地球工程的研究進(jìn)展簡介與展望

辛源

（1 中國社會(huì)科學(xué)院研究生院，北京 102488；2 中國氣象局發(fā)展研究中心，北京 100081）

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地球工程的研究進(jìn)展簡介與展望

辛源1，2

（1 中國社會(huì)科學(xué)院研究生院，北京 102488；2 中國氣象局發(fā)展研究中心，北京 100081）

地球工程是指為了應(yīng)對(duì)氣候變化及影響，人們采用的有計(jì)劃、大規(guī)模改變地球環(huán)境的行動(dòng)。梳理了地球工程的背景、定義和當(dāng)前地球工程研究涉及的主要領(lǐng)域，從地球工程的機(jī)理、工程方案、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及氣候倫理、國際治理等方面綜述了地球工程的研究進(jìn)展。對(duì)地球工程在國際應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)的大背景下的前景進(jìn)行了分析，指出中國應(yīng)在地球工程研究領(lǐng)域中承擔(dān)起應(yīng)有角色。

地球工程，進(jìn)展，展望

0　引言

“地球工程”（geoengineering）是近幾年來國際學(xué)術(shù)界在應(yīng)對(duì)氣候變化研究領(lǐng)域的新興話題。地球工程概念出現(xiàn)以后，在社會(huì)上引起了廣泛爭論。這些爭論中有些是學(xué)術(shù)領(lǐng)域的討論，還有不少主觀臆測(cè)。地球工程不是科幻，也不是馬上付諸實(shí)施的“高大上”的工程。之所以出現(xiàn)各種爭論，可能在于很多人對(duì)地球工程的概念、熱點(diǎn)、實(shí)踐等缺乏系統(tǒng)了解?；诖?，本文對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外地球工程的研究進(jìn)展情況進(jìn)行了初步梳理和分析。

1　地球工程的背景與定義

1.1地球工程的提出背景

全球氣候變暖是21世紀(jì)人類面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告［1］指出：氣候系統(tǒng)變暖毋庸置疑，人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)變化影響明顯，未來溫室氣體繼續(xù)排放將導(dǎo)致全球氣候系統(tǒng)進(jìn)一步變暖，限制氣候變化需要大幅度和持續(xù)地減少溫室氣體排放。但是，減緩和適應(yīng)作為應(yīng)對(duì)氣候變化的“A計(jì)劃”（Plan A），在實(shí)現(xiàn)2100年升溫2℃以內(nèi)的目標(biāo)上不容樂觀。為了抑制全球暖化趨勢(shì)，近年來一些科學(xué)家提議以地球工程手段人工為地球降溫，作為應(yīng)對(duì)氣候變化的“B計(jì)劃”（Plan B）。在定位上，地球工程是應(yīng)對(duì)氣候變化“減緩和適應(yīng)”兩種“常規(guī)”手段之外的“非常規(guī)手段”。

Rayner等［2］總結(jié)了提出地球工程的主要原因：1）國際氣候談判陷入僵局，舉步維艱。為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，自20世紀(jì)90年代啟動(dòng)國際氣候談判進(jìn)程以來，經(jīng)過20多年艱難坎坷的發(fā)展歷程，各方利益分歧依然嚴(yán)重；2）迄今為止，世界范圍內(nèi)基本沒有一個(gè)國家接近減緩目標(biāo)，而且還在緊緊跟隨著IPCC 預(yù)計(jì)的最高排放軌道；3）既定的減緩目標(biāo)也僅僅是“看上去很美”，因?yàn)镮PCC預(yù)設(shè)未來單位GDP的碳排放量會(huì)降低，但實(shí)際上并非如此；4）減緩行為可能會(huì)在短期內(nèi)加劇變暖趨勢(shì)，因?yàn)槎趸寂欧帕康慕档蜁?huì)減少大氣中的氣溶膠，而這些氣溶膠顆粒是反射太陽輻射、抵償二氧化碳暖化效應(yīng)所必不可少的；5）地球工程措施具有“削去”全球變暖峰值的作用，還可以為減少二氧化碳排放贏得時(shí)間；6）地球工程在經(jīng)濟(jì)上比通常的減緩措施更“便宜”；7）地球工程技術(shù)在發(fā)展、建設(shè)和操作層面更具有商業(yè)潛力。

Crutzen［3］于2006年呼吁人們重視地球工程。之后，地球工程得到國際社會(huì)的持續(xù)關(guān)注，尤其是2009年英國皇家學(xué)會(huì)（The Royal Society）發(fā)布《地球工程：科學(xué)、治理與不確定性》報(bào)告［4］，引起很大反響，進(jìn)一步激發(fā)了各領(lǐng)域?qū)W者的研究興趣，各種研究成果不斷涌現(xiàn)。

1.2地球工程的定義

IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告將地球工程定義為：所有旨在改變氣候系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)氣候變化的方法。英國皇家學(xué)會(huì)將地球工程定義為：為了應(yīng)對(duì)氣候變化及其影響，人類對(duì)地球氣候環(huán)境和氣候采取的有計(jì)劃、大規(guī)模的人工技術(shù)與方法［4］。因?yàn)榈厍蚬こ虒Ｖ溉藗優(yōu)閼?yīng)對(duì)氣候變化問題所采取的各種工程設(shè)想，近兩年來越來越多的學(xué)者和團(tuán)體傾向于將地球工程也稱為氣候工程（climate engineering），如2015年美國國家科學(xué)學(xué)院就持此定義［5］。

我國也有一些學(xué)者對(duì)地球工程有自己的看法與定義。潘家華［6］指出，地球工程是指包括所有能源生產(chǎn)和消費(fèi)以外的、不涉及工業(yè)生產(chǎn)過程管理，在較大地球尺度或規(guī)模上，去除大氣中的二氧化碳或直接控制太陽輻射而降溫的各種人為工程技術(shù)手段，而采用工程技術(shù)手段節(jié)能、開發(fā)利用可再生能源以及核能、地?zé)崂?、工業(yè)生產(chǎn)過程等均不在地球工程之列。胡國權(quán)等［7］認(rèn)為，地球工程是指人為對(duì)地球系統(tǒng)的物理、化學(xué)或生物特質(zhì)反應(yīng)過程進(jìn)行干預(yù)來應(yīng)對(duì)氣候變化，減少并有效管理氣候變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)的工程項(xiàng)目。

總而言之，關(guān)于地球工程的具體定義雖然眾說紛紜，但存在基本共識(shí)，即指“為了應(yīng)對(duì)氣候變化及影響，人們采取的有計(jì)劃、大規(guī)模改變地球環(huán)境的行動(dòng)”。

2　地球工程研究的主要領(lǐng)域及進(jìn)展

歐美國家目前在地球工程研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位，相關(guān)研究最早可以追溯到20世紀(jì)六七十年代。早在1965年，美國總統(tǒng)科學(xué)顧問委員會(huì)便建議利用增加云層、在熱帶地區(qū)安置發(fā)射性材料等人工手段對(duì)抗氣候變化［8］?！暗厍蚬こ獭币辉~最早出現(xiàn)在文獻(xiàn)中是1977年Marchetti的研究報(bào)告［9］，他提出將二氧化碳注入海洋以減輕溫室氣體效應(yīng)。目前，關(guān)于地球工程的研究涉及到科學(xué)機(jī)理、工程方案、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及氣候倫理、國際治理等多個(gè)領(lǐng)域。

2.1地球工程的原理與方案

目前，國際共識(shí)的地球工程方案（圖1）主要可以分為兩大類：第一類是碳移除和轉(zhuǎn)移（Carbon Dioxide Removal，CDR），即通過各種碳捕獲、封存和轉(zhuǎn)化技術(shù)來降低大氣中的溫室氣體濃度；另一類是太陽輻射管理（Solar Radiation Management，SRM），即通過人工手段減少到達(dá)地表的太陽輻射來達(dá)到降溫目的。

圖1　地球工程方案與機(jī)理示意圖［14］Fig. 1 The schematic diagram of geoengineering scheme and mechanism

2.1.1碳移除和轉(zhuǎn)移（CDR）方案

CDR致力于降低大氣中溫室氣體的濃度，碳捕獲與埋存（CCS）、碳捕獲與利用（CCUS）就屬于CDR范疇。國外一些研究認(rèn)為，依據(jù)碳的移除方式及“歸宿地”的不同，可將CDR分為陸地生物圈封存、海洋碳封存、巖石圈封存三種技術(shù)手段［10］。這一分類方案在IPCC第五次評(píng)估第三工作組報(bào)告中也得到了采用。

1）陸生物圈封存。陸地生物圈封存技術(shù)手段中占突出地位的是造林和再造林。陸地生物圈封存手段，既增加陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)備又解決環(huán)境污染問題，是地球工程的優(yōu)先選擇之一。很多國家先后實(shí)施了一批大規(guī)模人工造林工程。不過，有必要把人類主導(dǎo)的林業(yè)生態(tài)恢復(fù)與地球工程區(qū)分開來。如我國的“三北防護(hù)林”計(jì)劃、“長江流域自然保護(hù)區(qū)”計(jì)劃等有相當(dāng)程度應(yīng)當(dāng)屬于生態(tài)恢復(fù)，不應(yīng)屬于地球工程范疇。然而，如Ornstein等［11］提議的在撒哈拉沙漠和澳大利亞荒漠地區(qū)植樹造林這種人類有目的、主動(dòng)改變?cè)械厍颦h(huán)境的方案，就很符合地球工程的定義。

2）巖石圈封存。巖石圈封存主要是指從大氣中直接捕獲二氧化碳，并進(jìn)行地殼深埋封存，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固態(tài)儲(chǔ)存。研究發(fā)現(xiàn)，生物碳是惰性產(chǎn)品，可與土壤混合或埋藏于地下保存上百年至上千年。冰島有試驗(yàn)表明，在加壓條件下向玄武巖蓄水層中注入二氧化碳能加強(qiáng)封存作用，具有大量玄武巖蓄水層的地區(qū)，如冰島、印度中西部、西伯利亞地區(qū)和美國西北部，富含橄欖巖的阿曼等地，將有可能發(fā)揮巖石圈封存的潛力［12］。

3）海洋碳封存。海洋碳封存技術(shù)手段主要是指依托海洋系統(tǒng)為載體，通過向海洋施加鐵肥、加速海洋與大氣的中和反應(yīng)、改變大洋環(huán)流等手段來改變大氣中的二氧化碳含量。其中，向海洋施加鐵肥是一個(gè)討論較多的方案，施加鐵肥可以改變海洋生態(tài)系統(tǒng)，加速有機(jī)碳深海傳輸和海洋對(duì)大氣中二氧化碳的吸收。還有研究［13］提出直接將石灰石粉末加入海洋中達(dá)到中和大氣二氧化碳的目的，或者也可以通過加速海洋的上升流或下降流來加速海洋對(duì)大氣二氧化碳的吸收。

2.1.2太陽輻射管理（SRM）方案

SRM方案是在不減少大氣中二氧化碳含量的情況下通過減少到達(dá)地面的太陽輻射來緩解地球升溫。其基本思路是通過增加行星反照率來減少地球吸收的短波輻射，這種技術(shù)可在太空、大氣和地球表面實(shí)施，主要包括太空反射法、平流層氣溶膠注入法、云層亮化（增白）法和地面反射法等。太空反射法是指在太空設(shè)置反射鏡以減少進(jìn)入地球大氣層的太陽輻射的設(shè)想。平流層氣溶膠注入法源于火山活動(dòng)的氣候效應(yīng)，其主要手段是在平流層注射硫酸鹽氣溶膠等顆粒物以達(dá)到反射太陽輻射的目的。云層亮化（增白）法是指通過向低層海云噴灑海水微粒使云增白來增加低云的反照率。地面反射法是指增加陸地表面的反照率，包括將建筑物屋頂涂白、人為增加農(nóng)作物的反照率和在亞熱帶國家沙漠地區(qū)安裝反射鏡等手段。其中，平流層氣溶膠注入法因其速效、成本相對(duì)較低，被認(rèn)為是目前最經(jīng)濟(jì)可行、最容易實(shí)現(xiàn)的地球工程手段。

2.2地球工程的風(fēng)險(xiǎn)與評(píng)估

雖然模型模擬顯示地球工程相比應(yīng)對(duì)氣候變化的常規(guī)減緩措施具有成本低、見效快等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)地球工程的影響也具有很大不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性（圖2），大部分地球工程方案可能會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在的負(fù)面影響。地球工程的影響以及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)及評(píng)估是當(dāng)前國際研究的重點(diǎn)［15］。

2.2.1對(duì)CDR方案風(fēng)險(xiǎn)的研究

對(duì)于陸地生物圈封存技術(shù)手段，其森林固碳方法能降低大氣二氧化碳濃度，從根本上解決全球變暖問題，但效果緩慢、成本較大，同時(shí)受到自然條件的限制。以造林和再造林為例，一方面有助于增強(qiáng)陸地碳匯，另一方面也會(huì)改變陸地的地表性質(zhì)，比如改變地表的反照率和粗糙度，進(jìn)而可能影響氣候。

對(duì)于巖石圈封存技術(shù)手段，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，從大氣中直接捕獲二氧化碳的費(fèi)用十分高昂，還沒有關(guān)于大規(guī)模、工業(yè)化發(fā)展該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與可行性的可信研究，其有效性主要取決于應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)的緊急程度、相對(duì)于其他減緩措施的經(jīng)濟(jì)性以及相關(guān)技術(shù)的適用范圍。

對(duì)于海洋碳封存方案，一些模擬研究發(fā)現(xiàn)，向海洋施鐵肥對(duì)大氣二氧化碳濃度降低的作用有限，可能會(huì)導(dǎo)致深海海洋酸化、海洋生態(tài)破壞等一系列的負(fù)面影響，使海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的變化。不過，在海洋中施加鐵肥也可能會(huì)增加海水的堿性，加速天氣過程，并最終去除大氣中的二氧化碳，這多少會(huì)抵消掉海洋酸化的影響，并因此具有長期固碳的潛力，但是對(duì)這些技術(shù)方案目前還缺少深入探索，同時(shí)潛在的費(fèi)用也很高。

圖2　地球工程各種技術(shù)方案的風(fēng)險(xiǎn)分布［4］Fig. 2 The risk distribution of various geoengineering technologies

從CDR方案的綜合效果來看，在嚴(yán)格減排情景下，特別是在減排目標(biāo)即將完成的后期階段，CDR與傳統(tǒng)減緩措施相比更加具有競爭力，不過這也取決于與實(shí)施CDR相關(guān)的環(huán)境和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2對(duì)SRM風(fēng)險(xiǎn)的研究

目前，地球工程方案中爭議最大的還是SRM方案。CDR由于在機(jī)理和技術(shù)上與傳統(tǒng)應(yīng)對(duì)氣候變化的減緩?fù)緩骄哂泻芏喙残?，雖存在一些爭議，但總體上爭議較少，相關(guān)爭議主要集中在SRM上。對(duì)SRM的爭議和質(zhì)疑主要原因有三：一是機(jī)理上不能直接降低大氣中溫室氣體含量；二是人為改變大氣層自然狀態(tài)，帶來很多不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，如模擬結(jié)果顯示向熱帶和北極地區(qū)的平流層注射氣溶膠會(huì)破壞亞洲和非洲的季風(fēng)系統(tǒng)，可能降低季風(fēng)活動(dòng)強(qiáng)度、加劇干旱地區(qū)的水資源枯竭等［16］；三是時(shí)間尺度上SRM的有效性與傳統(tǒng)減緩措施相比要短暫得多，一旦工程停止，升溫反彈效應(yīng)可能會(huì)非常明顯。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告［17］甚至指出，SRM關(guān)于太陽輻射的管理與溫室氣體（GHGs）對(duì)太陽輻射的改變?cè)谧饔脵C(jī)理上存在著根本差異，用SRM方法來緩解溫室氣體引起的氣候問題是不可能的。

關(guān)于SRM成本經(jīng)濟(jì)性的研究結(jié)果也是復(fù)雜多樣。SRM的直接費(fèi)用相比傳統(tǒng)減緩手段可能相對(duì)便宜，但是其引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)卻難以準(zhǔn)確估量。目前只有很少的研究定量評(píng)估了SRM的效果，但這些評(píng)估也主要局限在小范圍區(qū)域，并且忽略掉了許多重要的因子，如不確定性等。而且，絕大部分的研究數(shù)據(jù)都是聚焦于SRM引起的氣候要素變化，如溫度、降水等，極少研究關(guān)注其綜合影響，如海平面上升等，而這些實(shí)際上是判斷SRM有效性的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.2.3地球工程綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判

地球工程能否從實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)模擬最終走向現(xiàn)實(shí)，關(guān)鍵取決于地球工程對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響結(jié)果評(píng)判，這更是一個(gè)復(fù)雜的問題，目前相關(guān)研究總體上還處在起步階段。

在地球工程影響人類生存環(huán)境的機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究方面，當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界通過大量的風(fēng)險(xiǎn)模擬研究有了一定的積累，如開展了“地球工程模型間比較計(jì)劃”（GeoMIP）。不過，大部分模擬研究都集中在模擬地球工程對(duì)某幾個(gè)氣候要素（如溫度、降水等）的影響，而對(duì)地球工程如何影響氣候系統(tǒng)各圈層以及各圈層間相互作用還知之甚少，延伸到對(duì)人類生存環(huán)境直接相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)影響研究還主要是一些推論。例如， SRM對(duì)陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、生物多樣性等方面的影響都還很不清楚。

在地球工程對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的影響方面，目前的研究主要集中在能源、減排、地球工程的經(jīng)濟(jì)性與商業(yè)潛力、軍事潛力以及國家安全等方面。有意思的是，與其他領(lǐng)域中負(fù)面結(jié)論比較集中的情況相反，地球工程經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響研究有不少支持性結(jié)論。有研究［18］認(rèn)為，地球工程會(huì)對(duì)全球糧食生產(chǎn)產(chǎn)生潛在影響，在保持當(dāng)前化石燃料消耗不變的情景，地球工程會(huì)使全球大部分地區(qū)作物產(chǎn)量增加，只不過各種農(nóng)作物產(chǎn)量的季節(jié)和區(qū)域的差異較大。MacMartin等［19］研究表明，由于全球地球工程的不確定性和區(qū)域差異，通過開展有針對(duì)性的地球工程，優(yōu)化控制在不同地區(qū)、不同季節(jié)的太陽輻射，可以限制地球工程的副作用和風(fēng)險(xiǎn)，有可能提高以太陽輻射管理為基礎(chǔ)的地球工程減緩氣候變化的有效性。Heutel等①Heutel G， Moreno-Cruz J， Ricke K. Climate engineering economices. http://www.nber.org/papers/w21711.2015-11。建立了一套經(jīng)濟(jì)模型，說明地球工程相對(duì)于傳統(tǒng)的減緩措施的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為CDR和SRM的邊際效用要明顯高于減緩措施的邊際效用，而且在大多數(shù)常規(guī)情景下，SRM都有著良好的成本收益效應(yīng)。當(dāng)然，也有很多研究指出，地球工程可能會(huì)降低人類溫室氣體減排的動(dòng)機(jī)與壓力，導(dǎo)致高碳化石能源利用增加、化石能源資源耗竭、環(huán)境污染加劇、可再生能源發(fā)展受挫等不可忽視的問題。總體上，在地球工程經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響研究方面，大多數(shù)還是一些概念和觀點(diǎn)的討論，缺少系統(tǒng)科學(xué)的定量研究。

2.3地球工程的倫理與治理

由于地球工程不確定性和風(fēng)險(xiǎn)的存在，使不同人群對(duì)地球工程的態(tài)度也各不相同。有研究［20］認(rèn)為地球工程實(shí)際上向人類展示了一幅“用風(fēng)險(xiǎn)抵御風(fēng)險(xiǎn)的圖景”（risk-risk scenario）。由于風(fēng)險(xiǎn)和爭議的存在，引發(fā)了對(duì)地球工程全球治理的廣泛思考。治理與倫理又緊密聯(lián)系在一起，這方面涉及的問題十分復(fù)雜，國際相關(guān)研究也比較分散。

2.3.1對(duì)地球工程倫理問題的討論

地球工程倫理關(guān)系的基礎(chǔ)主要在于從不同角度看待成本與收益的分配，相關(guān)文獻(xiàn)主要從代內(nèi)和代際公平兩個(gè)角度來考慮相關(guān)問題。地球工程的代內(nèi)公平問題主要涉及分配和再分配正義、全球正義、程序正義及環(huán)境正義等問題。不同國家和群體對(duì)地球工程結(jié)果的承受能力因人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)韌性、社會(huì)系統(tǒng)及文化傳統(tǒng)的不同而產(chǎn)生很大差異，誰有資格部署和實(shí)施地球工程？產(chǎn)生的利益與損失應(yīng)如何分配？這些問題是代內(nèi)倫理要考慮的。代際倫理是地球工程需要考慮的另一個(gè)重要倫理基礎(chǔ)，一般涉及到代際正義、矯正正義、生態(tài)正義、分配正義和程序正義等。

倫理取向直接影響對(duì)地球工程的認(rèn)識(shí)與態(tài)度。2010年，學(xué)者Barrett［21］總結(jié)了地球工程的四種決策態(tài)度：1）絕對(duì)禁止；2）將地球工程視為應(yīng)對(duì)氣候變化的一種常規(guī)手段；3）將地球工程視為減排和適應(yīng)以外的第三種方法，為減排和適應(yīng)贏得時(shí)間；4）嚴(yán)格限制地球工程的實(shí)施，只有在遭遇“突然和災(zāi)害性”的氣候事件時(shí)方可啟動(dòng)。大多數(shù)人認(rèn)可第三和第四兩種決策態(tài)度，即將地球工程視為應(yīng)對(duì)氣候變化中減緩和適應(yīng)的一種“保險(xiǎn)”手段，其試驗(yàn)和實(shí)施應(yīng)遵循現(xiàn)有應(yīng)對(duì)氣候變化國際治理框架和原則，杜絕一國單獨(dú)行動(dòng)，只有在所有國家和利益相關(guān)者達(dá)成一致決定時(shí)才可以實(shí)施地球工程。

2.3.2關(guān)于地球工程治理規(guī)則的爭論

學(xué)者們從不同立場(chǎng)和角度出發(fā)，對(duì)地球工程治理規(guī)則紛紛發(fā)表意見。Humphreys等［22］從地球工程實(shí)施轄區(qū)上考慮，將地球工程分為全球共同管轄區(qū)（global commons-based）和國家主權(quán)管轄區(qū)（territorial）：全球共同管轄區(qū)包括大氣、海洋和外太空；CDR技術(shù)在全球共同管轄范圍內(nèi)設(shè)想的主要包括海洋施肥，而國家主權(quán)管轄區(qū)范圍內(nèi)的則包括植樹造林和巖石圈封存等；SRM在全球共同管轄范圍內(nèi)設(shè)想的包括太空反射鏡、平流層硫酸鹽氣溶膠注入和云增白技術(shù)，而在國家主權(quán)管轄區(qū)范圍內(nèi)設(shè)想的則包括屋頂涂白和沙漠反射鏡等。Scott等［23］針對(duì)單邊國家行動(dòng)、 單邊個(gè)人行動(dòng)、輕易禁止等不同情景，探討了將地球工程納入全球治理的相關(guān)問題，如功能、規(guī)范、目標(biāo)、治理主體、決策程序、倫理和法律政策等。Parson等［24］認(rèn)為，關(guān)于地球工程的國際治理體系最重要的是將所有相關(guān)研究和可能的行動(dòng)公開化，增加透明度，并且任何實(shí)施行為都要協(xié)商一致。

2013年英國牛津大學(xué)的學(xué)者提出了地球工程國際治理的五項(xiàng)原則，被稱為“牛津原則”［2］，主要內(nèi)容包括：1）將地球工程作為公共品加以管制；2）確保公眾在地球工程實(shí)施決定中的參與權(quán)；3）地球工程相關(guān)研究結(jié)果向全球無償公開；4）對(duì)影響進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估；5）在實(shí)施具體工程措施前先搭建好治理框架?！芭＝蛟瓌t”明確了地球工程作為全球公共產(chǎn)品的屬性，強(qiáng)調(diào)了在地球工程研究、實(shí)施、治理各環(huán)節(jié)中保持客觀、公平、公正的倫理原則，引起了廣泛關(guān)注。

2.3.3國際框架組織對(duì)地球工程的關(guān)注

地球工程在上升為國家意志之前，國際框架組織（特別是應(yīng)對(duì)氣候變化框架下的國際組織）承擔(dān)起了組織、協(xié)調(diào)以及“評(píng)定”地球工程相關(guān)研究與成果的重要角色。

對(duì)于CDR方案，早在2000年，IPCC就針對(duì)土地利用與林業(yè)撰寫了特別報(bào)告［25］，系統(tǒng)描述了造林、再造林等大規(guī)模生物固碳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。在碳的捕獲與埋存技術(shù)應(yīng)用方面，IPCC第三次評(píng)估報(bào)告對(duì)其相關(guān)技術(shù)做了減緩技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面綜合評(píng)估，認(rèn)可其作為具有巨大潛力的減緩手段［26］。隨后 IPCC又專門立項(xiàng)，經(jīng)過數(shù)百名科學(xué)家近三年的綜合評(píng)估，于2005年形成了《碳捕獲與埋存特別報(bào)告》［27］，提交給各國政府參考。對(duì)于SRM方案，早在1999年，IPCC第一和第三工作組就航空器尾氣的科學(xué)和減緩含義進(jìn)行了聯(lián)合評(píng)估，但并非作為一種減排的工程手段進(jìn)行推薦［28］。2000年，IPCC第三工作組完成的排放情景特別報(bào)告［29］，就人為排放到大氣的 SO2和氣溶膠的降溫效應(yīng)進(jìn)行了討論。IPCC第五次氣候變化科學(xué)評(píng)估報(bào)告第三工作組報(bào)告專設(shè)章節(jié)，對(duì)地球工程的有效性、成本、風(fēng)險(xiǎn)等方面的國際權(quán)威、最新研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)估，雖然最后沒有給出一個(gè)確定性的結(jié)論，但總體認(rèn)為現(xiàn)有的關(guān)于地球工程的知識(shí)非常有限，有待進(jìn)一步研究。

國際《生物多樣性公約》直接表明態(tài)度，明確在當(dāng)前情況下禁止開展地球工程活動(dòng)。在《生物多樣性公約》第十次（2010·COP-10）、第十一次（2012·COP-11）締約方大會(huì)上， 地球工程成為各締約方爭論的焦點(diǎn)之一。COP-10最終通過決定， 要求在用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法對(duì)地球工程的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及文化影響進(jìn)行評(píng)價(jià)前，締約方不得開展可能影響生物多樣性的大規(guī)模地球工程活動(dòng)。COP-11最終通過了關(guān)于地球工程的第20號(hào)決定，該決定重申禁止開展對(duì)生物多樣性有潛在影響的大規(guī)模地球工程，認(rèn)為人們目前對(duì)地球工程的影響缺乏了解，所以應(yīng)采取預(yù)先防范原則，對(duì)具有跨境影響的地球工程活動(dòng)展開監(jiān)管很有必要。值得一提的是，在《生物多樣性公約》第十一次（COP-11）締約方大會(huì)上，非政府組織提出人工降雨等人工影響天氣活動(dòng)也應(yīng)被看作地球工程，但該提案沒有得到響應(yīng)［30］。

3　地球工程的未來

3.1反對(duì)聲中地球工程逐步付諸實(shí)踐

由于擔(dān)心一些國家具有單獨(dú)實(shí)施地球工程的動(dòng)機(jī)和能力，出于國際治理機(jī)制公平的考慮，總體上目前國際上對(duì)地球工程的態(tài)度是抵制的，特別是非政府組織（NGO）和一些學(xué)術(shù)團(tuán)體的抵制比較強(qiáng)烈。這種背景下，歐美國家目前還沒有大規(guī)模實(shí)施地球工程的案例，但出于各種目的（也可能包含軍事應(yīng)用前景），一些國家已經(jīng)開始了各種層面的試驗(yàn)活動(dòng)，美國、英國、挪威近幾年陸續(xù)曝出一些私人公司或研究機(jī)構(gòu)在開展相關(guān)行動(dòng)。1996年，由挪威國家石油公司運(yùn)營了世界上首個(gè)將海水深層二氧化碳封存商業(yè)項(xiàng)目，從2006年開始，挪威政府持續(xù)投資近10億美元在蒙斯塔德建造世界最大的碳捕獲技術(shù)研究中心。2010年英國政府批準(zhǔn)了向平流層中注入反光微粒的氣候工程，最后迫于公眾壓力暫停了野外試驗(yàn)。2012年7月，美國商人Russ George向太平洋傾倒了將近100噸的硫酸鐵，用來促進(jìn)浮游植物的生長等。

未來，人類社會(huì)將進(jìn)一步面臨全球氣候變暖與減排的巨大壓力。2013年，IPCC第五次氣候變化科學(xué)評(píng)估報(bào)告第一工作組的核心評(píng)估結(jié)論指出氣候系統(tǒng)變暖毋庸置疑［1］。2015年12月，“巴黎氣候大會(huì)”上達(dá)成的《巴黎協(xié)定》指出，要致力于實(shí)現(xiàn)2100年全球升溫2℃以內(nèi)的目標(biāo)，并努力尋求將氣溫升幅限制在1.5℃。要實(shí)現(xiàn)這一情景，一方面必須盡早實(shí)現(xiàn)全球溫室氣體排放峰值，另一方面要實(shí)現(xiàn)2050年全球排放在2010年基礎(chǔ)上減少40%～70%，隨后實(shí)現(xiàn)凈的零排放。但考慮到氣候協(xié)定的約束力、國際氣候治理的難度以及各國減排目標(biāo)的差異性，國際氣候行動(dòng)的前景很難令人樂觀，這也會(huì)進(jìn)一步加劇國際社會(huì)對(duì)地球工程問題的關(guān)注和研究。而且，目前尚未有任何一個(gè)國際條約對(duì)單一國家或?qū)嶓w組織開展氣候工程（SRM）進(jìn)行過明確規(guī)范［31］。2016年4月，美國參議院撥款委員會(huì)呼吁加強(qiáng)對(duì)地球反射能力的研究，以此抵抗氣候變暖的方法，包括將在2017財(cái)年資助美國能源部、陸軍工程兵團(tuán)及其他機(jī)構(gòu)開展相關(guān)研究。展望未來，各國關(guān)于地球工程的行動(dòng)將如何抉擇？很難說得清楚。

3.2中國在地球工程研究領(lǐng)域應(yīng)承擔(dān)起應(yīng)有角色

我國學(xué)者關(guān)于地球工程的研究才剛剛起步，目前原創(chuàng)性的研究成果還比較少，但是近兩年在研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)和研究成果上進(jìn)展較快，在一些領(lǐng)域呈現(xiàn)出迎頭趕上的趨勢(shì)。如，北京師范大學(xué)John Moore教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)加入了國際“地球工程模型間比較計(jì)劃”（GeoMIP）；中國社會(huì)科學(xué)院城市發(fā)展與環(huán)境研究所逐漸成為國內(nèi)外研究地球工程經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響的一支重要力量。此外，中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、中國氣象局等也有一些學(xué)者從各種角度關(guān)注地球工程研究。2015年6月，我國啟動(dòng)了第一個(gè)地球工程973項(xiàng)目，計(jì)劃對(duì)地球工程的科學(xué)機(jī)理、經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響和國際治理等問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。

在地球工程實(shí)踐領(lǐng)域，過去幾年我國在碳移除和轉(zhuǎn)移（CDR）領(lǐng)域開展了一些二氧化碳捕集、封存以及利用（CCS、CCUS）等示范項(xiàng)目，取得了較大進(jìn)步，已成功開展了工業(yè)級(jí)的項(xiàng)目運(yùn)作。目前全國已運(yùn)行的CCS、CCUS示范項(xiàng)目總減排規(guī)模達(dá)到了每年幾十萬噸當(dāng)量，但是可能受制于成本和技術(shù)的約束，短期內(nèi)還難以看到這些項(xiàng)目形成規(guī)模和發(fā)揮重大成效［32］。

我國在太陽輻射管理（SRM）的實(shí)踐領(lǐng)域目前還基本處于一片空白。但是，從技術(shù)可行性上看，太陽輻射管理方案中的平流層播撒氣溶膠技術(shù)具有很大潛力，而且也具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，國外在這一領(lǐng)域正在進(jìn)行各種層面的嘗試。從現(xiàn)實(shí)需求上看，我國當(dāng)前面臨著減貧脫困任務(wù)重、減排壓力大、減排成本高等挑戰(zhàn)，而我國的能源自然稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段卻又決定了高碳能源結(jié)構(gòu)將長期存在。從工程實(shí)施能力上看，我國從20世紀(jì)50年代就開始大規(guī)模組織開展人工影響天氣活動(dòng)， 目前已經(jīng)形成了比較完備的作業(yè)能力和組織體系。可能基于以上這些因素，現(xiàn)在外國學(xué)者普遍有一種擔(dān)心，即認(rèn)為中國最具有實(shí)施太陽輻射管理地球工程的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)和強(qiáng)大實(shí)力。這種情況下，更需要我國對(duì)地球工程的整體發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行審慎謀劃和積極應(yīng)對(duì)。但遺憾的是，目前國內(nèi)在地球工程治理問題上還十分缺乏來自官方的明確態(tài)度，既沒有相應(yīng)的政府高層來主導(dǎo)和組織相關(guān)工作，也對(duì)未來發(fā)展方向缺乏清晰的路線圖。這種狀況與國外對(duì)中國的強(qiáng)烈關(guān)注形成了強(qiáng)烈反差，必須盡快改變。

綜上所述，目前雖然還沒有到必須對(duì)是否實(shí)施地球工程做出決斷的階段，但是從積極的、建設(shè)性的氣候政策導(dǎo)向出發(fā)，我國應(yīng)考慮盡快將地球工程列入議事日程，至少要努力避免在地球工程問題上被國外主導(dǎo)，以及由于技術(shù)和政策儲(chǔ)備不足導(dǎo)致錯(cuò)失機(jī)遇、利益受損等情況出現(xiàn)。

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A Brief Review and Outlook of Geoengineering

Xin Yuan1，2
（1 Graduate School of Chinese Academy of Social Sciences， Beijing 102488 2 China Meteorological Administration of Development and Research Centre， Beijing 100081）

Geoengineering means human activities that change the earth's environments in plans and large scale to response to climate change and its infuence. This article reviews the background and the main research areas of geoengineering， involve scientific theories， plans of projects， risk assessment and the mechanism of ethical and international governance， and so on. Then we analyze the possibilities of geoengineering in the future based on the international actions， and fnally propose some suggestions about China's roles in the feld of geoengineering research.

geoengineering， review， outlook

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.04.004

2016年6月10日；

2016年7月4日

辛源（1983—），Email: xinyuanforever@163.com

資助信息： 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2015CB953603）