气候

海洋云增亮能否给地球降温?

“海洋云增亮”是一种旨在提高云层反射率、从而干预海洋气候的地球工程手段。但科学家们对其价值存在分歧。
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<p>印尼中苏拉威西省附近海域的日出景象。一些研究者认为,提高海洋云层的反射率或有助于缓解全球变暖。图片来源:Ethan Daniels / Alamy</p>

印尼中苏拉威西省附近海域的日出景象。一些研究者认为,提高海洋云层的反射率或有助于缓解全球变暖。图片来源:Ethan Daniels / Alamy

政府正将数以百万计的资金投入一项颇具争议的技术:海洋云增亮(marine cloud brightening,简称MCB)。支持者认为,这项技术能通过增强海洋上空云层的反射能力来为地球降温。但它是否真的可行?又是否应该这样做?

早在1990年,曼彻斯特大学的科学家就提出通过喷洒海水增强云层反射率来为地球降温的设想。与许多其他旨在调控地球温度的理论一样,这一想法始终存在争议。

2025年初,一项实践研究在英国政府支持下启动,准备对这项技术进行小规模海上试验。

什么是海洋云增亮技术?
海洋云增亮真的有助于应对气候变化?
海洋云增亮为何存在争议?
目前实际开展了哪些实验?
目前进展如何?
Aria的项目具体会做什么?
Aria的项目为何会加剧担忧?
有人支持这些试验吗?
如何治理海洋云增亮技术?

什么是海洋云增亮技术?

这一理论认为,海洋上空的云层如果能反射更多阳光,或许就可以降低全球平均气温,从而减缓或减轻全球变暖及连锁效应。

基本原理是向低空海洋云层“播洒”海水颗粒,让云层中的水滴缩小且数量增加。当等量的水分分散为更多小水滴时,其反射总面积增大,从而使云层变得更加明亮。提升云层反射率的具体方法有许多,例如通过船只喷洒海水作为凝结核。

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海洋云增亮,指向低空云层中喷洒海水,增加海盐结晶数量使水蒸气围绕其凝结,从而提高云层的反射能力。图片来源:James Round / 对话地球

海洋云增亮属于太阳辐射管理(solar radiation management,简称SRM)——也称太阳能地球工程——技术范畴,这类技术都旨在通过反射原本会被地球吸收、加剧全球变暖的阳光,从而为地球降温。

海洋云增亮真的有助于应对气候变化?

目前科学家对太阳辐射管理的认知主要基于理论分析、气候模型模拟以及对“船迹云”(ship tracks)的观测。

卫星图像中可见的“船迹云”是以船舶尾气中的气溶胶为凝结核形成的云团,而地球工程师们想要刻意营造的正是云团。有证据表明,这种云确实可通过反射效应产生冷却效果,但联合国环境规划署2023年发布的太阳辐射管理研究综述指出,海洋云增亮能否在全球范围内产生可检测的降温效果“尚不明确”。

气候变化本身也可能削弱海洋云增亮的降温效果。2024年发表在《自然气候变化》(Nature Climate Change)杂志的一项研究发现,若在北太平洋部署该技术,当前条件下可降低美国西部出现极端高温的相对风险。但到本世纪中叶,同样的部署对极端高温的缓解作用将微乎其微,甚至可能因意外改变海洋环流而加剧高温。

海洋云增亮为何存在争议?

许多科学家和气候活动人士认为,地球工程会分散人们对脱碳的关注。他们认为,如果政府和企业将地球工程视为可行方案,就会削减减排力度。

全球逾500名学者正在呼吁针对太阳能地球工程达成一项国际禁用协议,担心这类技术可能影响天气模式、农业生产以及粮食、水资源等基本需求的保障。他们认为,目前人类对这些影响知之甚少,甚至可能无法完全了解。

发起这项倡议的四位英国教授指出,任何“小规模”实验都无法确定在全球持续部署这些技术会引发何种后果。他们指出,地球系统极其复杂,人类对它的认知仍存在诸多局限,而这类干预措施需持续几个世纪甚至更久,如此长的时间跨度会引发何种反应,目前仍是未知数。此外,即便全面部署此类技术,要完全了解其全部影响,可能也需要数十年时间。

目前实际开展了哪些实验?

目前唯一一次MCB实地试验已在大堡礁开展,澳大利亚政府提供了部分资金。项目负责人、南十字星大学(Southern Cross University )的丹尼尔·哈里森(Daniel Harrison)告诉《自然》杂志,该技术应作为地方适应性措施而非全球部署的地球工程手段,例如在海洋热浪期间,可作为应急措施间歇使用,以防止珊瑚白化。哈里森团队公布的试验结果表明,“人工产生的海盐气溶胶”能够以足够大的规模抵达云层,并对其产生影响。

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饱受热浪冲击的大堡礁。一些科学家希望通过海洋云增亮技术实现局部降温,从而缓解气温持续上升对珊瑚的影响。图片来源:Gabriel Barathieu / Biosphoto / Alamy

地球工程领域非营利性“知识中介”机构SRM360透露,美国华盛顿大学一项研究海盐气溶胶羽流的小规模试验因公众抗议已于2024年被迫中止

目前进展如何?

多年来,政府对地球工程技术的支持一直有限,但在2025年初,地球工程支持者们迎来了重大转机。英国政府斥资5680万英镑启动了地球工程多维度研究计划,其中包括开展实地试验的提案。

该计划由英国政府成立的非营利机构“高级研究与发明局”(Advanced Research and Invention Agency,简称Aria)主导,致力于推进那些因实证太少、难度过大或涉及跨学科领域而难以通过其他资助机构获得支持的研发项目。

Aria称,该计划将收集目前缺失的关键性科研数据,以探究气候降温的方法是否具有可行性、可扩展性及安全性。该机构强调,海洋云增亮及其他地球工程技术绝不能替代脱碳行动,并指出“脱碳才是降低气候临界点触发风险的唯一可持续途径”。

什么是气候临界点?

在气候变化语境中,临界点(tipping points)是指一旦突破便会引起重大、不可逆转且自我延续的气候变化的阈值。研究人员目前已经识别出16个此类气候临界点,并指出其中一些可能已经被突破,这表明发生格陵兰冰盖崩塌、永久冻土融化等重大变化已不可避免。

亚马逊雨林就是一个关键例证。这片全球最大的雨林对全球气候产生巨大影响,包括生成降雨、稳定区域气候等。但这片雨林已有近五分之一遭到砍伐或退化,导致能够为雨林自身创造降雨的树木正在减少。这可能会形成恶性循环,降雨减少将危及现存的雨林。一些科学家认为,一旦森林砍伐率达到20%至25%,雨林赖以生存的生态循环将达到崩溃临界点。此后大片雨林将在几十年里退化为草原

Aria主张,如果温室气体减排力度不足以阻止气候滑向危险的临界点,那么开展此类研究将为未来决策提供关键的依据。该机构指出,倘若世界面临气候临界点,目前人类对可选降温方案及其潜在利弊的认知仍十分有限。2014年,美国国家航空航天局华盛顿大学分别开展的两项独立研究得出结论:南极西部的冰盖已经开始崩塌,说明气候系统可能已经突破了这一特定临界点。

Aria的项目具体会做什么?

Aria的项目将主要利用计算机建模和实验室工作,研究太空反射器等设想,以及各种技术对亚非地区降雨量的潜在影响。项目还将探索公众参与的方法,以及如何对潜在的地球工程项目进行管理和治理。

但Aria还计划在计算机建模和室内测试后在户外进行小规模实验,三个子项目将总计投入910万英镑,探索海洋云增亮的实地应用。第一个子项目选址澳大利亚大堡礁,在面积10平方公里的区域内开展,为期六周,通过每天对云层进行最长八个小时的亮化处理,以期验证海洋云增亮技术能否保护珊瑚礁免受热应激的影响。

第二个子项目由曼彻斯特大学、剑桥大学等多所英国高校共同开展,将开发和测试海水微水滴喷雾技术。Aria称,测试将在英国选定区域内进行,仅会持续几秒时间,生成不过几百米的海水羽流。若测试成功,后续还会开展更大规模的实验,届时增亮区域可长达10公里。

第三个子项目将研究电荷对雾和云层中水滴的影响机制,作为喷洒海水的替代方案。户外实验仍将在英国进行,实验区域面积100平方米。

Aria的上述三项实地研究可能至少还需要三年才能启动。

Aria的项目为何会加剧担忧?

Aria开展此类研究的资质遭到质疑。支持《太阳能地球工程国际禁用协议》(Solar Geoengineering Non-Use Agreement)的科学家指出,该组织项目总监马克·西姆斯(Mark Symes)是一名电化学家,并无气候科学背景。他们还强调,Aria既不受信息公开要求约束,又可规避多数常规合同透明度监管:“Aria如同在暗箱中操作,能见光的东西都是董事们想公开的。”

科学家批评Aria的结构和安排,认为其“特别不适合”处理如此有争议且对人类影响深远的技术。

他们还表示,这是主要国家政府首次资助如此规模的太阳辐射管理试验:“Aria项目的启动,标志着太阳辐射管理技术研发资助规模和关注度迎来质的变化。一旦户外实地实验常态化,各国政府可能会加大对太阳能辐射管理技术开发的投入。而在目前缺乏国家和国际层面有效治理框架的情况下,贸然推进太阳辐射管理实地实验,无疑是极其愚蠢的行为。”

Aria在其网站上表示,作为一个公共资金支持的机构,其研究将“本着透明、负责的原则,为广泛的公共利益服务”,并称只有在完全满足治理要求的情况下才会进行户外实验。这些治理要求包括公开环境影响评估报告、与当地社区进行沟通等。Aria称,所有获得资助的实验都有时间、规模和范围上的限制,保证其影响会在24小时内消散或完全可逆。

有人支持这些试验吗?

部分科学家对Aria项目的态度更为积极。芝加哥大学太阳能地球工程研究助理教授、SRM360联合创始人皮特·欧文(Pete Irvine)表示,不应将此视为急于开发和部署该技术的举措。

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一些科学家和气候活动人士认为,地球工程会分散人们对减排的关注,但支持者称这项技术有助于减缓气候变暖及其影响。图片来源:Michael Koenig / Alamy

欧文指出:“Aria采取的是审慎的分阶段策略,其中有限的小规模实地实验在获批开展之前,必须完成环境影响评估和公众磋商。”

英国剑桥大学气候修复中心(Centre for Climate Repair)研究主任肖恩·菲茨杰拉德(Shaun Fitzgerald)表示,Aria对地球工程的资助表明,这是“一个资金长期不足的重要研究领域”。

曼彻斯特大学大气科学家休·科(Hugh Coe)正在参与该校的Aria项目。他认为,在各国政府一直未能达成减缓气候变化目标的情况下,海洋云增亮技术可暂时起到降温效果。但他同时也强调:“必须认识到这并不能代替碳减排。”

如何治理海洋云增亮技术?

目前,针对太阳辐射管理技术,尚无全球治理框架或组织。《防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》(Convention on the Prevention of Marine Pollution by Dumping of Waste and Other Matter,简称《伦敦公约》)正在审议包括海洋云增亮在内的四种海洋地球工程技术。2022年该公约科学小组曾警告称,这些技术“可能造成广泛、持久或严重的有害影响”。

Aria有五个研究治理和伦理问题的子项目,涉及地缘政治挑战、公众认知以及全球南方国家在构建气候降温研究能力时的包容性需求。

东英吉利大学(University of East Anglia)环境科学学院荣誉副教授菲尔·威廉姆森(Phil Williamson)认为,这些子项目是Aria倡议中最关键的组成部分。

然而,威廉姆森对能否就太阳辐射管理技术及治理达成国际协议持怀疑态度:“届时,我们或将面临一种难以忍受的局面:全球气候将由最强大的国家主导(无论是朋友还是敌人),而这些国家对全球人权的关注却微乎其微,尽管Aria已经表达了对‘全球南方影响’的关切。”

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