近年来,全球气候变暖趋势明显加速,引发了全球科学界与公众的高度关注。东亚作为世界上人口密度最大、工业化进程最快的区域之一,其空气污染治理措施日益严格,尤其是在中国采取了大规模减排硫酸盐气溶胶(SO2前体)排放的政策。最新的地球系统模型和观测研究表明,这一区域气溶胶排放大幅减少,不仅改善了当地空气质量,也在全球气候变暖进程中扮演了重要角色。本文将深入探讨东亚气溶胶清理对全球变暖加速的贡献,以及背后复杂的物理机制和环境影响。 气溶胶是大气中悬浮的固体或液体微粒,其来源多样,包括自然产生的尘埃和海盐,以及人为排放的硫酸盐、黑碳等化学物质。硫酸盐气溶胶尤其重要,因为它们能够散射太阳短波辐射,增强云层反射光的能力,从而降低地面接受的太阳辐射,起到全球变暖的“冷却剂”作用。
东亚地区工业化和能源消耗激增,使其成为全球最大的硫酸盐气溶胶和其他污染物排放源之一,因而对区域乃至全球气候有重要影响。 自2010年以来,中国等东亚国家实施了多项严格的空气质量治理政策,目标是显著减少硫氧化物和细颗粒物排放。根据最新发布的社区排放数据,这些努力导致东亚地区硫磺排放减少了约75%,每年减排大约20万吨二氧化硫。这一变化直接影响了大气中硫酸盐气溶胶的浓度,进而改变了区域乃至全球的辐射平衡。 基于区域气溶胶模式对比项目(RAMIP)中八个先进的地球系统模型的模拟结果,研究团队发现东亚气溶胶排放减少使全球年平均地表温度升高了约0.07摄氏度。这看似微小的变化却是自2010年以来全球变暖加速的主导驱动力之一。
在控制了内在气候变率因素后,2010年至2023年间全球气温上升速率由此前的每十年0.18摄氏度上升至0.25摄氏度,而这其中大约有一部分可以归因于气溶胶的减少。 同时,该气溶胶清理还造成了太平洋北部海域的明显增温,表现为大气顶层辐射失衡增加。研究显示,气溶胶减少降低了大气对太阳辐射的反射,促使更多的能量进入地球系统内,产生了明显的额外热收支,加速了海洋和大气的升温过程。这种现象与卫星观测到的辐射变化高度一致,进一步确认了气溶胶减少是当前气候变暖的重要催化剂。 地理分布上,气溶胶减少引发的升温在东亚大陆以及西北太平洋地区尤为显著,并波及北美西海岸以及北极地区。此类区域加热效应不仅改变了温度场,还对降水模式产生了影响。
模型显示,全球各地降水量普遍增加,表现为湿润度提高,特别是夏季的中国东部和太平洋风暴轨迹地区,水循环加强。这与气候变化引致的水汽含量增加和大气动力学调整相吻合。 尽管东亚大规模气溶胶排放清理取得了空气质量改善的显著成效,减少了酸雨及雾霾对人体健康和生态系统的威胁,但其对全球气候系统的副作用不可忽视。这暴露出环境治理政策在局部与全球尺度上存在的复杂权衡——减少气溶胶排放虽然有益于局域环境和公共卫生,但这也导致了全球变暖力量的“掩盖效应”被削弱,从而促使温室气体驱动的升温更为凸显。 此外,东亚气溶胶减少造成的云性质及覆盖变化,对全球辐射平衡也有深刻影响。气溶胶通过影响云滴数目和大小改变云反照率及寿命,这种“气溶胶-云”相互作用使辐射强迫具有高度区域依赖性和非线性反应。
研究还指出,在北太平洋的低云层区域,气溶胶减少明显降低了云的反射能力,放大了辐射入射,进一步推动了区域变暖。 当考虑其他同时期的气候驱动因素,如温室气体甲烷(CH4)的加速增长和国际海运业自2020年起的硫氧化物排放降低,这些因素均对近期全球变暖趋势产生了不同程度的影响。但相较于东亚气溶胶减少的直接影响,它们在时间尺度和强度上表现出明显区别。比如甲烷的辐射强迫虽然提升,但并未显著超过过去几十年的水平;而国际海运硫排放的减少则尚处于初期阶段,整体气候效应仍在评估之中。 未来展望来看,东亚国内的气溶胶排放预计将继续缓慢下降,但空间逐渐逼近平衡点,意味着这种“解冻效应”对全球变暖的贡献可能会逐渐减弱。与此同时,气溶胶与气温之间的非线性关系,尤其是气溶胶对云的复杂调整效应,仍是气候模型面临的重要不确定性源。
加强对这一领域的观测、提高模式分辨率及物理过程描述的准确性,将是未来气候科学发展的关键。 值得强调的是,本质上,气溶胶的清理带来的是复杂的多重效应——既是公共卫生和环境治理的巨大成功,又带来了全球气候响应的意外挑战。更全面、跨学科的研究与政策设计需同时兼顾空气质量改善与气候变化缓解之间的平衡,以实现可持续发展的气候治理目标。 总结而言,东亚尤其是中国自2010年以来的气溶胶大量减排在显著提升区域空气质量的同时,也通过改变地球的辐射能量平衡,加速了全球变暖进程。最新的大规模地球系统模型模拟结合卫星观测数据强力支持了这一结论。理解并应对这种“污染清理—全球变暖”之间意想不到的联系,对科学界、政策制定者以至全人类共同应对气候变革具有重要意义。
未来,如何在继续改善空气质量的基础上有效控制全球温室气体排放,成为全球气候治理的核心课题。