综述：中国大气黑碳研究进展综述

《Atmospheric Environment》：A review of atmospheric black carbon research progress in China

　　

摘要

黑碳是一种大气污染物，会对空气质量、全球气候以及人类健康产生不利影响。作为重要的黑碳排放源地区，中国在过去十年中通过严格的空气质量政策实现了大幅度的排放削减，这为研究在快速排放变化背景下黑碳来源及特性的变化提供了独特机会。与此同时，中国的黑碳研究也取得了快速发展，研究重点从排放源逐渐转向大气过程和健康影响方面。本综述聚焦于黑碳研究中的五个关键主题，包括环境浓度、排放源、大气老化、混合状态以及健康影响。地面观测网络和网格化数据集显示，由于实施了空气质量政策，尤其是在中国北部和东部地区，黑碳浓度显著下降。排放清单和来源解析研究一致表明，化石燃料燃烧是中国主要的黑碳来源。实验室研究、野外观测以及建模研究则进一步深化了人们对黑碳老化和混合状态的理解。来自中国的健康研究证据表明，黑碳暴露与呼吸系统疾病、心血管疾病以及神经系统疾病有关。随着数据集的快速扩张和多样性增加，迫切需要实现测量标准化的同时进行跨区域数据集比较。此外，本综述还呼吁加强测量与建模的整合，以便更好地研究黑碳的来源、老化过程和混合状态，并强调有必要评估特定来源的健康影响，以及了解大气老化如何改变黑碳的毒性。

引言

黑碳在全球气候变化（Adachi等人，2010；Gustafsson等人，2026；Huang等人，2024；Jacobson，2001）以及区域空气质量（Ding等人，2016，2019a；Huang等人，2018）方面发挥着重要作用。黑碳主要通过吸收太阳辐射，以及作为云凝结核改变云的形成和分布来影响气候（Andreae和Gelencser，2006；Jacobson，2004；Liu等人，2015；Oshima等人，2009；Zaveri等人，2010）。这些作用涉及复杂的进程，包括气溶胶-云相互作用以及边界层反馈机制（Ding等人，2016；Winiger等人，2016；Xu等人，2016）。此外，黑碳强烈的光吸收作用还会显著降低大气能见度（Li等人，2022b）。它还会改变行星边界层气象状况，加剧雾霾污染，形成一种被称为“穹顶效应”的正反馈机制（Ding等人，2016）。

黑碳对健康的危害也越来越受到重视。黑碳颗粒尺寸极小，能够深入人体呼吸道。其较大的比表面积还使得它们能够有效吸附多环芳烃等有毒化合物，从而增加人类接触有害污染物的风险（Ali等人，2021；Lippmann和Chen，2009；Niranjan和Thakur，2017）。流行病学研究一直表明，以黑碳为代表的燃烧相关颗粒物与不良健康后果密切相关，而将黑碳暴露与健康风险联系起来的证据也被认为是最为可靠的之一（Janssen等人，2011；Smith等人，2009；Zhu等人，2023）。鉴于黑碳在环境、气候以及健康方面的重大影响，它已成为国际研究的重点领域，近年来相关研究数量急剧增加。

在中国，由于黑碳排放量巨大且对环境和健康影响显著，它也日益受到关注（Liu等人，2025a；Peng等人，2016）。作为主要的黑碳排放国之一，根据用于气候与空气污染研究的多分辨率排放清单模型得出的数据，中国在2023年的人为黑碳排放量约为916吉克（http://meicmodel.org.cn/）。为应对十年前严重的雾霾事件，中国政府加强了空气质量管理，并在2012年制定了细颗粒物（PM_2.5）的国家标准（中华人民共和国生态环境部，2012）。作为PM_2.5的重要组成部分，黑碳也成为了科学研究和空气质量管理策略的重点研究对象。由于高强度的排放，中国许多地区的黑碳浓度都很高，而住宅燃烧、工业活动以及交通排放等多种燃烧源共同构成了黑碳复杂的来源结构（Shan等人，2025）。此外，中国较高的黑碳浓度也给公众健康带来了沉重负担。例如，有研究估计，在2000年至2020年间，中国因黑碳导致的年度过早死亡人数在733,910例/年到937,980例/年之间（Zhao等人，2024a）。

鉴于黑碳的这些显著特征和影响，中国已成为黑碳研究领域越来越重要的地区，到2024年，该领域全球发表的论文中有40%来自中国（图1）。中国研究人员在黑碳相关研究中的主题焦点也随着时间发生了显著变化（图2）。来源解析一直是一个核心研究主题，因为它对排放控制策略具有根本性意义，而健康影响和混合状态等新兴研究方向则近年来受到了越来越多的关注。这些趋势表明，研究重点正在从传统上对排放量和区域污染特征的关注，转向更全面地理解黑碳的物理化学性质及其环境影响。

图2展示了中国学者在黑碳相关研究中所涉及的主题随时间的变化情况。这些不断变化的研究趋势，再加上中国日益增长的贡献，促使我们撰写这篇综述以综合现有知识。本综述围绕黑碳研究的五个关键主题展开，包括环境浓度、排放源、大气老化、混合状态以及健康影响，旨在加深我们对环境中黑碳特性及其环境影响的理解。表1列出了各类主要模型、数据集和仪器的缩写名称。

章节节选

中国黑碳浓度及其时空变化特征

准确量化黑碳质量浓度对于评估其环境影响至关重要。在中国，已在不同地区建立了地面观测网络，从而能够详细分析黑碳浓度的时空变化情况。此外，近年来还通过整合地面观测数据、卫星反演数据以及化学传输模型等多种数据源，构建了网格化的黑碳浓度数据集。

中国的黑碳来源

中国长期以来一直被认为是最大的黑碳排放国之一，其黑碳排放量约占全球总量的20%-25%（Wang等人，2021b）。中国典型的黑碳排放源包括居民燃烧、工业活动、交通运输以及露天生物质燃烧等。为应对日益严峻的空气质量问题，中国政府采取了一系列严格的控制措施，使得黑碳排放量出现了明显下降。例如，

黑碳的大气老化过程

黑碳一旦被排放到大气中，在传输过程中会经历一系列物理和化学老化过程。最初由碳质物质（如化石燃料、生物燃料和生物质）不完全燃烧产生的新鲜黑碳颗粒，会逐渐被硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及有机化合物所覆盖（Oshima等人，2009；Tan等人，2020）。这一覆盖过程使得黑碳的混合状态从外部混合转变为内部混合（China等人，2013；Oshima等人，2009）。与此同时，

黑碳的混合状态

由于黑碳复杂的混合状态，目前在其气候强迫效应和健康影响评估方面仍存在不少不确定性。例如，在量化黑碳吸收增强因子（E_abs）以及整体气候影响，如黑碳吸收气溶胶光学深度（BC_AAOD）和直接辐射效应（DRE）等方面，仍然存在不确定性（Li等人，2024b）。这些不确定性的一个重要根源在于，当前对黑碳复杂微物理性质的描述过于简化（比如混合

黑碳的健康影响

作为生物质和化石燃料不完全燃烧的典型产物，黑碳具有石墨碳核心、分形结构、较大的比表面积以及较强的吸附能力，因此可被视为有毒污染物的“移动载体”（Chen等人，2023d；Dhada等人，2025；Li等人，2019）。通过实验室研究和流行病学研究，人们已经广泛探讨了大气中黑碳的健康影响。

当黑碳被吸入人体后，会引发过量活性物质的生成

未来研究展望

尽管近年来中国在了解黑碳的环境和健康影响方面已经取得了显著进展，但仍有若干关键的知识空白需要进一步研究，其中包括：

• (1)
  黑碳测量方法的标准化：在中国，基于光学的方法，尤其是像AE33这样的过滤式仪器，被广泛用于黑碳浓度测量。然而，现场测量方法与过滤式测量方法之间存在差异，这就导致了不同测量结果之间的不一致性

CRediT作者贡献说明

周琪：数据整理、正式分析、研究调查、可视化处理、初稿撰写。王顺尧：研究调查、审稿与编辑工作。毕书军：研究调查、审稿与编辑工作。蔡俊杰：研究调查、审稿与编辑工作。陈英君：研究调查、审稿与编辑工作。程远：研究调查工作。丁翔：研究调查工作。顾建伟：研究调查、审稿与编辑工作。李杰：研究调查工作。李伟军：研究调查、审稿与编辑工作

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了京津冀区域环境综合治理国家科技重大专项（编号：2025ZD1204800）的支持。我们还要感谢张天乐博士对本文提出的宝贵意见，这些意见对提升本文质量起到了重要作用。

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中国北京100871，北京大学环境科学与工程学院区域环境与可持续性国家重点实验室、环境与健康中心