北极航运黑碳排放的时空演变与预测：基于2016-2022年AIS数据的实证研究

为应对北极航运扩张引发的黑碳（BC）污染问题，研究人员基于AIS数据（Automatic Identification System）开展时空动态分析，量化了2016-2022年北极船舶BC排放增长79.02%的现状，揭示了夏季排放峰值、六类高排放船型（占81.29%）及关键海域（如巴伦支海）的空间聚集特征。通过预测模型提出2050年BC排放或达9157.25吨，但改用LNG（液化天然气）可显著减排，为IMO（国际海事组织）政策制定提供科学依据。

　　

随着北极夏季海冰的急剧减少，北极航道的商业价值日益凸显，但随之而来的黑碳（Black Carbon, BC）排放问题成为环境治理的焦点。BC作为不完全燃烧的产物，不仅通过吸收太阳辐射直接加剧北极变暖，还能通过改变云微物理特性间接影响气候，其沉积于冰雪表面更会加速融化——研究表明，北极BC的20年全球增温潜势（Global Warming Potential, GWP）高达CO₂的6200倍。然而，船舶的高流动性使得排放数据难以精准采集，制约了政策制定。

为此，大连海事大学的研究团队利用2016-2022年高分辨率AIS（船舶自动识别系统）轨迹数据，结合基于发动机负载的“自下而上”模型，首次系统量化了北极航运BC排放的时空演变规律。研究发现，BC排放总量从278.97吨增至499.42吨，夏季（尤其是8月）占比最高，且排放热点集中于巴伦支海、白令海峡等关键航道。通过构建多情景预测模型，团队指出：若实施IMO“重油禁令（HFO Ban）”并改用MGO/MDO（船用轻柴油），2050年排放或达9157.25吨；而推广LNG等清洁燃料可大幅减排，为政策优化指明路径。

关键技术方法包括：1）基于AIS动态数据的船舶活动强度分析；2）结合发动机功率与运行状态的BC排放因子精细化计算；3）GIS（地理信息系统）空间聚类技术；4）共享社会经济路径（SSPs）下的多情景预测模型。

时间分布特征
分析显示，BC排放呈现显著季节性波动，夏季占比超40%，与北极航道通航窗口期高度吻合。其中，液化天然气船（Gas tankers）和邮轮（Cruise ships）等六类船舶贡献了81.29%的排放量（2022年数据）。

空间扩张趋势
通过0.1°×0.1°网格化分析，发现排放热点从挪威海逐年向东西伯利亚海扩展，印证了北极航线“东移”的商业趋势。

政策情景预测
在“全球航线转移”假设下，2050年BC排放量可能达到未转移情景的1.95倍，而燃料替代（如LNG）可使排放降低至476.82吨，凸显燃料转型的紧迫性。

结论与意义
该研究首次揭示了北极航运BC排放的时空异质性，量化了燃料政策与气候目标的关联性。团队指出，当前IMO治理框架需强化对高排放船型的监管，并建议将AIS数据盲区（如渔船）纳入排放核算体系。研究成果为《海洋污染公报》（Marine Pollution Bulletin）提供了北极环境治理的关键科学依据，也为实现国际海事减排承诺（如MEPC.342(77)决议）奠定了数据基础。