辛源

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

?

地球工程的研究進展簡介與展望

辛源1，2

（1 中國社會科學院研究生院，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)對氣候變化及影響，人們采用的有計劃、大規(guī)模改變地球環(huán)境的行動。梳理了地球工程的背景、定義和當前地球工程研究涉及的主要領(lǐng)域，從地球工程的機理、工程方案、風險評估以及氣候倫理、國際治理等方面綜述了地球工程的研究進展。對地球工程在國際應(yīng)對氣候變化行動的大背景下的前景進行了分析，指出中國應(yīng)在地球工程研究領(lǐng)域中承擔起應(yīng)有角色。

地球工程，進展，展望

0　引言

“地球工程”（geoengineering）是近幾年來國際學術(shù)界在應(yīng)對氣候變化研究領(lǐng)域的新興話題。地球工程概念出現(xiàn)以后，在社會上引起了廣泛爭論。這些爭論中有些是學術(shù)領(lǐng)域的討論，還有不少主觀臆測。地球工程不是科幻，也不是馬上付諸實施的“高大上”的工程。之所以出現(xiàn)各種爭論，可能在于很多人對地球工程的概念、熱點、實踐等缺乏系統(tǒng)了解?；诖?，本文對當前國內(nèi)外地球工程的研究進展情況進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世紀人類面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一。IPCC第五次氣候變化評估報告［1］指出：氣候系統(tǒng)變暖毋庸置疑，人類活動對氣候系統(tǒng)變化影響明顯，未來溫室氣體繼續(xù)排放將導致全球氣候系統(tǒng)進一步變暖，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)對氣候變化的“A計劃”（Plan A），在實現(xiàn)2100年升溫2℃以內(nèi)的目標上不容樂觀。為了抑制全球暖化趨勢，近年來一些科學家提議以地球工程手段人工為地球降溫，作為應(yīng)對氣候變化的“B計劃”（Plan B）。在定位上，地球工程是應(yīng)對氣候變化“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)對全球氣候變化，自20世紀90年代啟動國際氣候談判進程以來，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重；2）迄今為止，世界范圍內(nèi)基本沒有一個國家接近減緩目標，而且還在緊緊跟隨著IPCC 預(yù)計的最高排放軌道；3）既定的減緩目標也僅僅是“看上去很美”，因為IPCC預(yù)設(shè)未來單位GDP的碳排放量會降低，但實際上并非如此；4）減緩行為可能會在短期內(nèi)加劇變暖趨勢，因為二氧化碳排放量的降低會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間；6）地球工程在經(jīng)濟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的持續(xù)關(guān)注，尤其是2009年英國皇家學會（The Royal Society）發(fā)布《地球工程：科學、治理與不確定性》報告［4］，引起很大反響，進一步激發(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第五次氣候變化評估報告將地球工程定義為：所有旨在改變氣候系統(tǒng)以應(yīng)對氣候變化的方法。英國皇家學會將地球工程定義為：為了應(yīng)對氣候變化及其影響，人類對地球氣候環(huán)境和氣候采取的有計劃、大規(guī)模的人工技術(shù)與方法［4］。因為地球工程專指人們?yōu)閼?yīng)對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者和團體傾向于將地球工程也稱為氣候工程（climate engineering），如2015年美國國家科學學院就持此定義［5］。

我國也有一些學者對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、地熱利用、工業(yè)生產(chǎn)過程等均不在地球工程之列。胡國權(quán)等［7］認為，地球工程是指人為對地球系統(tǒng)的物理、化學或生物特質(zhì)反應(yīng)過程進行干預(yù)來應(yīng)對氣候變化，減少并有效管理氣候變化帶來的風險的工程項目。

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，即指“為了應(yīng)對氣候變化及影響，人們采取的有計劃、大規(guī)模改變地球環(huán)境的行動”。

2　地球工程研究的主要領(lǐng)域及進展

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世紀六七十年代。早在1965年，美國總統(tǒng)科學顧問委員會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抗氣候變化［8］。“地球工程”一詞最早出現(xiàn)在文獻中是1977年Marchetti的研究報告［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機理、工程方案、風險評估以及氣候倫理、國際治理等多個領(lǐng)域。

2.1地球工程的原理與方案

目前，國際共識的地球工程方案（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地表的太陽輻射來達到降溫目的。

圖1　地球工程方案與機理示意圖［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第五次評估第三工作組報告中也得到了采用。

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。很多國家先后實施了一批大規(guī)模人工造林工程。不過，有必要把人類主導的林業(yè)生態(tài)恢復(fù)與地球工程區(qū)分開來。如我國的“三北防護林”計劃、“長江流域自然保護區(qū)”計劃等有相當程度應(yīng)當屬于生態(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、主動改變原有地球環(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，并進行地殼深埋封存，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固態(tài)儲存。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)，加速有機碳深海傳輸和海洋對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、成本相對較低，被認為是目前最經(jīng)濟可行、最容易實現(xiàn)的地球工程手段。

2.2地球工程的風險與評估

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

2.2.1對CDR方案風險的研究

對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，一方面有助于增強陸地碳匯，另一方面也會改變陸地的地表性質(zhì)，比如改變地表的反照率和粗糙度，進而可能影響氣候。

對于巖石圈封存技術(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)濟性與可行性的可信研究，其有效性主要取決于應(yīng)對氣候變化目標的緊急程度、相對于其他減緩措施的經(jīng)濟性以及相關(guān)技術(shù)的適用范圍。

對于海洋碳封存方案，一些模擬研究發(fā)現(xiàn)，向海洋施鐵肥對大氣二氧化碳濃度降低的作用有限，可能會導致深海海洋酸化、海洋生態(tài)破壞等一系列的負面影響，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，但是對這些技術(shù)方案目前還缺少深入探索，同時潛在的費用也很高。

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

從CDR方案的綜合效果來看，在嚴格減排情景下，特別是在減排目標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施CDR相關(guān)的環(huán)境和社會風險。

2.2.2對SRM風險的研究

目前，地球工程方案中爭議最大的還是SRM方案。CDR由于在機理和技術(shù)上與傳統(tǒng)應(yīng)對氣候變化的減緩?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SRM的爭議和質(zhì)疑主要原因有三：一是機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險，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破壞亞洲和非洲的季風系統(tǒng)，可能降低季風活動強度、加劇干旱地區(qū)的水資源枯竭等［16］；三是時間尺度上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)可能會非常明顯。IPCC第五次評估報告［17］甚至指出，SRM關(guān)于太陽輻射的管理與溫室氣體（GHGs）對太陽輻射的改變在作用機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)濟性的研究結(jié)果也是復(fù)雜多樣。SRM的直接費用相比傳統(tǒng)減緩手段可能相對便宜，但是其引起的潛在風險卻難以準確估量。目前只有很少的研究定量評估了SRM的效果，但這些評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，而這些實際上是判斷SRM有效性的關(guān)鍵指標。

2.2.3地球工程綜合風險評判

地球工程能否從實驗室的數(shù)據(jù)模擬最終走向現(xiàn)實，關(guān)鍵取決于地球工程對經(jīng)濟社會以及生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響結(jié)果評判，這更是一個復(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)境的機理和風險評估研究方面，當前國際學術(shù)界通過大量的風險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劃”（GeoMIP）。不過，大部分模擬研究都集中在模擬地球工程對某幾個氣候要素（如溫度、降水等）的影響，而對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。

在地球工程對經(jīng)濟社會系統(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)域中負面結(jié)論比較集中的情況相反，地球工程經(jīng)濟社會影響研究有不少支持性結(jié)論。有研究［18］認為，地球工程會對全球糧食生產(chǎn)產(chǎn)生潛在影響，在保持當前化石燃料消耗不變的情景，地球工程會使全球大部分地區(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險，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)濟模型，說明地球工程相對于傳統(tǒng)的減緩措施的經(jīng)濟優(yōu)勢，認為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)。當然，也有很多研究指出，地球工程可能會降低人類溫室氣體減排的動機與壓力，導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)濟社會影響研究方面，大多數(shù)還是一些概念和觀點的討論，缺少系統(tǒng)科學的定量研究。

2.3地球工程的倫理與治理

由于地球工程不確定性和風險的存在，使不同人群對地球工程的態(tài)度也各不相同。有研究［20］認為地球工程實際上向人類展示了一幅“用風險抵御風險的圖景”（risk-risk scenario）。由于風險和爭議的存在，引發(fā)了對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)文獻主要從代內(nèi)和代際公平兩個角度來考慮相關(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。不同國家和群體對地球工程結(jié)果的承受能力因人口密度、經(jīng)濟發(fā)展水平、生態(tài)韌性、社會系統(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地球工程的認識與態(tài)度。2010年，學者Barrett［21］總結(jié)了地球工程的四種決策態(tài)度：1）絕對禁止；2）將地球工程視為應(yīng)對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)贏得時間；4）嚴格限制地球工程的實施，只有在遭遇“突然和災(zāi)害性”的氣候事件時方可啟動。大多數(shù)人認可第三和第四兩種決策態(tài)度，即將地球工程視為應(yīng)對氣候變化中減緩和適應(yīng)的一種“保險”手段，其試驗和實施應(yīng)遵循現(xiàn)有應(yīng)對氣候變化國際治理框架和原則，杜絕一國單獨行動，只有在所有國家和利益相關(guān)者達成一致決定時才可以實施地球工程。

2.3.2關(guān)于地球工程治理規(guī)則的爭論

學者們從不同立場和角度出發(fā)，對地球工程治理規(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］針對單邊國家行動、 單邊個人行動、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、治理主體、決策程序、倫理和法律政策等。Parson等［24］認為，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)研究和可能的行動公開化，增加透明度，并且任何實施行為都要協(xié)商一致。

2013年英國牛津大學的學者提出了地球工程國際治理的五項原則，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）對影響進行獨立評估；5）在實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，強調(diào)了在地球工程研究、實施、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)對氣候變化框架下的國際組織）承擔起了組織、協(xié)調(diào)以及“評定”地球工程相關(guān)研究與成果的重要角色。

對于CDR方案，早在2000年，IPCC就針對土地利用與林業(yè)撰寫了特別報告［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)濟問題。在碳的捕獲與埋存技術(shù)應(yīng)用方面，IPCC第三次評估報告對其相關(guān)技術(shù)做了減緩技術(shù)和社會經(jīng)濟方面綜合評估，認可其作為具有巨大潛力的減緩手段［26］。隨后 IPCC又專門立項，經(jīng)過數(shù)百名科學家近三年的綜合評估，于2005年形成了《碳捕獲與埋存特別報告》［27］，提交給各國政府參考。對于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和減緩含義進行了聯(lián)合評估，但并非作為一種減排的工程手段進行推薦［28］。2000年，IPCC第三工作組完成的排放情景特別報告［29］，就人為排放到大氣的 SO2和氣溶膠的降溫效應(yīng)進行了討論。IPCC第五次氣候變化科學評估報告第三工作組報告專設(shè)章節(jié)，對地球工程的有效性、成本、風險等方面的國際權(quán)威、最新研究進展進行了評估，雖然最后沒有給出一個確定性的結(jié)論，但總體認為現(xiàn)有的關(guān)于地球工程的知識非常有限，有待進一步研究。

國際《生物多樣性公約》直接表明態(tài)度，明確在當前情況下禁止開展地球工程活動。在《生物多樣性公約》第十次（2010·COP-10）、第十一次（2012·COP-11）締約方大會上， 地球工程成為各締約方爭論的焦點之一。COP-10最終通過決定， 要求在用適當?shù)目茖W方法對地球工程的社會、經(jīng)濟及文化影響進行評價前，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。COP-11最終通過了關(guān)于地球工程的第20號決定，該決定重申禁止開展對生物多樣性有潛在影響的大規(guī)模地球工程，認為人們目前對地球工程的影響缺乏了解，所以應(yīng)采取預(yù)先防范原則，對具有跨境影響的地球工程活動展開監(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）締約方大會上，非政府組織提出人工降雨等人工影響天氣活動也應(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反對聲中地球工程逐步付諸實踐

由于擔心一些國家具有單獨實施地球工程的動機和能力，出于國際治理機制公平的考慮，總體上目前國際上對地球工程的態(tài)度是抵制的，特別是非政府組織（NGO）和一些學術(shù)團體的抵制比較強烈。這種背景下，歐美國家目前還沒有大規(guī)模實施地球工程的案例，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活動，美國、英國、挪威近幾年陸續(xù)曝出一些私人公司或研究機構(gòu)在開展相關(guān)行動。1996年，由挪威國家石油公司運營了世界上首個將海水深層二氧化碳封存商業(yè)項目，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。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，用來促進浮游植物的生長等。

未來，人類社會將進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評估報告第一工作組的核心評估結(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”上達成的《巴黎協(xié)定》指出，要致力于實現(xiàn)2100年全球升溫2℃以內(nèi)的目標，并努力尋求將氣溫升幅限制在1.5℃。要實現(xiàn)這一情景，一方面必須盡早實現(xiàn)全球溫室氣體排放峰值，另一方面要實現(xiàn)2050年全球排放在2010年基礎(chǔ)上減少40%～70%，隨后實現(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的差異性，國際氣候行動的前景很難令人樂觀，這也會進一步加劇國際社會對地球工程問題的關(guān)注和研究。而且，目前尚未有任何一個國際條約對單一國家或?qū)嶓w組織開展氣候工程（SRM）進行過明確規(guī)范［31］。2016年4月，美國參議院撥款委員會呼吁加強對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財年資助美國能源部、陸軍工程兵團及其他機構(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)承擔起應(yīng)有角色

我國學者關(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隊建設(shè)和研究成果上進展較快，在一些領(lǐng)域呈現(xiàn)出迎頭趕上的趨勢。如，北京師范大學John Moore教授領(lǐng)導的研究團隊加入了國際“地球工程模型間比較計劃”（GeoMIP）；中國社會科學院城市發(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)濟社會影響的一支重要力量。此外，中國科學院、浙江大學、中國氣象局等也有一些學者從各種角度關(guān)注地球工程研究。2015年6月，我國啟動了第一個地球工程973項目，計劃對地球工程的科學機理、經(jīng)濟社會影響和國際治理等問題進行系統(tǒng)研究。

在地球工程實踐領(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）等示范項目，取得了較大進步，已成功開展了工業(yè)級的項目運作。目前全國已運行的CCS、CCUS示范項目總減排規(guī)模達到了每年幾十萬噸當量，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，而且也具有較強的經(jīng)濟性優(yōu)勢，國外在這一領(lǐng)域正在進行各種層面的嘗試。從現(xiàn)實需求上看，我國當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。從工程實施能力上看，我國從20世紀50年代就開始大規(guī)模組織開展人工影響天氣活動， 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)在外國學者普遍有一種擔心，即認為中國最具有實施太陽輻射管理地球工程的強烈動機和強大實力。這種情況下，更需要我國對地球工程的整體發(fā)展進程進行審慎謀劃和積極應(yīng)對。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)的政府高層來主導和組織相關(guān)工作，也對未來發(fā)展方向缺乏清晰的路線圖。這種狀況與國外對中國的強烈關(guān)注形成了強烈反差，必須盡快改變。

綜上所述，目前雖然還沒有到必須對是否實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，以及由于技術(shù)和政策儲備不足導致錯失機遇、利益受損等情況出現(xiàn)。

［1］IPCC. Climate Change 2014： Impacts， Adaptation， and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge： Cambridge Univ Press， 2014.

［2］Rayner S， Heyward C， Kruger T， et al. The Oxford principles. Climatic Change， 2013， 121： 499-512.

［3］Crutzen P. Albedo enhancement by stratospheric sulfur injections： a contribution to resolve a policy dilemma？ Climatic Change， 2006， 77： 211-219.

［4］Shepherd J， et al. Geoengineering the climate： Science， governance and uncertainty. London： Royal Society， 2009.

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

［6］潘家華.“地球工程”作為減緩氣候變化手段的幾個關(guān)鍵問題.中國人口·資源與環(huán)境， 2012， 22（5）： 22-23.

［7］胡國權(quán)等. 地球工程. // 王偉光， 鄭國光， 等. 應(yīng)對氣候變化報告（2011）. 北京： 社會科學文獻出版社， 2011.

［8］翁維力. 地球工程研究綜述. // 王偉光， 鄭國光， 等. 應(yīng)對氣候變化報告（2015）. 北京： 社會科學文獻出版社， 2015.

［9］Maechetti C. On geoengineering and the CO2problem. Climatic Change， 1977， 1： 59-68.

［10］Recap and Commentary： National Academy of Sciences Report on Carbon Removal. 2015. https：//carbonremoval.wordpress.com/tag/why-cdr/.

［11］Ornstein L， Aleinov I， Rind D. Irrigated afforestation of the Sahara and Australian Outback to end global warming. Climatic Change，2009， 97： 409-437.

［12］Matter J M， Broecker W， Stute M， et al. Permanent carbon dioxide storage into basalt： the CarbFix pilot project. Iceland. Energy Procedia， 2009， 1： 3641-3646.

［13］Lovelock J E， Rapley C G. Ocean pipes could help the Earth to cure itself. Nature， 2007， 449：403-403.

［14］Keith D W. Geoengineering. Nature， 2001： 409.

［15］王偉光， 鄭國光， 潘家華， 等. 應(yīng)對氣候變化報告. 北京： 社會科學文獻出版社， 2014.

［16］Robock A， Oman L， Stenchikov G L. Regional climate responses to geoengineering with tropical and Arctic SO2injections. J Geophys Res， 2008， 113： D16101.

［17］IPCC. Climate Change 2014： Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge， UK： Cambridge Univ Press， 2014.

［18］Pongratz J， Reick C， Raddatz T， et al. Past land use decisions have increased mitigation potential of reforestation， Geophys Res Lett， 2011，38： L15701.

［19］MacMartin D G， Keith D W， Kravitz B， et al. Management of trade-offs in geoengineering through optimal choice of non-uniform radiative forcing. Nature Climate Change， 2012， 3： 365-368.

［20］Parker A. Governing solar geoengineering research as it leaves the laboratory. Philosophical Transactions of the Royal Society A，2014， 372： 20140173.

［21］Barrett S. Geoengineering's Governance， Written Statement prepared for the U.S. House of Representatives Committee on Science and Technology Hearing on ‘Geoengineering III：Domestic and International Research Governance'. 2010. http：// archives.democrats.science.house.gov/Media/file/Commdocs/ hearings/2010/Full/18mar/Barrett_Testimony.pdf.

［22］Humphreys D. Smoke and mirrors： some reflections on the science and politics of geoengineering. J Environ Develop， 2011， 20： 99-120.

［23］Scott D. Philosophy of Technology and Geoengineering （Working Paper）. 2013. https：//geoengineeringourclimate.com/2013/04/23/ philosophy-of-technology-and-geoengineering-working-paper-2/.

［24］Parson E， Keith D. End the deadlock on governance of geoengineering research. Science， 2013， 339： 1278-1279.

［25］IPCC. Special Report on Land-use， Land-use Change and Forestry. Cambridge： Cambridge University Press， 2000.

［26］IPCC. Climate Change 2001： Mitigation. Working Group ⅢContribution to 3rd Assessment Report. Cambridge： Cambridge University Press， 2001.

［27］IPCC. Special Report on Carbon Capture and Storage. Cambridge： Cambridge University Press， 2005.

［28］IPCC. Special Report on Aviation Cambridge： Cambridge University Press， 1999.

［29］IPCC. Special Report on Emission Scenarios. Cambridge：Cambridge University Press， 2000.

［30］銀森錄， 李俊生， 吳曉莆， 等. 地球工程開展現(xiàn)狀及其對生物多樣性的影響.生物多樣性， 2013， 21（3）： 379-380.

［31］Parson， Edward A， Ernst L N. International governance of climate engineering. Teoretical Inquiries in Law， 2013， 14： 307-338.

［32］第三次氣候變化國家評估報告編寫委員會. 第三次氣候變化國家評估報告.北京： 科學出版社， 2015.

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： 國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目（2015CB953603）