问题——黑碳是城市大气中重要的吸光性气溶胶，主要来自化石燃料和生物质的不完全燃烧；虽然它大气中的停留时间不长，但由于能强烈吸收太阳辐射、影响边界层结构，对区域气候和空气质量的作用不可忽视。长期以来，科学界已发现黑碳常被硫酸盐、硝酸盐和有机物等成分“包裹”，外层包覆会产生类似“透镜效应”，使更多辐射聚焦并被黑碳核心吸收，从而放大增温效应。然而，这些包覆层“从哪里来”、受哪些过程控制，以及自然源与人为源如何共同作用，仍缺少系统清晰的解释，限制了气候效应评估与污染治理的精细化。 原因——研究团队梳理了2013年至2023年的常规观测资料后发现，仅凭常规数据难以回答机制性问题。2023年7月，团队在南京开展强化观测，使用高分辨黑碳气溶胶质谱仪对含黑碳颗粒进行定向识别与过程追踪，并结合模拟手段，捕捉黑碳混合态及化学组成的快速变化。南京在研究中提供了“天然实验室”条件：夏季盛行偏南风，可将长三角及更南部植被覆盖区释放的植物源挥发性有机物及其氧化产物输送至城市上空。这些“自然来客”进入高排放、反应活跃的城市大气后，在更强氧化条件下深入反应，促进二次有机气溶胶生成，并更容易凝结、沉积在含黑碳颗粒表面，形成更强吸光增强效应的包覆层。研究指出，植物源排放的氧化产物一上提高区域大气氧化性，另一方面为二次有机气溶胶提供额外“原料”，两者共同推动黑碳包覆层的形成与改性，成为黑碳辐射效应显著放大的关键环节。 影响——观测与模拟结果显示，在植物源影响较强时段，黑碳的辐射吸收能力平均提高约20%。这意味着，在黑碳排放水平相同的情况下，由混合态变化带来的增温效应可能被低估。在城市群及下风向区域，气溶胶化学过程还可能通过改变边界层稳定度和光化学反应环境，间接影响臭氧和细颗粒物生成，提高复合污染发生的可能性。研究为“自然源—人为源”耦合影响提供了可量化证据，提示区域气候评估与空气质量管理不能只依赖排放清单，还需要将跨区域输送与二次转化纳入统一分析框架。 对策——业内人士认为，该发现对大气治理与气候风险管理有直接启示：一是持续推进黑碳及其前体物减排，聚焦交通、燃煤、工业燃烧和生物质燃烧等重点来源，提升清洁能源替代和末端治理效果；二是加强区域联防联控，结合夏季偏南气流的输送特点，完善跨城、跨省会商研判与应急协同，降低城市大气中二次生成与包覆增强的“反应基础”；三是提升观测与模型能力，布局高时间分辨率、组分分辨率的综合观测网络，将黑碳混合态演变、二次有机气溶胶生成等关键参数纳入预测模型，提高对高温季节污染过程与辐射强迫的预报水平。 前景——在气候变暖背景下，植被挥发性有机物排放可能增强。研究提示，未来自然源变化可能通过影响黑碳包覆与混合态演变进一步放大其辐射效应，从而对城市区域气候与大气环境产生更深远影响。面向“减污降碳协同增效”的目标，需要在城市规划、能源结构、交通体系与生态建设中统筹考虑自然过程与人为活动的耦合效应，以更精细的科学证据支撑政策设计与风险预案。
这项研究为理解大气中的复杂相互作用提供了新的视角，也提醒我们在应对气候变化时，不宜将自然过程与人类活动割裂开来。在城市扩张与生态变化交织的背景下——每一次机制层面的认识进展——都可能为破解环境治理难题提供新的路径。未来仍需要更多系统性研究，才能在更大尺度上形成更准确的“气候影响图谱”。