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科学家提出减缓全球变暖的两种气候工程方法

编号:NO.I00017351709        发布时间:2017-09-04 16:52:01

Effects of stratospheric aerosol modification (SAM) (Left) The cooling efficiency per injected unit of sulfur falls as more sulfur is injected. Furthermore, the overall  effectiveness of SAM is uncertain. [Adapted from (7)] (Right) In a model study, CO2  emissions were assumed  to fall from 2040, becoming negative around 2095. Without SAM, temperatures rose to 3°C above preindustrial  levels before falling back to 2°C above preindustrial levels by 2200. Use of SAM kept temperature increases to  2°C above preindustrial levels. [Adapted from (15)].来源:Nature2017年7月21日,《科学》(Science)期刊发表题为《一种卷云气候调节盘?》(A Cirrus Cloud Climate Dial ?)和《注入硫以冷却地球》(Sulfur Injections for a Cooler Planet)的观点性文章,提出了减缓全球变暖的两种气候工程方法,一种是驱散卷云的方法,一种是向平流层注入含硫气溶胶的方法。

气候工程是抵消人为温室气体引起的气候变暖的一种潜在手段。科学家建议的方法大致分为两类,第一类方法旨在从大气中去除二氧化碳,第二类方法旨在改变地球辐射平衡。第二类方法中最突出的气候工程方法是将大气气溶胶颗粒或其前体气体注入平流层,这些颗粒将太阳辐射反射回太空。相比之下,通过将卷云变得稀薄的气候工程主要针对从地球发射的长波辐射。

1  驱散卷云法

卷云的长波辐射效应取决于它们的光学深度和形成的高度。在不同高度形成的两个光学厚度相同的卷云将具有不同的辐射效应。在更暖的气候中,卷云将在较高的高度形成,从而增加其升温效果。卷云经常通过液体气溶胶颗粒(如硫酸或硝酸)的均相成核而形成。或者,它们可以通过作为冰成核颗粒(INP)的固体气溶胶颗粒(如沙尘、花粉或其他生物颗粒)的异相成核而形成。如果将适当的INP注入卷云,则在较低的相对湿度和较高的温度下,卷云将通过这些INP成核形成,而防止通过均相冷冻形成。用这种方式播种的卷云减少了它们的辐射影响和寿命,因此与“天然”卷云相比降低了总体的变暖效果。

如果卷云变薄起作用,则是优于太阳辐射变化的方法,因为卷云变薄会更直接地抵消温室气体的变暖效应。如果卷云播种出现偏差,可能会导致额外的变暖而不是预期的冷却效应。如果仔细选择卷云播种的时间和地点,可以提高卷云变薄的气候效应。为此,需要瞄准卷云的长波升温效果,并避免太阳光效应的影响。卷云播种在高纬度地区更为有效。

2  平流层气溶胶改性法

平流层气溶胶改性法(SAM)是向平流层连续注入含硫气溶胶,以增加地球大气的反射率。这种方法的效果类似于在大型火山喷发后观察到的温度降低。SAM可以被看作是减轻气候变化影响严重程度(如热浪、洪水、干旱和海平面上升)的最后手段。SAM技术目前尚未得到开发,科学家们只是开始把握这些干预措施的潜在风险和好处。计算机模型显示,使用SAM可以减缓温室气体引起的全球气温和极端降水变化。然而,如果这一方法使用不当,将会产生一些副作用。例如,进入地球表面的太阳辐射减少将降低蒸发作用,从而导致降水减少;水文循环的减弱,影响了水资源的利用,主要是在热带地区,并减少了季风降水。

当前,大多数的地球系统模型不能充分捕获平流层气溶胶、化学、辐射和气候之间的耦合作用,因此,科学家不能模拟干预措施的全部影响。除可能影响的科学评估外,了解平流层硫注入的经济成本和技术要求至关重要。

另外,科学家指出,气候干预只能被视为温室气体减排和脱碳的补充方法,而不是替代方法。SAM不会改善大气中二氧化碳增加带来的后果。

参考文献

[1] A Cirrus Cloud Climate Dial ? http://science.sciencemag.org/content/357/6348/248

[2] Sulfur Injections for a Cooler Planet. http://science.sciencemag.org/content/357/6348/246



编译者:廖 琴

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