Marcia McNutt

Editor-in-Chief, Science Journals

氣候干預(yù)：對(duì)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(lái)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?cè)诟珊导竟?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(guò)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(lái)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(gè)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(duì)全球安全造成嚴(yán)重影響，它是我們這個(gè)時(shí)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(gè)重大挑戰(zhàn)，那么在其他問(wèn)題上也將取得重大進(jìn)展。

2.氣候干預(yù)

到目前為止，大多數(shù)應(yīng)對(duì)氣候變化影響的研究都聚焦于通過(guò)減少溫室氣體排放來(lái)減緩氣候變化，或者使人類(lèi)和自然系統(tǒng)適應(yīng)氣候變化所帶來(lái)的影響。近期，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院(NAS)召開(kāi)了一次委員會(huì)會(huì)議來(lái)尋求第三種解決方案，那就是氣候干預(yù)，也稱(chēng)之為地球工程[4,5]。

會(huì)議報(bào)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(duì)氣候變化的努力的重點(diǎn)應(yīng)該繼續(xù)放在減緩溫室氣體排放上，同時(shí)使人類(lèi)自身適應(yīng)氣候變化帶來(lái)的影響，因?yàn)檫@些方法目前已被較好地定義且量化風(fēng)險(xiǎn)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(jì)成本和意外后果潛在性等方面的問(wèn)題亟待解決。也就是說(shuō)，在未來(lái)， 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(xiǎn)低。二氧化碳清除可以采用自然方法，增強(qiáng)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(jìn)行 更多的研究來(lái)開(kāi)發(fā)可行、可擴(kuò)展、價(jià)格實(shí)惠的技術(shù)，特別是要降低能源和材料消耗。

這一類(lèi)氣候干預(yù)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，它能直接解決導(dǎo)致氣候變化的根本原因——大氣中過(guò)量的溫室氣體。然而，該方法的缺點(diǎn)是實(shí)施起來(lái)比較緩慢，并且難以衡量實(shí)際的解決效果。海洋鐵施肥(OIF)是一種可能會(huì)產(chǎn)生不利環(huán)境后果的二氧化碳清除方法。NAS委員會(huì)建議在確定OIF為一種有效或安全的策略之前應(yīng)該進(jìn)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(chǔ)存方法并行實(shí)施數(shù)千年。符合要求的、儲(chǔ)存量足夠大的可能場(chǎng)所是已枯竭的油氣儲(chǔ)層和鹽堿含水層。

需要進(jìn)行額外的研究來(lái)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(chǔ)層、監(jiān)測(cè)和泄漏檢測(cè)。如果能夠找到將捕集的氣體進(jìn)行工業(yè)再利用的方法，那么二氧化碳捕集的經(jīng)濟(jì)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(huì)深入考慮了兩種策略：部署平流層氣溶膠(具體來(lái)說(shuō)就是向平流層注入二氧化硫等氣溶膠前體，隨后通過(guò)一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣溶膠)和海洋云增白(通過(guò)在云底附近引入氣溶膠來(lái)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(jìn)行細(xì)節(jié)方面的研究，因?yàn)橐酝墓ぷ饕呀?jīng)表明，這些方法太昂貴而且可擴(kuò)展性較差。研究人員曾簡(jiǎn)單測(cè)試了經(jīng)修飾的卷云，但在這一點(diǎn)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(diǎn)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?cè)噲D用一個(gè)高度敏感的控制旋鈕去“調(diào)低”地球的溫度，但是這個(gè)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(xiǎn)。研究人員雖然對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)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(shí)施，直到其他自然或人為干預(yù)使二氧化碳濃度達(dá)到可接受程度。反照率修正在政治、社會(huì)、法律、經(jīng)濟(jì)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(huì)建議當(dāng)前不應(yīng)該大范圍實(shí)施可能改變氣候的反照率修正。

然而，在未來(lái)有可能出現(xiàn)這種情況，屆時(shí)社會(huì)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(duì)環(huán)境危機(jī)時(shí)，決策者需要知道采用反照率修正的風(fēng)險(xiǎn)是否比不采取任何措施的風(fēng)險(xiǎn)更大。另一種情況是，如果某方單邊/不對(duì)等地實(shí)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(shí)冷卻地球，為二氧化碳清除提供充足的時(shí)間以減少溫室氣體至安全水平。

基于這些原因，人們需要對(duì)反照率修正進(jìn)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(xiǎn)，研究策略的第一部分就是要提高全球檢測(cè)和測(cè)量輻射強(qiáng)迫變化以及與氣候相關(guān)變化的能力。目前的觀測(cè)性能缺乏足夠的能力來(lái)檢測(cè)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(chǎng)部署也將是有益的。在啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)工作之前，委員會(huì)建議啟動(dòng)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(lèi)型，以及需要此類(lèi)管理的研究類(lèi)型，這就需要考慮對(duì)輻射強(qiáng)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(duì)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(wèn)題是當(dāng)今時(shí)代所面臨的重大挑戰(zhàn)之一，有可能對(duì)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(lái)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(jìn)行必要的研究以提高技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，反照率修正可快速實(shí)施且相對(duì)便宜，然而就全球和區(qū)域性后果來(lái)說(shuō)，此類(lèi)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(duì)比研究

致謝

筆者對(duì)“地球工程氣候：技術(shù)評(píng)估和影響探討”項(xiàng)目委員會(huì)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.

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[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