利用黑碳氣溶膠突破實施平流層地球工程的技術瓶頸
為了應對氣候變暖，以諾貝爾化學獎獲得者Paul Crutzen教授為代表的一大批大氣化學科學家提出在平流層大氣中人為地引入大量氣溶膠，增加地球對短波輻射反照率的方法（即平流層地球工程）來減緩全球變暖，防止海冰融化和海表面上升，為全球性減排去碳爭取時間。國際上平流層地球工程的數值模擬研究一般擬用飛機將百萬噸級別的SO2氣體運輸至20公里處。但是，研發具備此負荷能力的飛機的技術瓶頸高，周期長，且飛機的運輸成本隨高度呈指數型增長。該技術瓶頸使得平流層地球工程的研究目前還停留在數值模擬理論計算上。
近期第二次青藏科考任務六“人類活動與生存環境安全”專題四“大氣成分垂直結構及其氣候影響”研究團隊聯合美國國家海洋大氣管理局對上述技術瓶頸進行了探索，提出了一個趨近實用的平流層地球工程實施方案。2017年北美森林大火和2019年澳洲森林大火中的黑碳氣溶膠可以有效加熱空氣，使得百萬噸級別的野火煙塵迅速抬升到平流層中去。受此自然現象的啟發，研究團隊基于自主開發的氣溶膠-氣候數值模型，提出用少量黑碳作為助推劑，在現有普通客機能達到的高度（例如13公里處），通過黑碳氣溶膠吸光加熱空氣，從而利用太陽能抬升大量SO2氣體進入平流層（20公里）中（圖1）。
圖1 不同地球工程實施方案下全球平流層硫的總量隨時間的變化。在13.5公里引入黑碳的方案（本研究）與在20公里投放硫的方案（傳統研究）的效果相當。
研究團隊在青藏高原有著長達數十年的大氣成分探空資料，發現并證實了青藏高原對近地面污染物的抽吸作用，即高原的煙囪效應。研究團隊進一步認為青藏高原獨特的氣候地理環境將更有助于平流層地球工程的實施，并計劃結合全球氣候模型與大氣垂直成分觀測資料，探討在高原實施地球工程的可行性和優勢。
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.
原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/20/eabe3416?rss=1