过去几十年间,人类活动引起的气溶胶排放在调节地球气候方面起到了复杂的作用。尤其是在工业高度发达和人口密集的东亚地区,硫氧化物(SO2)的排放形成了大量的硫酸盐气溶胶,这类气溶胶具有反射太阳辐射和促进云形成的能力,从而起到了局部甚至全球范围内的降温效应。近年来,随着中国等国家加强空气污染治理,显著减少了这些气溶胶及其前体气体的排放,引发了气候科学界的深入研究和讨论。东亚地区气溶胶排放剧减的背后,实际上不仅是环境保护的成果,同时也伴随着全球气候系统的深刻变化。 多模型模拟的研究表明,自2010年以来,东亚地区硫酸盐气溶胶排放量减少了约75%,对应的全球平均地表温度在2035至2049年间上升了大约0.07摄氏度。这个数字虽然看似微小,但其对全球变暖速率的贡献却十分显著,约占同期全球平均变暖速率提升的很大一部分。
硫酸盐气溶胶的减少意味着地球表面接收到更多的太阳辐射,导致了温室气体驱动的变暖效应“解锁”或“去掩盖”。这说明了气候系统中不同因子间复杂的相互作用,尤其是气溶胶与温室气体的协同影响。 东亚气溶胶排放的减少不仅影响了全球范围内的温度,还改变了区域气候模式。在北太平洋及其沿岸地区表现尤为显著,那里出现了明显的温度升高趋势,尤其是在冬季,北美西海岸和北极地区也观察到了相应的变暖现象。模拟结果显示,气溶胶减少导致的太阳短波辐射增加不仅直接加热东亚地区,也通过大气和海洋环流将影响扩展至远离排放源的区域。此外,海面温度的升高进一步影响大气压力和风场,改变降水分布及其季节性变化,进而影响整个北半球中纬度大气环流和水文循环。
伴随着地表温度的升高,东亚气溶胶减少还引发了全球降水模式的改变。研究指出,全球范围内总体降水量略有增加,约为每摄氏度温升引起4%的湿润反应。东亚夏季降水量显著上升,北太平洋风暴路径区域降水也出现增强,甚至影响到北美部分地区的水文环境。这种降水变化体现了气溶胶减少引起的辐射和动力学反馈过程,并显示了区域空气质量管理措施对更大尺度气候系统的附带影响。 全球能量平衡的变化对应了气溶胶排放的减少。卫星观测数据显示,自2010年以来,东亚排放削减区域对应的顶层大气辐射不平衡增加。
这意味着地球系统吸收和存储的能量更多,驱动了海洋吸热和地表升温。模拟显示,北太平洋地区的云量和云反照率降低,特别是在常见低云层地区,减少了对太阳辐射的反射,强化了区域的辐射不平衡。这种辐射不平衡的空间分布与气溶胶相关云过程的影响高度一致,提示气溶胶的直接和间接效应在塑造地球能量收支中不可忽视。 尽管近年东亚及全球的甲烷浓度也有加速上升的趋势,但该因素对最近全球变暖速率提升的贡献相较于气溶胶清理显得有限。与此同时,国际航运业自2020年起遵守更严格的硫排放限值,导致航运硫排放量大幅下降,也引发了气候影响的关注,但其时间窗口和影响幅度尚难以与东亚大规模减排相比。因此,在解释自2010年代以来全球气候变暖速率加快的现象时,东亚地区气溶胶的持续清理作用处于前沿地位。
值得注意的是,东亚气溶胶减排虽带来了健康环境改善和空气质量提升的显著成效,但也同时推动了气候暖化的加速,成为温室气体以外的重要“隐藏变量”。这种环境政策和气候效应的“两难”局面,凸显了综合考虑大气成分变化和气候反馈之间平衡的重要性。未来政策制定过程中,需要权衡空气污染治理的健康、生态效益与其引发的气候变化风险,探索协同减排路径,以实现可持续发展目标。 展望未来,东亚国家预计将继续推进更为严格的空气质量管理措施,但减排潜力将逐渐减弱。其区域的硫排放预计会在未来十年内趋于稳定,减排对全球变暖速率的影响也将随之减弱。然而,气溶胶与云的非线性相互作用仍存在巨大不确定性,如何精确量化和预测这部分影响,是当前气候科学领域的重大挑战。
持续的高分辨率模拟和长期观测,将有助于揭示气溶胶气候作用机制,提高气候变化的预警和应对能力。 综上所述,东亚地区近十余年来的气溶胶清理行动,不仅改善了地方环境,提升了公众健康,也在无意中加速了全球特别是北太平洋区域的变暖步伐。硫酸盐气溶胶排放减少使得与温室气体相关的气候效应被“解开”,导致地球表面吸收更多太阳辐射,推动了全球能量积累和气温上升。这一发现强调了人类活动对气候系统多维度的深刻影响,提示全球气候治理和环境政策需要从更全面和系统的角度审视和调整。未来在探索减缓气候变暖的同时,更需兼顾改善空气质量,实现环境与气候之间的最佳综合效益。