氣候干預(yù)：對全球安全和恢復(fù)力可能產(chǎn)生的影響

Marcia McNutt

Editor-in-Chief, Science Journals

氣候干預(yù)：對全球安全和恢復(fù)力可能產(chǎn)生的影響

Marcia McNutt

Editor-in-Chief, Science Journals

1.氣候變化的挑戰(zhàn)

氣候變化已不再只是一件未來可能發(fā)生的事：已經(jīng)有足夠的證據(jù)表明氣候正在發(fā)生變化。海平 面正加速上升[1]，風(fēng)暴變得更加猛烈[2]，依靠雪山融水生存的人們在干旱季節(jié)面臨水資源供應(yīng)不足的境況①An example is shown in http://www.water.ca.gov/climatechange/.。超過70億的人口要艱難地適應(yīng)這些變化。然而更令人擔(dān)憂的是，人們還要承受由干旱、洪水和海平面上升造成的難民帶來的不穩(wěn)定因素的影響。例如，目前導(dǎo)致敘利亞內(nèi)戰(zhàn)的一個原因就是中東地區(qū)連年遭受干旱困擾[3]。由于氣候變化可能對全球安全造成嚴(yán)重影響，它是我們這個時代要面臨的最重要的重大挑戰(zhàn)之一，與能源、可持續(xù)性和健康等重大挑戰(zhàn)并存。如果我們能夠解決氣候變化這個重大挑戰(zhàn)，那么在其他問題上也將取得重大進展。

2.氣候干預(yù)

到目前為止，大多數(shù)應(yīng)對氣候變化影響的研究都聚焦于通過減少溫室氣體排放來減緩氣候變化，或者使人類和自然系統(tǒng)適應(yīng)氣候變化所帶來的影響。近期，美國國家科學(xué)院(NAS)召開了一次委員會會議來尋求第三種解決方案，那就是氣候干預(yù)，也稱之為地球工程[4,5]。

會議報告的主要結(jié)論是，氣候干預(yù)不能作 為減緩或適應(yīng)氣候變化的替代品。應(yīng)對氣候變化的努力的重點應(yīng)該繼續(xù)放在減緩溫室氣體排放上，同時使人類自身適應(yīng)氣候變化帶來的影響，因為這些方法目前已被較好地定義且量化風(fēng)險不高，技術(shù)準(zhǔn)備度較高。而氣候干預(yù)策略還處于早期發(fā)展階段。

許多關(guān)于有效性、經(jīng)濟成本和意外后果潛在性等方面的問題亟待解決。也就是說，在未來， 氣候干預(yù)有可能成為氣候策略組合的一部分。

2.1.二氧化碳清除

作為氣候策略組合的一部分，二氧化碳清除收效大，風(fēng)險低。二氧化碳清除可以采用自然方法，增強生物或地質(zhì)碳匯，如土地利用管理方面的有益變化和加速

巖石風(fēng)化；也可以采用工業(yè)方法，如直接空氣捕集封存(DACS)或生物質(zhì)發(fā)電聯(lián)合碳捕集封存(BECCS)。需要進行 更多的研究來開發(fā)可行、可擴展、價格實惠的技術(shù)，特別是要降低能源和材料消耗。

這一類氣候干預(yù)方法的主要優(yōu)點是，它能直接解決導(dǎo)致氣候變化的根本原因——大氣中過量的溫室氣體。然而，該方法的缺點是實施起來比較緩慢，并且難以衡量實際的解決效果。海洋鐵施肥(OIF)是一種可能會產(chǎn)生不利環(huán)境后果的二氧化碳清除方法。NAS委員會建議在確定OIF為一種有效或安全的策略之前應(yīng)該進行更多的研究。

需要特別指出的是，工業(yè)方法必須與可靠的二氧化碳儲存方法并行實施數(shù)千年。符合要求的、儲存量足夠大的可能場所是已枯竭的油氣儲層和鹽堿含水層。

需要進行額外的研究來尋找注入二氧化碳的最佳方法，特別是帶有坍塌孔隙空間的枯竭的油氣儲層、監(jiān)測和泄漏檢測。如果能夠找到將捕集的氣體進行工業(yè)再利用的方法，那么二氧化碳捕集的經(jīng)濟效益將得到快速提高。

2.2.反照率修正

第二種氣候干預(yù)方法是反照率修正：減少地球吸收的日光以降低地球表面溫度。NAS委員會深入考慮了兩種策略：部署平流層氣溶膠(具體來說就是向平流層注入二氧化硫等氣溶膠前體，隨后通過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣溶膠)和海洋云增白(通過在云底附近引入氣溶膠來提高云層的反射率，該方法多用于海洋上空的云層)。其他方法如部署空間反射鏡或改變表面反照率(把屋頂涂成白色)尚未進行細節(jié)方面的研究，因為以往的工作已經(jīng)表明，這些方法太昂貴而且可擴展性較差。研究人員曾簡單測試了經(jīng)修飾的卷云，但在這一點上的研究很有限。

反照率修正可以快速降低地球表面溫度，且與二氧化碳清除方法相比較為便宜。然而它的主要缺點是，該方法作用于氣候系統(tǒng)中高度敏感且目前人們了解最少的一部分——地球輻射平衡。關(guān)于反照率修正值得關(guān)注的是，人們試圖用一個高度敏感的控制旋鈕去“調(diào)低”地球的溫度，但是這個旋鈕的控制能力是未知的。

反照率修正目前存在顯著的風(fēng)險。研究人員雖然對環(huán)境風(fēng)險有一定了解，但又知之甚少，如平流層臭氧量的減少、降水量和降水模式的變化以及尚未明確的區(qū)域性差異。反照率修正不影響大氣中的二氧化碳含量，因此需要繼續(xù)實施，直到其他自然或人為干預(yù)使二氧化碳濃度達到可接受程度。反照率修正在政治、社會、法律、經(jīng)濟和倫理等方面可能產(chǎn)生不可預(yù)料、難以控制且令人遺憾的后果。這些后果雖然難以量化，卻很重要?；谶@些原因，NAS委員會建議當(dāng)前不應(yīng)該大范圍實施可能改變氣候的反照率修正。

然而，在未來有可能出現(xiàn)這種情況，屆時社會需要更好地了解反照率修正的意義和潛在后果。例如，在面對環(huán)境危機時，決策者需要知道采用反照率修正的風(fēng)險是否比不采取任何措施的風(fēng)險更大。另一種情況是，如果某方單邊/不對等地實施了反照率修正，全球決策者需要了解可能產(chǎn)生的后果。想要確定反照率修正能否作為策略組合的一部分，就得考慮第三種狀況。例如，暫時冷卻地球，為二氧化碳清除提供充足的時間以減少溫室氣體至安全水平。

基于這些原因，人們需要對反照率修正進行更多的研究。想要更好地約束反照率修正的潛在影響和風(fēng)險，研究策略的第一部分就是要提高全球檢測和測量輻射強迫變化以及與氣候相關(guān)變化的能力。目前的觀測性能缺乏足夠的能力來檢測和監(jiān)控部署反照率修正產(chǎn)生的環(huán)境影響。

迄今為止，反照率修正研究涉及大量的建模。最終，一些有限的現(xiàn)場部署也將是有益的。在啟動現(xiàn)場工作之前，委員會建議啟動審慎的程序，以調(diào)查除已有研究之外，反照率修正研究需要的研究管理類型，以及需要此類管理的研究類型，這就需要考慮對輻射強迫的預(yù)期影響幅度、潛在的直接和間接的不利影響和其他因素。

表1對比總結(jié)了上述兩種氣候干預(yù)方法。

3.結(jié)論

氣候變化問題是當(dāng)今時代所面臨的重大挑戰(zhàn)之一，有可能對全球安全造成影響。氣候干預(yù)與減緩氣候變化和適應(yīng)氣候變化所帶來的影響一樣，是解決這一挑戰(zhàn)的一種手段。二氧化碳清除方法比較安全，但是要進行必要的研究以提高技術(shù)成熟度和經(jīng)濟競爭力。另一方面，反照率修正可快速實施且相對便宜，然而就全球和區(qū)域性后果來說，此類解決方案難以控制，因此當(dāng)前不應(yīng)考慮。burg, M.Granger Morgan, Joyce E.Penner, Raymond T.Pierrehumbert, Philip J.Rasch, Lynn M.Russell, John T.Snow, David W.Titley, and Jennifer Wilcox。

表1 氣候干預(yù)的不同方法對比研究

致謝

筆者對“地球工程氣候：技術(shù)評估和影響探討”項目委員會的以下成員為本文所做的努力深表感謝：Waleed Abdalati, Ken Caldeira, Scott C.Doney, Paul G.Falkowski, Steve Fetter, James R.Fleming, Steven P.Ham-

[1] Hay CC, Morrow E, Kopp RE, Mitrovica JX.Probabilistic reanalysis of twentiethcentury sea-level rise.Nature 2015;517(7535):481.4.

[2] Marvel K, Bonfils C.I dentifying external influences on global precipitation.Proc Nat Acad Sci 2013;110(48):19301.6.

[3] Gleick PH.Wa ter, drought, climate change, and conflict in Syria.Wea Climate Soc 2014;6(3):331—40.

[4] National Research Council.Climate intervention: carbon dioxide removal and reliable sequestration.Washington, DC: The National Academies Press; 2015.

[5] National Research Council.Climate intervention: reflecting sunlight to cool Earth.Washington, DC: The National Academies Press; 2015.

2095-8099/? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.

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英文原文: Engineering 2016, 2(1): 50—51

Marcia McNutt.Climate Intervention: Possible Impacts on Global Security and Resilience.Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.015