日本國立研究開發法人海洋研究開發機構（以下簡稱「JAMSTEC」）地球環境部門地球表層系統研究中心的金谷有剛主任代理者等人與神戶大學和國立環境研究所等共同對長崎縣福江島的大氣實施了長期觀測，由此應答中國排放的黑碳（BC）在過去10年裏大幅減量了40%。
黑碳是化石燃料等未完全燃燒排放到大氣中的「煙霧塵」顆粒，會透過直接吸收陽光和降低冰雪表面的反射率而導致地球變暖，因此需要與二氧化碳等一起掌握其排放量變化，評估氣候影響。黑碳的排放量是根據社會經濟統計資訊推算出來的，但其不確定性範圍的中位數高達1/2～2倍，另外，關於排放量佔全球30％的中國排放量是在增加還是在減量也一直沒有定論。
中國的大氣污染容易隨着偏西風到達的福江島，研究團隊從2009年至2019年連續10年以上持續觀測了大氣中的黑碳濃度，並根據濃度變化趨勢，推算了排放量及其變化。推算時，整合了兩種高度可靠的測量儀的數值，並結合數值類比，消除了氣候的年際變化影響。由此將中國的黑碳排放量的不確定性範圍等比縮小到了±27％，同時發現，中國最近10年的排放量大幅減量40%。
預定2021年發佈、目前正在編寫之中的IPCC第六次評估報告以中國的黑碳排放量直到2014年一直以增加爲前提來評估其對氣候的影響，但此次的研究結果首次明確呈現出相反的趨勢。排放量減量的理由是，隨着中國實施PM2.5削減政策，其成分之一的黑碳排放也得到了抑制。
這個結果意味着，黑碳對地球變暖的影響實際上低於今後公開的IPCC第六次評估報告的評估結果。此次的成果有助於改進IPCC第七個評估週期的類比，同時還有望用來建立在該週期内新起動的「短壽命氣候強迫因子（SLCFs）」排放清單等。
研究背景
作爲引起地球變暖的物質，二氧化碳等「長壽命溫室氣體（GHGs）」廣爲人知，但對於同樣是大氣污染，而且會影響氣候的「短壽命氣候強迫因子（SLCFs）」，量化其排放量和氣候影響，從而進行削減也很重要。例如，黑碳顆粒就是典型的SLCF，會透過直接吸收陽光和降低冰雪表面的反射率加劇地球變暖。黑碳的排放量是根據社會經濟統計資訊推算出來的，但其不確定性範圍的中位數高達1/2～2倍，另外，關於排放量佔全球30％的中國的排放量是在增加還是在減量也一直沒有定論。一般來說，比較有效的排放量驗證法是根據獨立資訊——大氣中的濃度觀測值進行倒推。
例如，氮氧化物（NOx）的主要成分NO2主要根據人造衛星觀測，CO2根據多個地點的現場高精度觀測來推算和驗證排放量。但黑碳缺乏可靠的長期觀測資料，無法進行這樣的驗證。而且決定其在大氣中的滯留時間的「降水去除速度」的不確實性也比較高，所以被認爲很難根據大氣中的濃度推算排放量。因此，即使是中國這樣的大污染源，也很少透過觀測來評估黑碳的排放量及其變化，在各種大氣污染中，對黑碳的解析也非常遲滯。
JAMSTEC從2009年開始在長崎縣福江島的大氣環境觀測設施（圖1）對PM2.5和黑碳等大氣成分的濃度進行長期測量，明確了大氣污染隨着偏西風從巨大的污染源中國飄到福江島的程序。此次進一步擴大觀測範圍，作爲2009-2019年這10年間的長期資料，評估了這一期間中國的黑碳排放量和變化趨勢。
圖1：長崎縣福江島的位置。
地圖的背景是黑碳的排放量推圖表。大氣從中國中北地區和中南地區等主要排放源經東海上空飄至福江島，歷時約6～46個小時。
成果
首先，透過在福江島進行長期觀測發現，黑碳濃度發生了顯著變化，在2010年至2018年間減量了48％（年率爲-5.8±1.5％） （圖2）。在偏遠地區進行的無人長期觀測容易受颱風和停電等影響遺漏資料，但本研究從不容易受共存的其他氣溶膠顆粒（硫酸鹽等）干擾的角度出發，同時運行了兩種高度可靠的測量儀（COSMOS、MAAP），透過整合兩臺儀器的資料，即使有資料遺漏也能相互補充，由此獲得了122個月的無遺漏測量資料，最終成功評估了長期趨勢。
圖2：福江島的大氣黑碳濃度長期呈減量趨勢。
透過同時使用高度可靠的兩種測量儀（COSMOS、MAAP）並對數據進行整合，即使因單個儀器發生故障而出現測量遺漏也可以相互彌補，由此獲得了122個月的無缺失資料。
這樣記錄下來的濃度變化不僅是排放量變化，還可能受到了天氣因素的影響。因此，本研究爲排除天氣因素而僅評估排放量的影響，採取了兩項措施。首先，爲排除將黑碳從大氣中沖盡掉的「降水」變化的影響，僅解析了氣圈到達福江島的路綫上的累積降水量小於1mm的觀測資料 （圖3a，中央的藍線。根據累積降水量分離排放量與除溼的影響進行評估的方法見2016年8月31日 （JAMSTEC網站）的報告）。
其次，除降水外，還透過「基於氣象化學耦合模式WRF/CMAQ的數值類比」，推算了與大氣污染被從發生源頭吹到福江島的難易程度有關的「風系」年際變化的影響（圖3a，中央的灰線），並在解析中予以考慮。此時，排放量是固定的，使用基準年的數值 （REASver2.1 Inventory中的2008年排放量，圖1的背景），僅天氣利用每年的實際資訊。實際上，在2011年和2014年等污染容易流入的年份，觀測濃度和類比濃度都呈升高趨勢，說明受到了風系的年際變化影響。然後，透過用每年觀測到的平均濃度除以同一年的WRF/CMAQ模式類比數值，消除了風系的影響，並提出了類比中唯一沒有考慮到的「每年的排放量變化」的修正項（圖3a，右圖）。修正項以年均-5.3±0.7％速度顯著降低，因此得出了濃度變化的主要原因實際上是「排放量變化」的結論。
研究團隊對氣圈到達福江島前經過的各主要排放地區（中國東北部、中北部、中南部、南部）分別進行解析，評估各地區的排放量變化趨勢（圖3b）時發現，南部2個地區（-5.9～-6.3％/年）的減量率存在高於北部2個地區（-2.1～-5.2％/年）的趨勢。
圖3（左）進入福江的氣圈的路徑分佈，（中央）黑碳濃度的年際變化（觀測：藍線，WRF/CMAQ模式（排放量固定，對風引起的變化建模）：灰線），（右）將觀測/模式比作爲「排放修正項」評估，將去除風系影響的修正項的長期變化作爲排放量變化評估。（a）不對氣圈路徑進行分類，對所有地區進行評估時，（b）分別對中國4個地區進行評估。
這裏的修正項可以視爲透過數值類比再現每年的觀測濃度所需的值。因此，透過用類比中作爲標準的「REASver2.1 Inventory的2008年排放量」乘以這個修正項，推算了中國4個地區每年的準確排放量。另外還將4個地區的總和相加，推算了中國整體的排放量變化。推算得出，2018年中國的黑碳排放量由2009年的1.61Tg/年減至1.06Tg/年，大幅減量了35％（年率爲-4.6％，圖4a紅線）。這10年的減量速度達到40%，被評價與日美歐等已開發國家的NOx排放量削減速度相當（例：2017年1月27日 （JAMSTEC網站） 的報告） 。另外，根據觀測和模式的不確定性等推算，利用此次的方法，黑碳排放量推算值的不確定性爲±27％，大幅降低了此前高達200％（中位數的1/2～2倍）的不確定性。
研究團隊在根據社會經濟資訊推算的中國黑碳排放量清單的比較評估中，利用了根據觀測推算的排放量（圖4a）。此前關於排放量並沒有定論，在不同的清單中，中國的黑碳排放量相差近2倍，近年來的變化趨勢也是既有擧升也有下降等。例如，IPCC第六次評估報告使用的CEDS清單的數值明顯偏高，而且認爲排放量直到2014年一直在增加，這與本次研究證明的下降趨勢相反，未得到支援。另一方面，MEIC1.3和ECLIPSEv6b等結合了中國PM2.5改善政策的排放量削減效果的清單則呈下降趨勢，與本次研究的結果一致。因此，可以認爲中國的PM2.5削減政策發揮了作用，其中的黑碳的排放量也減量。
此外，還在以2012-2015年爲標準的標么制的基礎上，將推算的黑碳排放變化速度（-4.6％/年），與IPCC第六次評估報告中用於預測未來氣候的各種社會經濟方案（SSP1～5）下的中國未來黑碳排放趨勢進行了比較（圖4b）。結果顯示，黑碳減排速度超過了設想早期開始實施最嚴格削減政策的SSP1-19和SSP1-26方案下的減排速度（-3.9, -3.5％/年），表明黑碳排放量正在以非常快的速度削減。
圖4（a）本次研究推算中國的黑碳排放量呈減量趨勢（紅線）。在IPCC AR6採用的排放清單CEDS中，黑碳排放量呈擧升趨勢，與此次的研究結果相反。REAS3.1、MEIC1.3和ECLIPSEv6b等結合了中國的PM2.5對策等取得的效果的清單均呈減量趨勢，與本次研究的結果一致。（b）本次研究中的減量趨勢是相對於2012-2015年的數值而言的，並與各種社會經濟方案（SSP1～5）下的中國黑碳排放量進行了比較。本次研究推算的黑碳減排速度與設想採取最嚴格削減政策的SSP1-19和SSP1-26方案下的減排速度相當。
未來展望
透過觀測繼續操作驗證中國今後能否始終保持如此快的黑碳減排速度至關重要。另外，此次的研究結果還顯示，中國東北部（也是北極地區的黑碳來源地）的黑碳減排速度比較慢，單從冬季來看的話，2017年以前一直呈增加趨勢。從對地球變暖明顯加劇的北極地區的氣候影響來看，密切關注其走勢也很重要。
本次研究未能解析最近哪個領域（工業領域、汽車等運輸領域、家庭領域等）削減了黑碳排放，以及目前主要的排放源是在哪個領域，不過根據放射性碳同位素的測量結果推斷，化石燃料燃燒是主要的排放源（2019年10月1日（JAMSTEC網站）的報告），研究團隊計劃以此爲線索，同時對2020年春季新型冠狀病毒蔓延導致工業活動大幅減量所帶來的黑碳濃度減量等進行解析，從而按排放領域進行評估。
此次的研究顯示，中國的黑碳排放量低於IPCC第六次評估報告中用於當前的氣候模擬的數值，而且存在明顯的減量趨勢，這表明，黑碳對地球變暖的實際影響低於該評估報告中的評估。但另一方面，讓天氣變冷的硫酸氣溶膠的濃度等也顯著減量，減幅略高於黑碳，從而出現了加劇地球變暖的趨勢，因此，此次明確的黑碳減排進展的效果被認爲只是抵消了硫酸氣溶膠減量造成的部分影響。這個結果有助於改進IPCC第七個評估週期的類比，同時還有望用來建立在該週期内新起動的SLCF排放清單等。
論文資訊
題目：Rapid reduction of black carbon emissions from China: evidence from 2009–2019 observations on Fukue Island, Japan
期刊：《Atmospheric Chemistry and Physics》
DOI：10.5194/acp-2019-1054
文：JST客觀日本編輯部
