近日，河南师范大学大气污染防控与健康效应团队曹治国老师在环境领域著名期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表了题为“Global Black Carbon Aerosol: Spatiotemporal Distributions, Drivers, and Health Impacts”的综述论文。本研究对全球黑碳（BC）的时空分布特征、源贡献差异及气象驱动因素进行系统整合与评估；并首次采用被动吸烟等效模型与美国EPA健康风险模型，量化全球BC暴露对低出生体重、儿童肺功能下降、心血管死亡和肺癌等多终端的等效风险。同时，研究不仅评估了以吸入为主的暴露途径，还特别指出皮肤接触作为被长期忽视的补充途径，并初步构建了浓度-风险的剂量-响应关系。
图文摘要
引言
黑碳（BC）由化石燃料和生物质不完全燃烧产生，兼具短寿命气候强迫因子和PM₂.₅毒性组分双重属性。近年监测技术从滤膜采样发展为高分辨率光学遥感与化学传输模拟，揭示了显著的区域、季节和站点差异，但现有观测网络高度集中于局部区域，导致全球认知偏差。源解析方法原理各异，可比性不足，混合排放区难以精准区分化石与生物质燃烧贡献。气象因素通过边界层与湿清除影响浓度，但定量贡献仍不明确。健康风险评估几乎全部聚焦吸入暴露，皮肤接触途径长期被忽视，且缺乏多健康终点综合比较。为此，本研究整合2000年以来全球165篇文献，系统梳理BC时空格局、源贡献、气象驱动及健康效应，旨在为精准管控与健康保护提供综合科学依据。
图文导读
图1.全球BC浓度分布
全球BC浓度呈现显著区域分异，其根本原因在于各地区排放源的巨大差异，而排放模式又由经济发展、能源结构、人口密度和政策法规共同决定。高浓度区集中在南亚（均值10.5 μg/m³，范围0.9-21.7μg/m³）和撒哈拉以南非洲（均值6.2 μg/m³，范围0.36-19.2μg/m³），前者受家庭固体燃料、农业焚烧、柴油交通和砖窑工业的叠加影响，后者则主要源于稀树草原火灾和生物质燃烧。欧洲（均值2.1 μg/m³，范围0.03-14.3μg/m³）和北美（均值2.3 μg/m³，范围0.52-8.5μg/m³）浓度较低，得益于严格的排放法规（如柴油颗粒捕集器推广）和清洁能源转型。值得注意的是，南美均值仅2.1 μg/m³（范围0.5-7.6μg/m³），但由于监测站点极少，该数值很可能低估了生物质燃烧和野火事件导致的偶发性高浓度；非洲同样因地面观测站点稀疏而存在较大的数据不确定性。
图2.基于文献筛选的BC浓度季节变化特征
BC季节变化受排放源强度、边界层动力、降水和区域环流等多因素协同调控，全球呈现显著的区域分异。温带城市普遍表现为“冬高夏低”模式，东亚武清冬季浓度（6.2 μg/m³）约为夏季（2.1 μg/m³）的3倍，主要与燃煤供暖排放增强有关，夏季降水频繁、边界层升高则有利于扩散稀释，北京（5.3 μg/m³）、西安（5.2 μg/m³）等城市亦呈现类似规律。北极同样遵循冬季高值特征，受长距离污染传输和稳定大气层结控制，冬季浓度为夏季的3至4倍。相比之下，欧洲和北美季节变幅明显平缓，伦敦冬季（2.5μg/m³）仅略高于夏季（1.3μg/m³），阿纳海姆冬季（2.0μg/m³）约为暖季（0.73μg/m³）的2倍，反映出供暖较弱或海洋性气候的调节作用。然而，局地排放的介入可彻底改变这一常规节奏：南亚季风区秋季（9.9μg/m³）远高于冬季（6.6μg/m³）和夏季（3.4μg/m³），峰值出现在非供暖季；而火灾或旅游活动甚至使夏季浓度反超冬季，如智利波蒂略夏季（0.77μg/m³）高于冬季（0.35μg/m³），阿尔及尔夏季（1.3μg/m³）为全年最高。
图3.基于文献筛选的BC来源贡献
化石燃料燃烧为全球主导BC源，贡献率为64.3%，生物质燃烧占35.7%，但在发展中国家生物质燃烧贡献常超50%。东亚化石燃料贡献占61.5%-83.5%，主要源于燃煤和交通排放；南亚生物质燃烧贡献为30%-58%，冬季二者贡献相当；东南亚清迈生物质占比达58%，马来西亚吉兰丹为51%，均呈现较高生物质燃烧信号。非洲呈城乡分化格局，撒哈拉以南地区稀树草原火灾致生物质燃烧高达93%，而内罗毕交通源贡献达85%。南美智利科利纳生物质占34.1%，巴西城市与郊区分别受交通和生物质燃烧主导。欧美化石燃料贡献超70%，巴黎为76%-80%，安大略达86%，但冬季背景点薪柴取暖贡献可达35%。美国清洁柴油法规使新柴油机BC排放降低90%以上，但模型与观测间仍存约20%的系统偏差。偏远地区亦受生物质影响，南极若无生物质燃烧BC浓度可降低20%-50%，北极生物质贡献57%，略超化石燃料。
图4.基于被动吸烟模型的BC健康风险评估
基于被动吸烟等效模型，城市地区学龄儿童肺功能减退（PLFD）的平均风险相当于约29.5支香烟的被动吸烟量，而低出生体重（LBW）、心血管死亡（CM）和肺癌（LC）分别为10.4、9.8和6.4支，表明儿童肺功能发育对BC暴露尤为敏感。区域层面，在所研究城市均值基础上（LBW、PLFD、CM和LC分别为10.4支、29.5支、9.8支和6.4支），南亚地区的对应数值明显更高，分别达20.5支、58.1支、19.4支和9.1支，反映出该区域高排放强度与高人口密度的协同叠加效应。EPA终身致癌风险（CR）评估进一步显示，成人均值（4.1×10⁻⁴）约为儿童（1.8×10⁻⁴）的2.3倍，且发展中国家成人（5.3×10⁻⁴）显著高于发达国家（2.0×10⁻⁴），所有区域均远超EPA可接受阈值（10⁻⁶）。本研究的健康评估仅基于吸入暴露，因此所得风险仅为吸入途径的筛查性估计，而非多途径综合风险。然而，皮肤作为人体与外界环境最大的接触界面，BC皮肤暴露途径不容忽视。近年来的流行病学和实验研究已从多角度证实，BC能够通过皮肤接触和穿透对健康产生不良影响，同时空气颗粒物在皮肤表面沉积亦得到量化证据支持。基于此，BC皮肤暴露虽被认可为合理途径，但其定量研究仍严重不足。当前证据足以将皮肤暴露确认为一项关键研究缺口，却尚不足以构建稳健的BC特异性皮肤致癌风险评估。因此，未来研究应聚焦于量化BC在皮肤表面的沉积量，阐明颗粒物滞留与清除规律，解析毛囊及皮肤屏障穿透能力，并兼顾PAH和金属共暴露效应，最终建立BC特异性的皮肤剂量-反应关系。
研究展望
未来关于黑碳（BC）的研究应聚焦于三大优先方向。首先，应在非洲、南美洲、大洋洲及偏远地区扩大长期监测网络；监测数据需完整记录原始污染物名称、测量方法、校准信息、平均周期及采样点类型，此举将显著提升BC、EC与eBC观测数据间的可比性。其次，源解析研究应整合受体模型、同位素证据、排放清单及传输分析等多维度数据，这种综合策略能有效降低受化石燃料混合燃烧、生物质燃烧、露天垃圾焚烧及长距离传输等多重影响因素的区域不确定性。第三，健康风险评估应从基于浓度的筛查模式转向基于人群暴露水平的评估路径，这需要依托长期暴露场监测数据、人口统计学资料、室内空气渗透数据以及队列研究或流行病学证据；此外，皮肤暴露途径与非呼吸道健康终点亦需开展进一步研究。
论文链接
Hao Yu, Xinyu He, Menglin Liu, Guangxuan Yan, Dan Yao, Pengtuan Hu, Xue Li, Yanze Jia, Shimin Zhong, Zhiguo Cao, Jingshen Zhang, Xiaoli Zhao, Fengchang Wu. Global Black Carbon Aerosol: Spatiotemporal Distributions, Drivers, and Health Impacts. Journal of Hazardous Materials, 2026, 10.1016/j.jhazmat.2026.142933
备注: Permissions for reuse of all Figures have been obtained from the original publisher. Copyright 2026, Elsevier B.V.