一种扭转全球变暖的鸡尾酒地球工程方法

全球变暖-全球温度的持续上升-归因于大气中二氧化碳浓度的迅速增加。因此，与全球变暖和随之而来的气候变化作斗争的尝试主要目的是稳定并降低大气中的二氧化碳浓度。即使在最好的情况下，这些策略也可能只会在至少四到五十年后的长期内开始产生结果。与此同时，预计气温将继续上升。

长期以来，科学家一直在尝试寻找替代策略，以在更直接的时间范围内控制温度的升高。经常提出行星规模的地球工程解决方案。已经探索了很长时间的想法之一是将人造反射器 (巨型反射镜或非常小的反射粒子) 放置在外层空间中，从而可以反射入射到地球表面的太阳辐射的一部分。通过阻挡一部分太阳光线，可以降低地球上的温度。向平流层注入非常细的固体颗粒硫酸盐气溶胶是实现这一目标的最广泛讨论的想法之一。硫酸盐气溶胶颗粒是非常好的太阳光反射器，并且已经通过各种气候模型表明，即使当前入射的太阳辐射的1% 被反射回太空，地球上非常显著的温度升高也可以被抵消。

另一种立即冷却地球的方法是减少在距地球表面约10千米的高度形成的高空云的数量。这些云称为卷云，主要由冰晶组成。就像大气中的二氧化碳一样，这些云也具有温室性质。它们让太阳辐射通过并到达表面，但捕获了从地球发出的更高波长的红外辐射，从而有助于加热。如果通过一些工程干预减少了这些云，它也将允许来自地球的红外辐射进入太空，从而允许一些热量消散，从而冷却地球。

多年来的几项研究已经评估了使用气候模型的地球工程解决方案的可行性和可能的影响。使用这些模型的计算机模拟表明，这两种方法都可以实现预期的温度下降。

然而，两者也都有一个固有的问题。在他们的模拟中，当大气中的二氧化碳浓度为百万分之280时，科学家们一直试图达到全球温度和降雨量的工业化前水平。这两种方法中的任何一种的问题在于，当通过模拟达到工业前温度时，与在280 ppm二氧化碳浓度下的预期相比，在那些条件下的沉淀水平是很大的。

在气溶胶注入方法中，温度每度变化的降水变化量大于二氧化碳浓度产生的量，而如果使用卷云还原方法，则较小。

在任何一种情况下，都存在不平衡，科学家们到目前为止还没有成功地通过使用两个模拟的地球工程模型中的任何一个将温度和降水同时恢复到工业化前的水平。

最近，我们第一次通过将两种方法结合在一起成功地实现了这种同时平衡。在我们的计算机模拟中，我们研究了平流层上部硫酸盐气溶胶注入的影响以及卷云变薄的影响。通过仔细的校准，我们已经能够通过这些地球工程模型恢复工业前的温度和降水水平。在我们的研究中，大约75% 的地球表面冷却是通过硫酸盐气溶胶注入实现的，其余的则是通过云层变薄实现的。

我们的结果最近发表在《地球物理研究快报》上，这是美国地球物理联合会出版的同行评审期刊。这项研究是由一组国际科学家进行的。合作团队包括美国卡内基科学研究所的Ken Caldeira，以及中国浙江大学的Long Cao和Lei Duan。

重要的是要注意，地理工程解决方案距离应用还有一段距离，并且对部署此类方法的需求提出了科学意见。地球工程是一个有争议的想法，许多人反对它，因为它不仅涉及科学，而且涉及伦理和道德问题。与应对气候变化的传统方法不同，地球工程解决方案无助于降低大气中二氧化碳的浓度，这是全球变暖的主要原因。包括我在内的许多气候科学家都不赞成实施地球工程，但继续对其进行科学研究很重要，因为解决气候危机的所有选择都应摆在桌面上。我们的首要重点应该是二氧化碳减排。