近年来,东亚地区特别是中国为改善空气质量实施了一系列严格的气溶胶排放限制措施,如减少二氧化硫(SO2)以及其前体气体的排放。这些努力有效降低了大气中含硫气溶胶的浓度,从而显著减少了气溶胶对太阳辐射的散射和反射作用,导致了被称为“气溶胶清理”现象的发生。虽然空气污染的减少带来了健康和生态方面的显著益处,但研究指出,这一过程可能无意中加剧了全球变暖的趋势。 科学家们通过多模式地球系统模型的大规模模拟,详细分析了东亚尤其是中国在2010年以后实现约75%硫排放减少对全球气候的影响。模拟结果表明,仅由东亚地区气溶胶排放的减少就引起了全球平均地表温度约0.07摄氏度的升高,这一数值虽看似微小,却足以对自2010年以来全球变暖速率的上升起到直接推动作用。该升温效应不仅限于东亚地区,持久和显著的温度升高也体现在北太平洋地区,甚至影响到北美洲和北极区域,展现出气溶胶气候效应的远程传输能力。
气溶胶具有显著的反照率,能够通过增加地球表面和云层反射太阳辐射,从而产生冷却效应。这种冷却作用部分掩盖了温室气体导致的变暖影响。东亚长时间以来是重要的气溶胶排放源,其排放的气溶胶对地球的气候系统起到了“遮蔽”作用。随着中国实施严格的减排政策,这一“遮蔽”效应逐渐减弱,温室气体驱动的变暖影响被“揭示”出来,因而全球变暖速率加快。从卫星观测数据可见,自2010年起,东亚地区气溶胶光学厚度显著下降,尤其是在中国境内,这与模拟结果高度吻合。 模型研究揭示,减少气溶胶排放不仅增加了地表接收的短波辐射(阳光),还导致了北太平洋地区低云的减少。
低云大量减少使得该地区反照率下降,进一步增强了局部的太阳辐射入射,进而推动了区域海表温度的升高。这一过程带来了复杂的反馈效应,潜在地影响了环太平洋区域的气候模式,包括风场和降水的分布,从而可能影响太平洋环流和北美的气候。 东亚气溶胶清理还被发现对地球的顶层大气(TOA)辐射平衡产生显著影响。研究显示,气溶胶减少使得地球系统每平方米接收的净辐射能量增加,表明地球正吸收更多的能量,推动气温变暖。具体表现为东亚及其向东的大西洋上空辐射吸收增强,特别是经由减少气溶胶对云的影响,导致短波反射显著下降。 观察数据中,东亚气溶胶清理与全球变暖加速存在显著的时间和空间对应关系。
1980年至2009年间,全球表面平均温度的升温速率约为0.18摄氏度每十年,而2010年至2023年期间的升温速率达到约0.25摄氏度每十年,这一明显的加速部分可归因于气溶胶减排引发的气候系统能量平衡变化。此外,北太平洋地区的海表温度升高也与气溶胶清理造成的辐射异常相吻合,进一步验证了模型的预估。 除了气溶胶减排,近年来大气甲烷(CH4)浓度的上升也被认为对全球变暖有一定贡献。然而,研究表明甲烷对最近十几年全球变暖加速的影响相对有限,其辐射强迫增量并未显著超越此前几十年的水平。相比之下,东亚气溶胶的清理在短时间内对气候系统的影响更为直接和明显。 国际海运业于2020年实施的硫排放限制导致全球船舶SO2排放大幅减少,这是另一个近期气溶胶排放变化源头。
尽管这项减排预计在全球范围内产生了0.05至0.1瓦每平方米的有效辐射强迫,但由于其时间较近,且排放量较东亚减少幅度较小,当前仍难明确其对全球气温的短期影响。但研究普遍认为其对未来气候趋势也可能产生一定影响。 东亚气溶胶清理的气候影响体现了清洁空气行动的复杂生态反馈。空气污染物排放的减少降低了其对太阳辐射的散射能力,从而减少了对温室气体变暖的“遮蔽”。这种变暖“解除掩盖”现象说明,空气质量的改善在带来健康效益的同时,也可能加剧短期的气候变暖,这一悖论为政策制定者带来了新的挑战。 未来,东亚地区的SO2排放预计仍将持续下降,但减排幅度可能趋缓。
据现有排放数据,预计到本世纪中叶,SO2排放将仅剩2010年水平的约25%。这意味着气溶胶清理对全球变暖速率的贡献增长可能会放缓。但由于气溶胶-云相互作用的非线性特征,短期内气溶胶的进一步减少仍可能引发显著气候反应。此外,如何准确预测区域和全球气溶胶排放对气候系统复杂反馈的综合效应仍是当前气候科学研究的重要课题。 总结来看,东亚气溶胶清理显著减少了大气中反射太阳辐射的气溶胶颗粒,减弱了气溶胶冷却效应,导致了全球及区域气温的加速升高。这一发现不仅揭示了人类活动对气候系统复杂而深远的影响,也强调了综合考虑空气质量和气候政策的重要性。
未来在推动空气污染治理的同时,如何协调应对全球气候变暖的目标,将是全球环境治理面临的重要挑战。通过科学研究不断深化对气溶胶气候作用的理解,将为制定更加科学合理的环境政策提供关键支持。