AMAP評估報告解讀：短壽命氣候強(qiáng)迫因子特征及其對北極氣候變化的影響

張玉蘭， 羅 犀，2， 康世昌，2， 劉治銀，2

（1. 中國科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實驗室， 甘肅 蘭州 730000；2. 中國科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100049）

0 引言

化石燃料和生物質(zhì)燃燒排放的污染物顯著影響空氣質(zhì)量，損害人體健康［1-2］。同時，大氣污染物［如黑碳（BC）和硫酸鹽（SO42-）氣溶膠等］在氣候變化中也起著重要作用［3-4］。雖然，工業(yè)革命以來的升溫主要是由二氧化碳（CO2）排放增加所致，但是目前短壽命氣候強(qiáng)迫因子（short-lived climate forcers，SLCFs）的排放量變化對未來20～30 年的變暖速率具有重要影響［4］。

SLCFs主要包括溫室氣體（如CH4、N2O、O3等）、顆粒物（如SO42-氣溶膠、BC、有機(jī)碳OC）和其他大氣污染物（如NH3等），對氣候變化具有重要影響［4］。但與CO2相比，SLCFs 生命周期較短，在大氣中的存留時間一般為幾個小時至幾個月不等。大氣中CH4的生命周期約為（9.1±0.9）年，在百年尺度上，CH4的增暖效應(yīng)是二氧化碳的28～36 倍；近20 年來，大氣CH4的增暖效應(yīng)則是CO2的84 倍［4-5］。當(dāng)CH4、NOx、CO、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等前體氣體在太陽光照條件下發(fā)生反應(yīng)時就會生成O3。在低層大氣中，O3既是一種大氣污染物，也是一種溫室氣體，顯著影響空氣質(zhì)量和CH4在大氣中的壽命，對人類健康和植被均有危害［6］。SO42-氣溶膠是由SO2等硫化物的排放形成，是環(huán)境中PM2.5細(xì)顆粒物的重要組成部分，可損害人體呼吸系統(tǒng)。SO42-氣溶膠能夠有效地散射太陽輻射，增強(qiáng)云層的亮度，可導(dǎo)致氣候冷卻效應(yīng)，抵消了溫室氣體和其他SLCFs 導(dǎo)致的部分變暖效應(yīng)［7］。BC和OC增強(qiáng)了大氣顆粒物的含量水平，從而降低空氣質(zhì)量并對人類健康和環(huán)境有一定危害［8］。BC 強(qiáng)烈吸收太陽輻射，導(dǎo)致氣候變暖；當(dāng)沉降在雪冰表面時，BC 會降低反照率，增加太陽輻射吸收，進(jìn)而加劇雪冰消融和氣候變暖［3，9-13］。由于OC 的組成復(fù)雜多樣，其對氣候變化的影響評估仍具有很大不確定性［4，14］。

SLCFs 對北極氣候影響的機(jī)理如圖1 所示。氣溶膠在大氣中可吸收或散射太陽輻射，溫室氣體則吸收熱量；在夏季，BC等顆粒物使得雪冰表面變暗，導(dǎo)致地表反照率降低，吸收更多太陽輻射，改變北極地區(qū)熱平衡。氣溶膠還能影響云的性質(zhì)和其反射太陽輻射的能力，尤其在冬季，這種作用更為明顯。除了對北極的影響外，SLCFs 對中低緯度地區(qū)熱平衡的影響也改變著輸送到北極的熱通量的變化。

圖1 SLCFs對北極地區(qū)氣候變化影響的機(jī)理示意圖［15］Fig. 1 Mechanisms by which SLCFs influence the Arctic climate change［15］

北極理事會成員國（包括美國、加拿大、俄羅斯、挪威、瑞典、丹麥、芬蘭和冰島）和正式觀察員國（包括中國、印度、意大利、日本、韓國和新加坡）目前占全球BC、SO2和CH4人為排放量的一半［15-16］。因此，這些國家采取的行動將會對SLCFs 排放量及其對北極氣候變化的作用產(chǎn)生重大影響。2015 年，北極理事會通過了“加強(qiáng)黑碳和甲烷減排的行動框架”，呼吁推動北極地區(qū)BC和CH4減排目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測和研究的重要性，并倡導(dǎo)定期發(fā)布相關(guān)科學(xué)評估報告，包括評估SLCFs 的狀況和趨勢，重點(diǎn)關(guān)注其對北極氣候變化以及公共健康的影響［17］。2021 年，北極監(jiān)測與評估計劃（AMAP）發(fā)布了“短壽命氣候強(qiáng)迫因子對北極氣候、空氣質(zhì)量和人類健康的影響”的評估報告，旨在為該行動框架的下一步工作提供科學(xué)支撐，同時與其他重要國際組織或協(xié)議中關(guān)于SLCFs 的決策相輔相成，如《空氣公約》和《氣候公約》等。

早期，AMAP 對SLCFs 的評估側(cè)重于BC、CH4和對流層O3對氣候變暖的貢獻(xiàn)［17］，2021 年評估報告擴(kuò)展了對同一來源排放的其他SLCFs 前體物的分析與評估，特別是增加了對SO2和SO42-氣溶膠影響的認(rèn)識（圖2）。該評估報告的重要目標(biāo)是利用最新的觀測結(jié)果和模式模擬，以期更好地認(rèn)識人為排放源SLCFs 及其對北極空氣質(zhì)量和氣候變化的影響。同時，還評估了火災(zāi)風(fēng)險與氣候變化的相互聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)需從全球角度來理解SLCFs 對氣候和人類健康的影響?；诖耍疚南到y(tǒng)解讀了北極地區(qū)SLCFs 的現(xiàn)狀及其影響，為有效減少污染排放以及減緩其對北極氣候變化的措施制定提供新認(rèn)識。

圖2 北極監(jiān)測與評估報告2021年SLCFs評估報告的框架圖（包括數(shù)據(jù)來源、關(guān)鍵認(rèn)識、可能影響和政策制定等）［15］Fig. 2 Sketch map of SLCFs in the Arctic Monitoring and Assessment Programme （including data sources，key findings， potential impacts and policy suggestions）［15］

1 北極地區(qū)SLCFs變化與來源

1.1 SLCFs的含量變化

北極大氣中SLCFs 主要特征如表1 所示。SLCFs含量水平隨時間的變化主要受空氣污染政策和工業(yè)活動變化的影響。長期監(jiān)測顯示，1990 年后，歐洲和北美實施空氣污染政策，加之原蘇聯(lián)國家經(jīng)濟(jì)急劇下滑，北極地區(qū)空氣質(zhì)量有所改善。然而，大約在同一時期，中國和亞洲其他區(qū)域的BC 和OC以及其他污染物排放量開始快速增加，直到2010年代初開始停滯并略有下降［1，16］。加拿大北極Albert站監(jiān)測結(jié)果表明，1990—2010 年期間，北極大氣BC含量有所下降，但這種下降趨勢在過去10年中停滯（圖3）。格陵蘭EGRIP 冰芯記錄也表明，2000 年以來BC 含量持續(xù)降低，這與北美和歐洲區(qū)域人為源BC 排放減少有關(guān)［18］。東西伯利亞北極地區(qū)（Tiksi）觀測到的大氣BC 濃度范圍為8～302 ng·m-3，且高值出現(xiàn)在冬季［19］。模式模擬也顯示，北極近地表大氣BC 濃度高值出現(xiàn)在冬春季，可達(dá)220 ng·m-3，并主要分布在北冰洋和加拿大北極等區(qū)域［20］。

表1 北極地區(qū)主要的短壽命氣候強(qiáng)迫因子特征以及對北極氣候的影響（參考文獻(xiàn)詳見［4］，［15］和［17］）Table 1 The characteristics of the main short-lived climate forcing factors in Arctic and their impacts on the Arctic climate （see Ref. ［4］， ［15］ and ［17］）

圖3 加拿大北極地區(qū)Albert站監(jiān)測的BC與SO42-濃度變化趨勢［15］（a）、格陵蘭EGRIP冰芯BC通量記錄變化［18］（b），以及不同地區(qū)BC排放量變化［16］（c）Fig. 3 The observed trend of BC and SO42- from Albert station in Canadian Arctic［15］（ a）， the variations of BC fluxes from EGRIP ice core of Greenland［18］（ b）， and BC emissions from different regions［16］（ c）

北極大氣中的CH4含量水平反映了全球大氣CH4濃度的變化。根據(jù)格陵蘭中部Eurocore 冰芯重建的過去1 000年來大氣CH4濃度記錄表明，自工業(yè)革命以來（1850s前后），大氣CH4水平開始增加并持續(xù)到現(xiàn)在，反映了人類活動排放對大氣CH4的影響［21］。北極相關(guān)站點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果顯示，1983 年以來CH4含量快速增加，增長率約13 ppb·a-1，之后到2000—2005年CH4增加不明顯；2007年開始，CH4水平再次增加，增長率約為（7.9±1.6） ppb·a-1（2008—2013年）；2015年起再次迅速增長（斯瓦爾巴群島新奧爾松Zeppelin 站點(diǎn)），目前到達(dá)約1 980 ppb（圖4）（1 ppb 為10-9，如果甲烷濃度是1 980 ppb，相當(dāng)于每109單位空氣中有1 980單位的甲烷）。分析指出，遠(yuǎn)距離傳輸可導(dǎo)致北極大氣CH4濃度增加，北極區(qū)域人為源的排放有可能加劇這一增長趨勢。特別是由于北極地區(qū)濕地以及生物質(zhì)燃燒排放的變化，使得CH4呈顯著的季節(jié)變化特征，即夏季相對偏低，而其他季節(jié)偏高。

圖4 北極地區(qū)相關(guān)站點(diǎn)監(jiān)測的大氣CH4含量的變化［15，17］Fig. 4 The variations of atmospheric CH4 from the observations in the Arctic regions［15，17］

北極對流層下部大氣O3濃度變化呈現(xiàn)出一定的空間差異。如1973—2010 年巴羅地區(qū)的觀測表明，大氣O3增加速率約為（0.09±0.03） ppb·a-1［22］；1990 年以來，新奧爾松Zeppelin 站點(diǎn)的O3增加速率為（0.14±0.09） ppb·a-1；芬蘭北極Pallas 站點(diǎn)1995—2012 年大氣O3則呈減少趨勢，約為（-0.21±0.17） ppb·a-1；格陵蘭Summit站2001—2011年間大氣O3增加速率為（0.15±0.32） ppb·a-1［17］。對于SO42-氣溶膠來說，一些北極監(jiān)測站顯示其濃度持續(xù)下降，而有些監(jiān)測站則顯示下降趨于平緩或略有增加。格陵蘭冰芯（D4）記錄及模擬結(jié)果顯示，1900—1970 年間SO42-沉降通量持續(xù)增加，而1980 年以后SO42-則顯著降低，這與1980 年代全球SO42-氣溶膠排放到達(dá)峰值密切相關(guān)［17，23-24］。

1.2 SLCFs來源

北極大氣SLCFs 的來源特征如表1所示。依據(jù)AMAP 2021評估報告排放清單，2015年北極理事會成員國占全球人為源BC 排放的8%，其中陸上交通運(yùn)輸是最重要的來源，其次是居民生活燃燒和天然氣開采；觀察員國占全球人為源BC 排放的40%，主要是來自中國和印度，居民生活燃燒是主要來源，其次是陸上交通運(yùn)輸（圖5 和表1）。北極航運(yùn)目前僅是整個BC 排放的一個微小來源［25］。北極地區(qū)石油和天然氣開采也會導(dǎo)致BC的釋放，并帶來極大的不確定性［26］。基于BC氣溶膠碳同位素分析表明，東西伯利亞Tiksi地區(qū)大氣BC的主要來源是居民生活排放和大氣遠(yuǎn)距離傳輸來源（約73%），而局地森林大火、發(fā)電以及天然氣開采等的貢獻(xiàn)較?。?9］。Geo-Chem模型模擬表明，化石燃料燃燒是北極地區(qū)對流層（50%～94%）、地表（55%～68%）和積雪（58%～69%）中黑碳的主要來源，但在有些高度（600～800 hPa）和4月至9月期間，生物質(zhì)燃燒占主導(dǎo)地位［27］。

圖5 北極理事會成員國以及其他地區(qū)人為源甲烷（a）和黑碳（b）人均排放量［28］Fig. 5 The per capita emissions of CH4 （a） and BC （b） from Arctic Council Member Countries and other regions［28］

北極對流層中高層O3主要受亞洲以及北美地區(qū)排放源的影響，如交通尾氣、石油冶煉、生物源揮發(fā)性有機(jī)物、甲烷，以及一氧化氮和二氧化氮等經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)過程；而對流層低層O3主要來源于歐洲地區(qū)排放的影響；同時，北方森林火災(zāi)和農(nóng)業(yè)燃燒產(chǎn)生的前體物也會對局地的大氣O3有影響［17］。對SO2而言，2015 年北極理事會成員國占全球排放量的13%，觀察員國家占30%。能源部門和工業(yè)是最重要的來源。就CH4而言，北極理事會成員國占全球人為排放的20%，主要來自能源部門，特別是石油和天然氣開采與使用，廢棄垃圾和農(nóng)業(yè)也對CH4排放具有一定貢獻(xiàn)。觀察員國占全球CH4排放量的30%。雖然，目前來自農(nóng)業(yè)的CH4排放占近50%，但未來的增長主要取決于廢棄垃圾排放的增加。北極濕地對CH4排放的貢獻(xiàn)不可忽視，其排放量約為15.5 Tg CH4·a-1，由于氣候變暖導(dǎo)致的凍土退化使得這種排放趨勢可能進(jìn)一步加?。?7］。

1.3 SLCFs未來排放變化

AMAP 2021 評估報告給出了現(xiàn)在立法情景（CLE）與最大可行減排情景（MFR）下不同SLCFs的未來排放變化。與2015 年相比，估計到2050 年，北極理事會國家BC 排放量將減少37%，觀察員國將減少52%（圖6）。預(yù)計到2050 年，北極理事會成員國的CH4排放量將增加13%，觀察員國將增加25%。到2050 年，成員國的SO2排放量將大幅下降約33%，觀察國的排放量將大幅下降約45%。目前的清潔空氣政策（現(xiàn)行立法情景）可以減少居民生活和交通部門的BC 排放，并在一定程度上減少工業(yè)來源的BC 排放。若通過技術(shù)革新，還可以實現(xiàn)額外減排。在減少居民生活燃燒（取暖和做飯）以及工業(yè)石油與天然氣燃燒產(chǎn)生的BC 排放、能源生產(chǎn)和工業(yè)產(chǎn)生的二氧化硫排放、石油和天然氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CH4排放以及改善城市和工業(yè)廢物管理方面將尤為明顯。

圖6 現(xiàn)行立法（CLE）情景和最大可行減排（MFR）情景下北極理事會成員國與觀察員國2030年和2050年不同SLCFs排放量相對于2015年的變化［15］Fig. 6 The differences of SLCFs emissions from Arctic Council Member Countries and Observer Countries between 2030 & 2050 and 2015 under different scenarios of Current Legislation （CLE） Scenario and Maximum Feasible Reduction Scenario （MFR）［15］

北極地區(qū)分布的大量濕地，對CH4的自然源排放變化具有重要影響［29-30］。全球來自化石燃料等的人為源CH4排放量約為自然源排放的2 倍［31］。在氣候變暖的情景下，北極地區(qū)自然源的CH4排放增加量預(yù)計將小于全球人為源CH4排放的減少量。目前，SLCFs自然源排放的未來變化趨勢（如氣候變暖導(dǎo)致多年凍土退化）并沒有耦合在相關(guān)氣候模式模擬中，導(dǎo)致CH4未來排放的預(yù)測存在極大的不確定性。此外，北冰洋上空形成的富含顆粒物的海霧和海洋生物氣溶膠將隨著氣候變化而變化，進(jìn)而影響北極氣候，但目前尚未有足夠的研究定量評估該影響［32］。

2 SLCFs對北極氣候變化的影響

SLCFs 對氣候變化有區(qū)域影響也有廣域影響。全球來看，在10～20 年的時間尺度上，SLCFs 對氣候的影響與CO2的影響大致相當(dāng)，但由于SLCFs 的影響在排放后迅速衰減，因此百年尺度上的凈長期溫度效應(yīng)主要由CO2決定（IPCC， 2021）。由于SLCFs主要來源于化石燃料使用、農(nóng)業(yè)活動以及廢棄物焚燒等，其在中緯度地區(qū)的排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北極地區(qū)（IPCC， 2021），因此減少中緯度地區(qū)空氣污染的措施在影響北極變暖方面具有較大的潛力。為評估不同排放源對北極氣候變化的影響，AMAP 2021評估報告使用了五個地球系統(tǒng)模型和一個多模型模擬器來模擬北極氣溫的變化，基于這些模型的最優(yōu)組合分析了由SLCFs和CO2導(dǎo)致的北極氣候變暖現(xiàn)狀。

AMAP 2015 年報告指出，大氣BC 導(dǎo)致的北極增溫為0.40 ℃·（10a）-1，SO42-氣溶膠導(dǎo)致的降溫約為-0.23 ℃·（10a）-1（表1）。模型模擬結(jié)果表明，1990—2015 年，北極理事會成員國和歐洲其他區(qū)域生物質(zhì)與化石燃料來源的SO2排放量大幅減少。然而，同一時間內(nèi)，亞洲觀察員國和全球其他區(qū)域的排放量基本穩(wěn)定。由于SO42-氣溶膠能夠冷卻大氣，對氣候變化具有致冷效應(yīng)，可抵消部分由CO2和SLCFs 造成的氣候變暖。隨著中低緯度地區(qū)SO42-氣溶膠水平的下降，其冷卻效應(yīng)減弱。1990—2015年間，全球CO2排放對北極變暖的影響與中低緯度地區(qū)硫排放減少所導(dǎo)致的變暖（致冷衰弱）幾乎相等。同期，全球人為源排放的SLCFs 與輻射、云層和地表反照率的相互作用變化導(dǎo)致的北極凈增暖幅度為0.275 °C·（10a）-1。SO42-與云層相互作用的減少可能會影響北極凈增暖，所以模擬的增暖幅度具有很大不確定性。全球SO2排放量減少，SO42-氣溶膠與輻射、云層和地表反照率的相互作用較弱，可能產(chǎn)生了0.290 °C·（10a）-1的北極增暖效應(yīng)，因此，全球SO2排放量的變化主導(dǎo)了SLCFs 對北極氣候的影響。全球人為源二氧化碳排放對北極變暖的凈速率約為0.285 °C·（10a）-1，這與減少的人為源SO2排放導(dǎo)致的增暖效應(yīng)大致相當(dāng)。自1990 年以來，BC 排放量的下降已經(jīng)降低了其對變暖的影響。全球人為源BC 減排在一定程度上減緩了北極變暖速率［-0.053 °C·（10a）-1］。與此同時，1990 年以來CH4排放量的增加則加劇了其變暖效應(yīng)，但模擬顯示全球人為源CH4排放對北極變暖的影響相對較?。?.038 °C·（10a）-1］（圖7）。模式模擬結(jié)果顯示，O3對北極增暖的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于BC，約為+0.05 ℃·（10a）-1（圖8）。O3導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫受到CH4、NOx、非甲烷揮發(fā)性有機(jī)化合物，以及CO 的影響［17］，其貢獻(xiàn)主要來自亞洲和北美地區(qū)交通、能源、工業(yè)以及居民生活采暖等的排放。

圖8 不同來源臭氧對北極增暖變化的貢獻(xiàn)［17］Fig .8 Contributions of ozone from difference sources to the changes of Arctic warming［17］

此外，由于長壽命的溫室氣體以及SLCFs 的未來排放將導(dǎo)致全球平均溫度上升，并在北極地區(qū)產(chǎn)生放大效應(yīng)（Arctic Amplification），預(yù)計CO2濃度的增加和全球硫的減排將對北極地區(qū)產(chǎn)生顯著的變暖影響，北極地區(qū)將繼續(xù)快速變暖。2015—2030 年間，全球人為源SO2排放量的持續(xù)減少對北極變暖的影響約為CO2變暖效應(yīng)的69%～103%。模型結(jié)果還表明，BC 和CH4的作用幾乎能夠抵消硫減排對變暖的影響。具體而言，2015—2050 年，全球CH4減排可導(dǎo)致北極變暖速率減少0.047 °C·（10a）-1；BC減排與輻射、云層和地表反照率的相互作用可導(dǎo)致北極變暖速率減少0.074 °C·（10a）-1（圖7）。未來幾十年里，SLCFs 的減排對減弱北極變暖的速率具有重要作用。最大可能地減少天然氣燃燒、交通和采暖等人為活動導(dǎo)致的BC 排放至關(guān)重要，尤其是直接發(fā)生在北極或北極附近區(qū)域的BC 減排尤為重要［33］。最重要的是，減少BC 干濕沉降，使得雪冰表面反照率升高、反射大量太陽輻射，從而使北極增溫減緩。最大限度地減少北極理事會國家石油和天然氣等的甲烷排放量對于抵消預(yù)期的變暖也非常重要。

3 北極地區(qū)火災(zāi)變化引發(fā)的SLCFs 排放變化

持續(xù)的氣候變化將影響北極地區(qū)未來的火災(zāi)風(fēng)險。大氣中BC 和OC 的一個重要來源是森林和苔原火災(zāi)等野火，以及農(nóng)田、草原與森林的人為墾荒燃燒［1］。與全球所有類型的化石燃料和生物質(zhì)燃燒排放相比，源于西伯利亞、加拿大和阿拉斯加的北方森林火災(zāi)貢獻(xiàn)了北極地區(qū)BC 沉降通量的12%～15%［34］。野火頻發(fā)可能會導(dǎo)致北極積雪和海冰上有更多的BC 沉積，并伴隨雪冰消融而進(jìn)一步富集［35-37］。雖然，火災(zāi)是北極生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，但氣候變化將進(jìn)一步延長火災(zāi)季節(jié)，可能會導(dǎo)致更加干燥的氣候條件。同時，閃電事件呈潛在增加趨勢，使得閃電引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險增加。人類活動的增加以及早期滅火和蟲害造成的可燃燃料也會增加火災(zāi)風(fēng)險。全球火災(zāi)排放數(shù)據(jù)顯示，從2005年到2018 年，北緯60°以北的火災(zāi)呈明顯的上升趨勢，其增加程度超過北緯50°～60°之間的火災(zāi)活動。AMAP 2021 年開發(fā)的當(dāng)前火災(zāi)活動的排放模型表明，大多數(shù)火災(zāi)活動及其排放發(fā)生在北緯50°和60°之間；同一時期，在北緯70°和80°之間很少觀察到露天生物燃燒排放；北緯80°以上，由于衛(wèi)星覆蓋范圍的限制，未能觀測到火災(zāi)。

如圖9所示，在北極苔原帶-北方森林的過渡期中，隨著生態(tài)系統(tǒng)的變化，火災(zāi)風(fēng)險可能存在先增加、然后下降的趨勢，其中土壤濕度變化是北極生態(tài)系統(tǒng)中泥炭火災(zāi)的主要驅(qū)動因素。除了可能有更多的閃電點(diǎn)火和更長的火災(zāi)季節(jié)外，多年凍土退化會增加干燥植被和泥炭燃料的數(shù)量。北極地區(qū)的泥炭是一個巨大的天然碳匯，泥炭地火災(zāi)每單位燃燒面積釋放的CO2遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SLCFs 的釋放總量。泥炭火燃燒時間長并能在地表下燃燒，導(dǎo)致排放大量煙霧，而且排放規(guī)模難以估計和預(yù)測。此外，不連續(xù)多年凍土的融化可增加用于供火的泥炭燃料，但也可能使得土壤變濕，限制火的點(diǎn)燃和傳播。人類活動的變化是另一個重要影響因素，特別是農(nóng)業(yè)活動北移及其相關(guān)的墾荒燃燒行為會導(dǎo)致北極地區(qū)SLCFs排放增加。

圖9 氣候變化導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)和天氣系統(tǒng)變化引起的21世紀(jì)中后期北極地區(qū)火災(zāi)風(fēng)險變化［15］（向上的箭頭表示火災(zāi)風(fēng)險的增加，向下的箭頭表示火災(zāi)風(fēng)險的減少）Fig. 9 Changes in fire risk due to expected changes in ecosystems and weather patterns by mid- and late 21st century due to climate change［15］ （Note： up arrows indicate increase in fire risk and down arrows indicate a decrease in fire risk）

氣候變化也將影響林業(yè)，特別是直接影響森林生長以及昆蟲和災(zāi)害天氣的變化。即使是管理程度較高的北方地區(qū)的森林，未來的氣候條件變化也有利于森林火災(zāi)發(fā)生。氣候變化在偏遠(yuǎn)的北方森林大規(guī)模且不可控制的火災(zāi)中發(fā)揮了作用，促使北極苔原火災(zāi)季節(jié)提前開始，并在人口較多的地區(qū)出現(xiàn)極端野火［38-41］。未來北極地區(qū)的變暖可能會導(dǎo)致野火罕見的地區(qū)發(fā)生更多、更大的火災(zāi)。例如，2017 年夏末和2019 年，格陵蘭島西部在經(jīng)歷了溫暖、干燥和陽光充足的天氣之后發(fā)生的火災(zāi)就是一個新現(xiàn)象。北極地區(qū)未來的火災(zāi)將成為北極和泛北極地區(qū)的BC、CH4和CO2的不可忽視的來源，并且預(yù)計還會持續(xù)增加。

4 SLCFs評估的不確定性與政策建議

與現(xiàn)在觀測值相比，不同模型表征的SLCFs 對氣候變化的影響程度存在差異，但多模型平均值接近或在大氣BC、O3和CH4觀測水平的不確定性范圍內(nèi)。北極地區(qū)SLCFs 對氣候變化趨勢的影響具有高信度，而變化幅度處于中信度。由于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑的不確定性，SLCFs 的未來排放趨勢仍是一個重要的不確定因子，其對氣候變化的影響也與云層/云量變化以及相關(guān)的間接輻射強(qiáng)迫有關(guān)。北極地區(qū)SLCFs 氣候效應(yīng)評估結(jié)果的不確定性主要來自以下方面：

（1）大氣CH4導(dǎo)致增暖的可信度在全球和北極地區(qū)都很高，但北極地區(qū)自然源特別是濕地的CH4排放觀測不足，對氣候變化影響的預(yù)估存在較大不確定性。

（2）北極地區(qū)BC 引起的變暖可能被低估，并且由于各模型模擬結(jié)果之間的較大差異而具有不確定性，尤其是北極航運(yùn)增加后的BC 排放監(jiān)測與評估亟待加強(qiáng)。

（3）由于缺乏對整個大氣柱的觀測以及模型自身的不確定性，北極地區(qū)SO42-氣溶膠造成的冷卻效應(yīng)可能被低估。

（4）O3引起變暖的可信度在全球和北極地區(qū)都相當(dāng)高，但O3及其前體物的模擬評估仍存在較大不確定性。

（5）由于模擬和測量的云層/云量范圍差異較大，云層特性的變化引起的氣候變化影響具有高度不確定性。

未來減少SLCFs 對北極氣候變暖和生態(tài)及人體健康的影響，AMAP工作組建議如下：

（1）為評估SLCFs 減排及其影響，北極理事會成員國和觀察員國應(yīng)保持排放報告公開和強(qiáng)化監(jiān)測并行。SLCFs減排方案的研制來源于其可靠的排放清單的支撐，強(qiáng)調(diào)必須確保及時、透明和全面地在分享關(guān)于SLCFs排放的信息。

（2）為進(jìn)一步減少北極地區(qū)污染物的排放，應(yīng)有效執(zhí)行現(xiàn)行立法，并在強(qiáng)烈支持現(xiàn)行立法基礎(chǔ)上及時有效地實施最佳減排技術(shù)。北極理事會成員國的BC 減排，重點(diǎn)關(guān)注柴油發(fā)動機(jī)、燃?xì)馊紵妥≌紵呐欧拧Ｐ枞鎸嵤〣C 和CH4減排的最佳技術(shù)，以補(bǔ)償在最大可行減排情景下減少SO2排放造成的額外變暖。為限制北極長期變暖，CO2的大幅減排仍至關(guān)重要。同時需加強(qiáng)CH4減排的決策制定與實施，特別是提前預(yù)防北極地區(qū)石油和天然氣生產(chǎn)過程中的CH4泄漏發(fā)生。

（3）為實施有效措施減少北極當(dāng)?shù)氐目諝馕廴?，?yīng)更好地識別和量化北極當(dāng)?shù)氐腂C 排放源。使用現(xiàn)有的最佳技術(shù)和操作方法可以減少當(dāng)?shù)鼐用袢∨?、燃燒廢棄物，以及使用柴油發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的SLCFs排放，從而減少空氣污染對健康的損傷。

（4）為了減少火災(zāi)排放及相關(guān)的空氣污染和氣候變暖，應(yīng)實施限制農(nóng)業(yè)燃燒和野火的有效策略。北極地區(qū)的野火以及人為墾荒燃燒等是北極地區(qū)大氣BC 排放日益增長的重要來源，對人體健康和氣候變化均有不利影響。為加強(qiáng)火災(zāi)管理策略的發(fā)展，得到北極原住民和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的廣泛認(rèn)同，亟待厘清火災(zāi)管理技術(shù)是否或在多大程度上可以減少BC的排放。

5 結(jié)論與展望

AMAP 2021 年“短壽命氣候因子對北極氣候、空氣質(zhì)量和人類健康的影響”科學(xué)評估報告，系統(tǒng)評估了BC、CH4、O3與SO42-氣溶膠等SLCFs 的主要特征對北極氣候變化的影響。主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下：

（1）北極氣候快速增暖，在未來的二三十年內(nèi)，減少SLCFs 的排放將會切實減緩北極氣候變化。大氣BC、O3、和CH4等共同作用促成了北極變暖，為緩解北極地區(qū)長期變暖，需在全球范圍內(nèi)特別是北極理事會成員國和觀察員國大幅度減少CO2的排放。而SO2產(chǎn)生的SO42-氣溶膠對氣候有冷卻影響，因此抵消了部分由CO2和SLCFs 導(dǎo)致的變暖效應(yīng)。1990—2015 年，SO2排放量下降帶來的冷卻效應(yīng)減弱而導(dǎo)致的變暖與CO2排放所引起的北極變暖的程度相似。

（2）全球人為源CH4排放和北極大氣中的CH4含量繼續(xù)增加。北極地區(qū)濕地等自然來源中的CH4排放量，將可能受到進(jìn)一步氣候變暖的影響，但是這些來源未來排放量的估計受到較大不確定性的影響。

（3）苔原、泥炭地和森林火災(zāi)是北極地區(qū)日益重要的BC 和OC 排放來源，氣候變暖可能導(dǎo)致更大的、更頻繁的火災(zāi)。用適合當(dāng)?shù)氐拇胧ㄈ缛剂瞎芾?、燃燒減少、荒地火災(zāi)防范）來管理火災(zāi)風(fēng)險，對于限制當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)域排放對人體健康有害并導(dǎo)致進(jìn)一步變暖的可能至關(guān)重要。相比于北極地區(qū)，北方的森林火災(zāi)需要不同的管理，需要考慮本地的消防管理措施。

在未來研究方向上，AMAP 評估報告提出要加強(qiáng)和重點(diǎn)關(guān)注以下方面：

（1）建立和維持長期連續(xù)且高質(zhì)量的觀測網(wǎng)絡(luò)，為SLCFs 排放以及影響評估的模式模擬提供有效的數(shù)據(jù)支持，高分辨率的衛(wèi)星監(jiān)測和火災(zāi)制圖也是SLCFs監(jiān)測的重要手段。

（2）準(zhǔn)確量化自然源SLCFs 的排放對北極氣候變化的影響，如濕地和多年凍土退化導(dǎo)致的CH4排放，以及海霧中的SO42-氣溶膠，仍是亟需解決的關(guān)鍵問題；其中，SO42-氣溶膠中硫和三氧同位素，以及甲烷的團(tuán)簇同位素研究則可能為SLCFs 的源解析提供新視角。

（3）為全面評估SLCFs 對北極氣候變化和空氣質(zhì)量的影響，需更好地融合適用于北極地區(qū)的全球氣候模型和大氣擴(kuò)散模型。