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研究背景
2026年3月，欧洲航空安全局（EASA）委托航空非二氧化碳专家网络（ANCEN）编制，正式发布《航空非二氧化碳效应对气候影响的差距与不确定性》（Gaps and Uncertainties in Aviation Non-CO₂ Effects on Climate）第四任务报告。
航空运输作为全球经济体系中不可或缺的组成部分，在带来便利与增长的同时，其对全球气候变化的贡献也日益受到科学界与决策层的高度关注。长期以来，公众与政策的焦点主要集中在航空燃油燃烧所产生的二氧化碳（CO2）排放——CO2作为长寿命温室气体，在大气中累积且气候效应相对易于量化，成为航空气候影响研究的早期核心。但随着大气物理、大气化学与气候模拟研究的持续深化，科学界已明确，航空业对气候的综合影响绝不仅限于CO2。飞机在高空飞行过程中排放的氮氧化物（NOX）、水蒸气、煤烟颗粒（黑碳）、硫氧化物以及由于这些物质诱发的云量变化（尤其是持续性凝结尾迹及其演化的卷积云），共同构成了复杂的非CO2气候效应。这些效应通过改变大气的化学成分和辐射平衡，短期增温效应显著高于CO2。根据最新的科学评估，非CO2效应贡献的有效辐射强迫（ERF）约占航空总气候影响的主要部分，其不确定性规模约为CO₂的8倍，忽视非CO₂效应将直接导致航空气候影响评估与责任界定的严重偏差。
尽管非CO2效应的重要性已达成共识，但对其进行精准量化却面临巨大的科学挑战。这些影响具有显著的时空异质性，取决于飞机的飞行高度、背景大气的温度、湿度以及化学成分的演化。例如，同一架飞机在干燥大气中无明显气候扰动，但在过饱和的冰晶层中飞行则会诱发长达数小时、覆盖数千平方公里的凝结尾迹云。与此同时，这些非CO2物质在大气中的寿命极短，从数小时至数月不等，这与CO2数百年甚至上千年的寿命形成鲜明对比，进一步加剧了气候效应等效对比与长期评估的难度。随着欧盟等监管机构计划将非CO2效应纳入欧盟排放交易体系（EU ETS）等监管框架，行业减排、航线优化、可持续航空燃料（SAF）应用等实践也亟需科学支撑，厘清非CO₂效应研究的知识缺口、明确高不确定性的关键物理过程，已成为支撑气候政策制定、减排路径设计的迫切需求。
在此背景下，本报告系统梳理航空非CO₂效应研究的核心不确定性与知识差距。报告明确指出：当前航空CO₂效应的认知与量化已趋于成熟，但非CO₂效应的科学置信度普遍处于“低”至“极低”水平。这种不确定性既源于大气物理、化学、云微物理过程的内在复杂性，也受限于高空观测数据不足、全球气候模型分辨率不足、关键过程参数化不完善等技术瓶颈。面向2050年航空业净零排放目标，必须推动大气科学、航空工程、气候模拟与政策监管的跨学科协同，将基础研究突破与行业实践需求深度绑定。本报告不仅是对航空非CO₂效应研究现状的全面盘点，更是未来研究优先级的战略指引，旨在通过观测、机理、模型的协同突破，破解气候政策与减排决策中的“不确定性困境”，为全球航空绿色低碳转型提供科学依据。
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主要内容
本报告围绕航空非CO₂气候效应的核心科学问题，系统识别关键不确定性来源、知识缺口与建模缺陷，重点聚焦四大核心领域开展深度分析，并提出研究优先级与推进路径。
一、凝结尾迹及其诱导的云量变化（CiC）
凝结尾迹及诱导卷云是航空非CO₂辐射强迫中最大的单一贡献项，同时也是不确定性最高的部分。研究完整解析了凝结尾迹从发动机排气形成、羽流演化、涡旋阶段冰晶变化，到最终发展为持续性凝结尾迹卷云的全生命周期过程。报告指出，现有全球气候模型（GCM）难以捕捉冰晶核化、羽流稀释、尾迹与天然云相互作用等亚网格尺度过程，是模拟偏差的主要来源：冰核化路径、高空冰过饱和区（ISS）的三维分布、冰晶形态与数浓度演化、尾迹与天然卷云的叠加效应均存在显著认知缺口。研究结合大涡模拟（LES）、高分辨率观测与卫星数据，分析了非挥发性颗粒（nvPM）、挥发性颗粒（vPM）、燃料硫含量、发动机技术对冰晶生成与尾迹生命周期的影响；同时评估了基于气象预测绕开冰过饱和区的“避尾迹航线”策略，指出当前数值天气预报（NWP）对冰过饱和区的模拟精度不足、模型未考虑云快速调整效应，导致该策略的减排效益评估存在较大不确定性。
二、NOX的大气化学与气候效应
航空NOₓ排放是第二大非CO₂效应来源，其在对流层上部与平流层下部引发复杂的化学连锁反应，呈现双向抵消效应：短期促进臭氧（O₃）生成产生增温，长期通过提升羟基自由基（OH）浓度加速甲烷（CH₄）分解产生降温，净效应高度敏感。报告指出，传统模型存在两大关键缺陷：一是忽略硝酸盐气溶胶的形成与辐射效应，纳入该过程后会显著降低NOₓ净辐射强迫，但不同模型结果离散度极大；二是未考虑羽流尺度的非均匀混合与化学转化，全球模型的网格平均处理显著高估臭氧生成量。研究依托多模型相互比较计划（MIPs），量化了不同化学传输模型在NOₓ效应模拟中的差异，明确需完善羽流化学参数化、耦合硫-氮化学相互作用、纳入甲烷短波辐射响应，以提升NOₓ净效应评估精度。
三、气溶胶与云的相互作用（ACI）
ACI是当前不确定性最高、研究难度最大的非CO₂效应领域。飞机排放的黑碳、硫氧化物、润滑油挥发物，既直接产生辐射效应，更作为冰核（INP）与云凝结核（CCN）改变高空云的微物理与辐射特性。研究重点分析：航空soot颗粒经尾迹过程老化后，冰核化活性显著降低，对天然卷云的扰动弱于早期预期；硫排放对低层液态云的间接冷却效应虽方向明确，但量级受燃料硫含量、大气背景气溶胶影响极大。目前，航空气溶胶对云量、云光学厚度的净影响仍无可靠定量结论，且难以通过观测直接识别信号。报告提出，需结合机载探测、主动遥感（激光雷达）与高分辨率模型，从分子尺度追踪气溶胶演化，破解气溶胶间接效应的机理“黑箱”。
四、水汽直接强迫及次要排放物、替代燃料影响
研究重新评估了高空水汽直接辐射强迫：平流层下部水汽的温室效应不可忽视，超音速飞行等场景下的水汽排放影响尤为突出，而当前全球模型对水汽效应的表征普遍简化。同时，系统分析了SAF对非CO₂效应的影响：SAF可显著降低黑碳（nvPM）排放，直接减少凝结尾迹冰晶数与生命周期，同时降低硫排放带来的间接冷却效应，整体有利于削减非CO₂气候影响。
在此基础上，本报告构建了航空非CO₂效应不确定性矩阵，按背景大气、排放、过程机理、模型模拟四大维度对缺口与不确定性进行分级分类，并提出分阶段研究方案：短期优先强化高空观测（冰过饱和、冰核、颗粒排放）、完善关键过程参数化、开展模型相互比较；中长期推动高分辨率气候模型与航空影响模块耦合，开发集成非CO₂效应的实时气候影响评估工具，最终为全球民航业减排政策、航线优化、燃料替代提供完整、可靠的科学判据。
全文链接：https://www.easa.europa.eu/en/downloads/143390/en
资料收集：李浩 安欣 王含月
校对：张奕野 贾忠杰 王君瑶
审核：陈俣秀 杨晓军
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