全球南方黑碳排放被系统性低估：基于分布式测量的新证据

本研究针对全球南方地区黑碳(BC)排放长期被低估的问题，通过整合SPARTAN全球监测网络数据和GEOS-Chem高分辨率模拟(C360)，首次系统评估了CEDS、EDGAR和HTAP等主流排放清单的准确性。研究发现现有清单在发达国家表现良好(r2=0.73)，但对全球南方高浓度区域存在38%的系统性低估，揭示了传统排放因子(EFs)对非正规燃烧源的适用性缺陷，为修正气候模型辐射强迫估算和制定区域减排政策提供了关键依据。

　　

大气中的黑碳(BC)作为不完全燃烧产生的吸光性颗粒物，既是影响气候变化的关键短寿命气候污染物，也是导致呼吸道和心血管疾病的重要健康威胁。然而长期以来，全球南方地区（包括南亚、东南亚和撒哈拉以南非洲）的BC排放量评估存在显著不确定性——这些地区的居民生活燃料燃烧、露天垃圾焚烧等非正规排放源活动频繁，但受限于监测数据匮乏和排放因子(EFs)不准确，主流排放清单如CEDS、EDGAR和HTAP的可靠性始终存疑。这种认知缺口直接影响了气候模型的辐射强迫计算精度，也阻碍了针对性减排政策的制定。

华盛顿大学圣路易斯分校能源环境与化学工程系的Yuxuan Ren团队联合全球28个研究机构，创新性地利用SPARTAN（Surface Particulate Matter Network）网络2019-2023年间22个站点的2257组BC测量数据，结合GEOS-Chem高分辨率配置(GCHP)的25公里网格模拟，首次对全球南方BC排放开展了系统性评估。这项发表在《Nature Communications》的研究揭示：现有清单在发达国家能较好再现观测值(r²=0.73)，但对达卡、亚的斯亚贝巴等全球南方城市的BC浓度平均低估达38%，局部地区差异高达4倍。这一发现直接挑战了当前气候评估模型的基准假设，也为实现《巴黎协定》温控目标提供了新的数据支撑。

研究团队主要采用三项关键技术：1) 通过SPARTAN网络的混合积分板/球仪(HIPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)实现BC多方法交叉验证；2) 运用GEOS-Chem高性能配置(GCHP)开展0.25°×0.3125°高分辨率模拟，克服传统200公里网格的"人工稀释"效应；3) 采用质量吸收截面(MAC)敏感性测试(7-13 m²/g)排除光学测量系统误差干扰。

全球地表BC空间分布

SPARTAN测量显示南亚恒河平原、东非等地区存在显著BC热点，达卡站点浓度达5μg/m³，而北美站点普遍低于0.5μg/m³。高分辨率模拟虽能捕捉发达国家空间格局，但对全球南方呈现系统性偏差。

发达国家评估一致性
模型在北美、澳大利亚等地与测量结果高度吻合(r²=0.93)，但对中国北京存在7.4倍高估，反映CEDS清单未能充分体现2013-2021年清洁空气行动带来的71%减排效果。

全球南方的显著差异

在10个全球南方站点中，模拟值普遍偏低(NMB=-38%)，尼日利亚伊洛林、埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴等地的模拟/测量比仅0.31-0.48。EDGAR和HTAP清单测试显示类似偏差，证实这是当前排放核算体系的共性缺陷。

不确定因素排除
通过GEOS-FP与MERRA-2气象场对比(r²=0.89)、改进湿沉降方案测试(r²=1.0)以及7-13 m²/g的MAC敏感性分析，研究确认观测差异主要源自排放清单缺陷，而非测量方法或气象因素干扰。即便采用极值MAC=40 m²/g仍无法消除达卡等地的偏差。

这项研究揭示了当前BC排放清单在表征全球南方非正规燃烧源方面的根本局限。居民生物质炉灶、柴油发电机等分散式排放源的EFs不准确，以及露天垃圾焚烧等"灰色经济"活动的数据缺失，共同导致2-4倍的低估。这一发现不仅意味着BC的气候辐射强迫可能被系统性低估，也为优先在这些地区推行清洁炉灶、垃圾管理等措施提供了科学依据。研究强调建立覆盖全球南方的标准化监测网络、开发区域特异性EFs的紧迫性，未来可通过DICE-Africa等新型清单整合实地测量数据来修正全球评估模型。

论文建立的SPARTAN-GCHP协同分析框架，为全球大气污染物"排放-浓度"关系研究树立了新范式。随着MAIA卫星计划的推进，这种地面监测与高分辨率模型的深度融合，有望在更广尺度上破解发展中国家大气污染治理的数据困境。