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利用黑碳气溶胶突破实施平流层地球工程的技术瓶颈

文章来源 :
2021-07-07 08:58

为了应对气候变暖,以诺贝尔化学奖获得者Paul Crutzen教授为代表的一大批大气化学科学家提出在平流层大气中人为地引入大量气溶胶,增加地球对短波辐射反照率的方法(即平流层地球工程)来减缓全球变暖,防止海冰融化和海表面上升,为全球性减排去碳争取时间。国际上平流层地球工程的数值模拟研究一般拟用飞机将百万吨级别的SO2气体运输至20公里处。但是,研发具备此负荷能力的飞机的技术瓶颈高,周期长,且飞机的运输成本随高度呈指数型增长。该技术瓶颈使得平流层地球工程的研究目前还停留在数值模拟理论计算上。

近期第二次青藏科考任务六“人类活动与生存环境安全”专题四“大气成分垂直结构及其气候影响”研究团队联合美国国家海洋大气管理局对上述技术瓶颈进行了探索,提出了一个趋近实用的平流层地球工程实施方案。2017年北美森林大火和2019年澳洲森林大火中的黑碳气溶胶可以有效加热空气,使得百万吨级别的野火烟尘迅速抬升到平流层中去。受此自然现象的启发,研究团队基于自主开发的气溶胶-气候数值模型,提出用少量黑碳作为助推剂,在现有普通客机能达到的高度(例如13公里处),通过黑碳气溶胶吸光加热空气,从而利用太阳能抬升大量SO2气体进入平流层(20公里)中(图1)。

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图1 不同地球工程实施方案下全球平流层硫的总量随时间的变化。在13.5公里引入黑碳的方案(本研究)与在20公里投放硫的方案(传统研究)的效果相当。

研究团队在青藏高原有着长达数十年的大气成分探空资料,发现并证实了青藏高原对近地面污染物的抽吸作用,即高原的烟囱效应。研究团队进一步认为青藏高原独特的气候地理环境将更有助于平流层地球工程的实施,并计划结合全球气候模型与大气垂直成分观测资料,探讨在高原实施地球工程的可行性和优势。

文章信息:Rushan Gao, Karen H. Rosenlof, Bernd Karcher, Simone Tilmes, Owen B. Toon, Christopher Maloney and Yu Pengfei (2021), Toward Practical Stratospheric Aerosol Albedo Modification - Black Carbon Assisted Lofting, Science Advances, 7, 20.

原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/7/20/eabe3416?rss=1