源共同排放污染物的影响，同时考虑到测量和计算的不确定性。研究表明，有可能通过减少黑碳排放来更有力地遏制气候变暖。由于黑碳的增温效率高于二氧化碳等温室气体，而且排放量很大，加上大气存留时间仅为几周，减少黑碳的排放可能是在短期内减缓气候变化的最迅捷途径，收到立竿见影的效果。根据分析，应主要削减柴油发动机的黑碳排放，其次是小型家庭火炉中燃烧的某类型木材和煤炭。此外，该报告发现，黑碳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，包括亚洲季风导致降雨模式的变化。这表明，抑制黑碳排放有望显著减少区域气候变化，同时也有益人体健康。

 

这个最新的报告总结了地面气溶胶传感器网络（NASA管理）的数据，以及卫星观测和全球二氧化碳排放清单。该团队使用详细的大气模型来分析气溶胶粒子的运动和演化。Veerabhadran Ramanathan是一直强调黑碳气候、区域气象条件和人类健康的影响的科学家，这个最新结果与他的研究结果是一致的。Ramanathan认为，这项研究似乎证实了黑碳对大气的温度有更大的影响，但仍然不能回答气溶胶的总体效果，包括气候变冷的气溶胶粒子如硫酸盐。因此，他认为这个研究并没有得到什么新的见解。

 

很早就知道，黑碳是大气质量监测的污染因子之一，与肺癌等疾病存在关联。在发达的工业国家，黑碳的主要来源是柴油机排放和农业废弃物燃烧，而在发展中国家，则主要来自做饭和加热的生物质燃烧。自上个世纪50年代起，很多国家开始有效减少黑碳的产生，尤其是来自化石燃料的排放，主要目的是促进公共健康。减少黑碳可能是减缓全球变暖的最迅捷途径，这是IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）在2007年的报告中第一次进行了估计：源自化石燃料排放的黑碳的直接辐射强迫为0.2 W/m2，黑碳通过对冰雪的表面反照率的影响带来的辐射强迫为0.1 W/m2。之后，其他科学家计算出黑碳的直接气候强迫是0.9 W/m2，由于不确定因素的影响，这个估计范围大致在0.2至0.6 W/m2之间（联合国政府间气候变化专门委员会估算的二氧化碳与甲烷的气候强迫值分别为1.66 W/m2和0.48 W/m2）。显然，这比目前最新的估算（1.1 W/m2）要低。

 

【参考资料】
[1]测量短寿命温室气体的新方法（http://www.ceode.cas.cn/qysm/qydt/201207/t20120709_3612014.html）
[2]黑碳对气候变暖的影响超过甲烷（http://www.cas.cn/xw/kjsm/gjdt/201301/t20130117_3751610.shtml）
[3]减排“烟雾”：黑炭、近地臭氧应对全球变暖能“立竿见影”
（http://news.163.com/11/0615/14/76JLSQVV00014AED.html）
[4]黑炭是潜在的气候强迫物质以及缓解气候变化的关键对象（http://www.lvqilai.org/newsshow.asp?id=858）

[5]  Bond et al., 2013. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. JGR，doi: 10.1002/jgrd.50171. （http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jgrd.50171/abstract）

[6] Soot a major contributor to climate change （http://www.nature.com/news/soot-a-major-contributor-to-climate-change-1.12225）
[7] Black carbon a warming culprit. Nature, V493，pp454. （2013-01-24）
[8] Soot Is Warming the World Even More Than Thought.  Science， V339，pp382. (2013-01-25)

 

 

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