随着全球气候变化问题日益严峻,人们对各种人为因素对气候系统的影响展开了广泛研究。气溶胶,作为大气中悬浮的固体或液体微粒,因其对太阳辐射的散射和吸收作用,长期以来被认为在调节地球气温和气候平衡中扮演着关键角色。特别是在工业化快速发展的东亚地区,气溶胶排放量巨大,极大影响了区域乃至全球的气候环境。近期随着空气质量政策的实施,东亚主动减少硫酸盐等冷却性气溶胶的排放,尽管显著改善了空气质量,却引发了全球变暖速度的意外加速。深入理解这一现象,既有助于评估环境治理的多维效益,也为气候政策制定提供重要参考。过去几十年中,工业化国家包括美国和欧洲逐步减少了气溶胶排放,导致全球气溶胶分布重心东移至中国和印度。
以中国为代表的东亚国家,自2010年以来全面推行大气污染治理措施,特别是对二氧化硫(SO2)排放的严格限制,使得硫酸盐气溶胶排放量下降约75%。硫酸盐气溶胶是目前全球范围内主要的能通过反射短波辐射冷却地表的气溶胶类型。根据卫星观测和地面监测数据显示,从2010至2023年,东亚大气中气溶胶光学厚度(AOD)显著降低,与同期约20 Tg/年的SO2排放量减少高度一致。为了科学量化东亚气溶胶清理对气候的影响,科学家们利用八个先进的地球系统模型开展了区域气溶胶排放变化模拟。这些模拟基于CMIP6时代的最新数据,通过大型多成员集群方法,大幅减少了内在气候变率的干扰,提高了结果的可信度。模拟结果显示,东亚地区二氧化硫排放减少引起的气溶胶量下降,显著减弱了大气对太阳短波辐射的散射作用,导致地表接受的入射短波辐射增加。
全球年均温度因此出现0.07 ± 0.05 °C的升高,完全足以成为2010年以来全球变暖速率加快的主要驱动力之一。空间分布上,温度升高最显著的地区集中在东亚本土及其沿岸,以及北太平洋广阔水域,特别是在夏季和冬季均有明显表现。冬季更有冬季北美和北极区域温度升高的明显信号,进一步体现了气溶胶排放变化的远程影响。降水模式同样受到影响,呈现全球范围内小幅增加的湿润趋势,特别是在东亚海岸地区和北太平洋风暴带附近。生物地球化学循环和水循环均将因这些变化而调整,可能对区域生态系统产生深远影响。值得关注的是,观测数据中的太空顶辐射平衡(TOA)也显示出与模拟相符的变化迹象。
南海和北太平洋上空的TOA辐射不平衡增强,表示地球系统整体吸收到了更多的辐射能量,推动了地球的热含量增加。这一辐射平衡变化体现了气溶胶直接及通过云影响的间接效应。尤其是东亚以东的北太平洋上空常年存在的低云层,作为气溶胶与云相互作用的热点区域,起到了放大辐射效应的关键作用。虽然各模型对于这些细节的响应略有差异,但大体趋势一致,凸显了气溶胶清理的气候影响不可忽视。东亚气溶胶排放减少与近年来全球均温加速升高之间的关联,还从气候观测记录中获得佐证。多个气象重分析数据集和地表温度重建显示,2010年后全球变暖速率显著高于此前阶段,升温速率超过每十年0.25 °C。
将这一观测升温与模型所估算的东亚气溶胶清理贡献相结合,暗示该地区气溶胶减排可解释约三分之一的加速升温幅度。相较于其他潜在驱动因素,如甲烷浓度增加、航运硫排放下降等因素,东亚区域气溶胶的影响呈现出更为明确的区域性与时间性特征。需要指出的是,气溶胶的气候响应在空间和时间尺度上存有复杂非线性,尤其是涉及气溶胶-云相互作用的反馈机制尚未完全理清。这意味着未来进一步降低气溶胶排放,其对应的气候响应也可能表现出递减或不同的动态效应。此外,环境改善带来的公共卫生成效、生态修复等正面影响,仍需与气候影响进行综合权衡。面对气溶胶治理与气候加速升温的双重现象,政策制定者亟需权衡治理路径。
短期内,减少气溶胶排放可迅速改善空气质量,降低呼吸系统疾病和相关死亡率,显著提升居民生活质量和经济发展潜力。但气溶胶冷却作用的减弱会导致温室气体暴露的“解屏”效应,从而释放被气溶胶抑制的温暖效应。这种情况强调了应同时加强温室气体减排,尤其是二氧化碳和甲烷的控制,来缓解气溶胶减少带来的负面气候影响。国际社会和东亚地区应当持续推进综合性气候与空气质量治理战略,利用科技进步提升模型精度,增强对复杂气溶胶气候效应的理解。未来加强多模集合模拟和长期卫星观测,将为细化区域排放控制措施以及评估气候反馈提供坚实基础。总而言之,东亚气溶胶清理行动在改善空气质量方面取得显著成果,但同时意外加剧了全球变暖的趋势。
这一现象体现了气溶胶的复杂气候作用机制及其对全球气候系统的关键影响。综合考虑气溶胶治理与气候行动的协同性,科学制定区域与全球政策,才能更有效应对人类面临的环境与气候挑战,保障可持续发展和生态安全。未来需加大跨学科研究力度,综合利用气象观测、卫星数据与地球系统模型,深入揭示气溶胶调整气候的机理和路径,为人类智慧治理气候变化贡献力量。