理解全球气候治理背景下的“地球工程”

作者：孔锋，中国农业大学人文与发展学院，副教授，主要从事灾害风险评价与气候治理研究

温室气体导致的全球气候变暖已经成为当前世界各国面临的严峻挑战之一。在此背景下，“地球工程”作为应对全球气候变暖而提出的一种最直接的人为治理气候的手段，在国际气候谈判中被越来越多的提及和关注。目前社会各界对“地球工程”的认识，还处于模糊状态。

什么是地球工程？

“地球工程”（Geoengineering）也被称为气候工程，是指为了应对全球气候变化及其影响，人类根据认知水平和相应能力，从工程和技术手段在较大尺度范围对气候状况加以调节或修正的各种努力和行为。“地球工程”概念由英国皇家学会2009年首先提出，之前经历了10多年的发展孕育过程。荷兰大气化学家保罗•约瑟夫•克鲁岑(Paul Jozef Crutzen)，由于证明了氮的氧化物会加速“大气平流层中保护地球不受太阳紫外线辐射的臭氧”的分解，而获得1995年诺贝尔化学奖。在此基础上，克鲁岑引入了“人类世”（Anthropocene）的概念，即地球环境越来越受到人类活动影响的一个新的地质时期，并据此提出在全球变暖背景下，在大气平流层注入气溶胶以应对全球气候变暖的设想。由此开启了进入21世纪来地球工程应对全球气候变化的大争论。随着全球气候变暖持续，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2011年第一次召开了以“地球工程”为主题的会议，同时IPCC第四次和第五次评估报告中也开始不断关注地球工程的内容，并探讨地球工程在气候变化应对中的技术和治理问题。

“地球工程”的两种主要类型

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）将地球工程分为两种类型。第一种类型是碳移除地球工程（Carbon Dioxide Removal，CDR），其主要原理和路径是通过植树造林增加全球生物圈碳汇、土壤固碳、生物质碳捕获、土地利用管理、岩石圈和海洋碳封存等各种碳捕获、封存和转化技术，来降低大气中的温室气体浓度。第二种类型是太阳辐射管理地球工程（Solar Radiation Management，SRM），则是通过影响进入到大气层的太阳辐射，为地球“直接降温”。其主要原理和路径是通过增加反照率，把一些太阳光散射回太空，从而减少地球吸收的短波辐射，降低地球变暖的速率。例如在大气层中的平流层人为注入气溶胶、亮化增白大气中的云层、屋顶刷白、沙漠绿化、在地球大气层中设置太空反射镜等。相比太阳辐射管理地球工程而言，碳移除地球工程可以直接减少大气中的温室气体含量，在机理和技术上与当前传统减缓途径有很多共性的地方。

“地球工程”研究中的争论

早前欧美一些国家已率先开展了地球工程的一些相关研究，但由于地球工程措施过于激进，因此，科学界对地球工程的“副作用”存在很多争议。例如太阳辐射管理地球工程会破坏区域天气气候模式和季风系统，这对依赖可预测的季节周期来完成农业等任务的部门来说是一个棘手的问题。例如已有研究表明如果从2020-2070年间每年在赤道上空喷洒500万吨二氧化硫，南北半球会均匀地蒙上一层硫酸云，使地球气温下降约１℃。如果这项工程实施后骤然停止，气温会以实施之前10倍的速度回升，带来的环境变化将使很多生物难以适应。例如在温带草原和森林地带，气温与降雨量分布的严重不协调会使生物无所适从。。同时地球工程的实施可能导致热带太平洋水温升高，产生厄尔尼诺现象，给南美洲带来旱灾。目前研究还发现，迅速开始地球工程也可能有副作用目前太阳辐射管理地球工程的讨论和研究较多的集中在伦理分析和政策研究上。例如社会和人文学科中较多的关注地球工程在法律、经济、地缘政治、伦理和社会等方面的挑战。目前关于地球工程的定量影响研究较少，尤其是地球工程对社会经济的影响。

应对全球气候变暖的最后救命稻草——“地球工程”

2015年12月12日在巴黎气候变化大会上通过了《巴黎协定》，并确立了温控目标，即“把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力”。目前全球地表平均气温已经大约上升了0.85摄氏度，这一形势下，要达到《巴黎协定》所确定的温控目标挑战十分严峻。虽然地球工程是一个非常有争议的领域，但是没有任何证据可以表明近十年间对地球工程的研究削减了国际社会任何减排或适应气候变化的努力。科学界对于“地球工程是一种研究禁忌”的看法开始逐渐转变。目前国际上主要的研究机构都开始参与到地球工程的研究中来，并发展出相互合作的研究计划，以从理论上深化地球工程在应对全球气候变化中的作用和可能的影响。近十年的地球工程研究虽然取得一些进展，但地球工程的研究还是相对薄弱，还未得到地球系统多模式集合的验证，且实施效果具有高度不确定性，可能带来高风险。这一系列的问题还没有统一科学的答案，因此，目前的认识还不能支持未来能否实施地球工程的决策。如果全球气候变暖不能得到有效控制，一旦变暖超过4摄氏度，气候系统将会逼近气候变暖不可逆的“临界点”，在这种情况下，太阳辐射管理地球工程将会成为短时间、低成本和应急的地球有效降温的“最后一剂猛药”。

我国开展“地球工程”的研究项目和相关进展

根据孔锋等前期的研究成果，发现在当前地球工程模式比较计划（The Geoengineering Model Intercomparison Project，Geo MIP）模式设定的地球工程实施当量下，大气物理环境的“自我恢复能力”依然能够占据主导地位。地球工程对气候产生的人为扰动随着时间的推移逐渐被“抹平”确保地球工程实施结束后原有的气候格局不被根本性改变。这一结论不仅佐证了1999年IPCC 关于航空器尾气对气候变化影响的评估结论，而且也支持了2014年IPCC第五次气候变化评估报告第三工作组关于太阳辐射管理(SRM)地球工程的评估结论，即SRM地球工程虽然具有风险性、不确定性、可逆性，进而意味着SRM地球工程的影响具有可逆性、局部可控性、有效性等特点。

2015年，我国启动了关于“地球工程”的第一个为期五年的国家重大科学研究计划“地球工程的综合影响评价和国际治理研究”（项目编号：2015CB953603），研究内容包括地球工程作用机理研究及方案设计；地球工程影响气候系统及减缓气候变化的模拟分析研究；地球工程的综合影响评估和国际治理架构。该项目的设立将有助于推动我国在“地球工程”研究领域的理论水平和科学认识。