近年来,东亚特别是中国及其周边国家在空气污染治理方面取得了显著进展,尤其是在减少硫酸盐气溶胶排放方面的努力表现突出。随着工业升级和环保政策的不断推进,大规模的气溶胶排放明显减少,有效改善了区域空气质量,保障了公众健康。然而,环境改善的背后,却带来了一种复杂且广泛的气候效应,即东亚气溶胶清理工作可能成为全球变暖加速的一个关键驱动力。气溶胶在大气中扮演着双重角色,一方面对人体健康危害极大,另一方面它们通过反射太阳辐射和影响云层形成,对地球能量平衡产生冷却作用。尤其是硫酸盐气溶胶,作为主要的散射粒子,有效降低了地表接收的太阳能,起到了“遮阳伞”的作用。自工业革命以来,人类活动不断增加了气溶胶排放,这在一定程度上掩盖了温室气体引发的全球变暖趋势。
因此,当东亚地区限制这些冷却性气溶胶的排放时,虽然局部空气质量得到提升,但其减少的散射效应却削弱了对太阳辐射的反射,使得大气吸收更多的热量,导致了“气候响应的解蔽”效应。最新的研究利用多模式地球系统模型评估了自2010年以来东亚地区硫酸盐气溶胶排放约减少75%的情形。这种大幅减排不仅导致区域内年度平均温度升高接近1摄氏度,也引发了对北太平洋和其周边区域更为明显的升温趋势。更为显著的是,全球平均地表温度随之上升,估计增幅达到0.07摄氏度左右,这一变化足以解释近十年来全球变暖速率的加快。与此同时,气溶胶减少还影响了大气辐射能量的平衡状态,提升了大气顶端辐射不平衡,进一步促进了地球系统的能量吸收。这种辐射不平衡的空间分布与观测数据高度一致,反映了东亚气溶胶排放变化对气候系统的直接影响。
尽管气溶胶清理在环境改善和公共健康方面成效显著,但其引发的气候副作用也引起广泛关注。区域性的气溶胶减排不仅改变了当地的云量和云微物理过程,还通过大气环流传输机制影响远至北美和北极地区的气温和降水格局。研究显示,冬季北极的升温加速与亚洲气溶胶排放减少密切相关,表现为显著的北极放大效应,同时使得北美部分地区温度也产生了升高。这进一步说明了气溶胶排放变化的影响超越了初始排放区域,具备显著的遥相关性。东亚气溶胶排放减少对全球降水格局也产生了深远影响,促使东亚夏季降水增强,同时北太平洋风暴带区域出现湿润趋势。这种区域水循环变化与气温升高具有一定的耦合关系,对农业和生态系统具有潜在意义。
此外,气溶胶减少还引发了赤道辐合带(ITCZ)的位置北移,体现了南北半球能量不平衡的调节过程。除气溶胶清理外,全球变暖速率加快还受其他因素影响,包括温室气体浓度增长加速,尤其是甲烷浓度近年来的跃升,以及国际航运硫排放限值调整带来的气溶胶变化。然而,东亚气溶胶排放减少在幅度和持续性上均显著高于这些因素,故其对近期全球变暖速率提升贡献不可忽视。多模型模拟结果强调,东亚气溶胶清理与大气中硫酸盐浓度降低密切相关,区域气溶胶光学厚度显著下降,这带来地表短波辐射增加,从而直接驱动区域及更大范围的气温升高。尽管模型之间存在一定差异,但总体方向和趋势高度一致。值得注意的是,模型结果也显示,气溶胶对云层的调节作用是影响温度响应的重要因素。
部分模型中,气溶胶减少引致的低云量变化,尤其是在太平洋西部的层积云区,对辐射平衡变化有显著影响,并强化了温度升高趋势。此外,大气化学及气溶胶的湿沉降过程也会调节整个系统的响应复杂性。从观测角度看,卫星数据及地基观测证实了东亚气溶胶减少的事实,反映为气溶胶光学厚度下降及地面短波辐射的增强。大气顶端辐射不平衡的观测同样表明北太平洋区域吸收更多能量,这与模拟显示的响应区域高度重合。2023年及2024年的全球气温创历史新高,部分原因可能正是这一气溶胶减少导致的辐射“解蔽”效应助推所致。未来展望方面,东亚尤其是中国的气溶胶排放预计仍将维持下降的趋势,但减排量将趋于缓和。
当前估计东亚地区剩余可大幅减排的硫排放低于原有水平的三分之一,意味着未来气溶胶对全球变暖加速的贡献可能会减弱。然而,气溶胶与云相互作用的非线性特征以及复杂的气候反馈机制,仍为准确预测气候响应带来挑战。为应对这一复杂局面,未来环境治理政策必须综合权衡空气质量改善与气候变化之间的关系,避免仅着眼短期局部利益,同时忽视气候系统对辐射平衡的全局影响。发展低排放能源结构和绿色技术,减少温室气体排放,将成为有效缓解全球变暖的根本途径。与此同时,科学界应强化区域与全球尺度的多模式耦合模拟,结合高精度卫星和地面观测,深入解析气溶胶及其变化对气候系统的影响机理。加强气象和气候监测网络,提升数据同化和模式预报能力,有助于更精准地预测未来气候趋势,辅助政策制定者采取科学、合理的应对措施。
总体来看,东亚气溶胶清理体现了人类活动与地球气候系统相互作用的复杂性。其对气候的正负影响并存,既带来环境质量的提升,也产生了不可忽视的全球变暖加速效应。理解并协调二者关系,对于实现可持续的人类发展和气候安全具有重要意义。未来只有通过协同推进空气污染治理和温室气体减排,优化能源结构和交通运输方式,方能有效应对全球气候变化挑战,保障世界生态环境的健康与安全。