迄今为止，地球工程研究一直局限于建模和实验室研究。由于这类研究可能给生态系统和社会带来严重风险，超出这些范围开展严肃研究一直是禁忌。不过，最近的两篇出版物打破了僵局，使野外实验的讨论进入科学界的视野。
气候科学发出了明确信号：必须采取行动遏制全球变暖。温室气体排放不断增加，正使我们走向一种会给世界大部分地区的社会带来负面后果的气候，例如极端天气增多。我们至今仍没有任何减少温室气体排放的约束性协议，这正推动部分科学界人士研究解决气候问题的技术手段——地球工程。
地球工程旨在通过改变地球的辐射平衡来治疗气候变化的“症状”——尤其是气温升高。提出的方法在技术特征和可能后果方面差异很大。本文聚焦于最广为人知的太阳地球工程方法：“人工火山”或平流层气溶胶法。科学家提议在海拔15–20 km的平流层中注入少量具有反射性的硫酸盐颗粒（气溶胶）。这些微小颗粒会减少到达地球表面的太阳辐射量，从而冷却低层大气。大型火山喷发后曾观察到这种效应（因此得名“人工火山”）；最近一次是1991年皮纳图博山喷发后，全球平均气温在喷发后一年下降了近0.5°C。与火山不同，地球工程师会持续注入气溶胶，直到温室气体浓度降至被认定为安全的水平以下。迄今为止，所有太阳地球工程研究都局限于计算机模型[1]。
野外实验
一组大气科学家最近提出了九项野外实验，以测试太阳地球工程方法[2]。他们将方案分为两类：一类旨在了解地球工程的有效性和风险，另一类旨在开发部署地球工程所需的技术。此外，科学家明确区分了两种实验：一类旨在了解小尺度大气过程，例如人工注入颗粒表面的化学反应；另一类则针对大尺度气候响应，例如全球平均气温下降。不能简单地从小尺度实验推断大尺度实验的影响。不过，只有在大量先期小尺度测试取得成功且环境风险微乎其微的情况下，才会进行大尺度实验——而那时可能已经太迟，无法避免全球变暖的一些负面后果。
小尺度平流层硫（和水）注入野外测试的拟议实验设计（来源：[3]）
在提出的实验中，一项名为“平流层受控扰动实验”（SCoPEx）的小型野外测试目前处于规划最成熟阶段[3]。哈佛大学的一个研究小组设计这项实验，旨在更准确地量化平流层硫注入的一种副作用：臭氧消耗。平流层臭氧水平下降会增加患皮肤癌的风险，而这对社会造成的破坏甚至可能超过温室气体导致的全球变暖。如SCoPEx期间臭氧浓度骤降，平流层硫地球工程的设想很可能就此终结。如图所示，该实验由一个气球和一个模块组成，模块搭载气溶胶发生器、观测仪器和发动机。模块既负责注入气溶胶，也负责监测气溶胶羽流。预计实验排放的硫和水将少于一次欧洲与美国之间的洲际航班。研究人员估计，这项野外实验的总成本约为1000万美元。
为什么野外测试如此有争议？
SCoPEx及其他目前拟议的小尺度实验很可能不会给环境和社会带来重大风险。与大规模、持续数十年的全面地球工程部署不同，这些实验不会改变地球的能量平衡。不过，拟议中的户外地球工程研究仍涉及其他问题：
最初的野外实验可能会推动地球工程研究迅速部署和商业化。我们能否想象一家大型跨国公司接管地球工程研究，并由此产生可能的经济利益？
地球工程研究增加可能会削弱减缓气候变化的努力。如果我们有一个能部分抵消全球变暖的B计划，为什么还要减少碳排放？
谁或哪个机构有权监督户外测试？谁能界定小尺度实验与全面部署之间的界限？最后，如果全面部署真的发生，谁来控制全球恒温器？
为什么还要研究地球工程？
由好奇心驱动的地球工程研究能够提供社会和政策制定者所需的信息，帮助他们选择应对气候变化的最佳策略[4]。地球工程建模研究有助于更好地了解平流层，更准确地呈现气溶胶过程及其与气候的相互作用，例如火山对全球气温、降水、作物产量等的影响。这使未来气候的模型预测更加稳健。
我们认为，在充分了解所有相关自然过程和风险之前，地球工程测试应限于计算机模型或实验室。基于过程的小尺度实验可能会有所帮助；不过，我们建议退一步，聚焦于有关自然大气过程的未解问题，例如平流层气溶胶微物理学。
更多信息
[1]此前的博客文章（德文）已更详细地讨论过这一主题：地球工程——一场危险的气溶胶游戏？ 和 地球工程能解决气候问题吗？
[2] Keith等，2014：《太阳地球工程野外实验：探索代表性研究组合的研讨会报告》，《皇家学会哲学汇刊》，doi： 10.1098/rsta.2014.0175
[3] Dykema等，2014：《平流层受控扰动实验：一项旨在增进对太阳地球工程风险认识的小尺度实验》，《皇家学会哲学汇刊》，doi：10.1098/rsta.2014.0059
[4]另见 Robock, A. 2012：《地球工程研究符合伦理吗？》（PDF）
本文与 苏黎世联邦理工学院合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：Blaž Gasparini 是大气与气候科学研究所的博士生。Ulrike Lohmann 是苏黎世联邦理工学院实验大气物理学教授。
图片：佩里托莫雷诺冰川一侧的冰块剥落。路透社/Andres Forza。
