反射阳光以冷却地球–麻省理工学院研究太阳能地球工程提案

麻省理工学院的研究人员发现，随着太阳地球工程的努力，温带风暴轨迹（地球中纬度的蓝色暴风雨地区）将发生显着变化。

科学家发现，太阳能地球工程提案将削弱两个半球的温带风暴轨迹。

世界如何应对全球气温的持续上升？通过向平流层注入反射性气溶胶，如何从太阳的一部分热量中遮蔽地球呢？毕竟，尽管发生了短暂而戏剧性的爆发，但火山基本上起到了同样的作用：当维苏威火山爆发时，它会将细小的灰烬吹入大气层，在那里颗粒可以像云层一样cover绕，将太阳辐射反射回太空并暂时冷却行星。

一些研究人员正在探索提议设计类似效果的提议，例如，通过飞机，气球甚至飞艇将反射性气溶胶发射到平流层中，以阻止太阳的热量并抵消全球变暖。但是，众所周知，这种太阳能地球工程计划可能会对气候产生其他长期影响。

现在，麻省理工学院的科学家发现，太阳地球工程技术将显着改变温带风暴轨迹，即中高纬度地区，全年形成风暴并受到越过海洋和陆地的射流的操纵。温带风暴径将引起温带气旋，而不是热带表皮飓风。温带风暴的强度决定了风暴的严重性和发生频率，例如美国的诺斯特风和东风。

研究小组考虑了一种理想的方案，其中可以充分反射太阳辐射，以抵消二氧化碳浓度达到四倍时可能发生的变暖现象。在这种情况下的许多全球气候模型中，北半球和南半球的风暴径强度都相应地大大减弱了。

减弱的风暴径意味着较弱的冬季风暴，但研究团队告诫说，较弱的风暴径还会导致天气停滞，尤其是在夏季，并且风向较少以清除空气污染。风的变化也可能影响海水的循环，进而影响冰盖的稳定性。

麻省理工学院地球，大气与行星科学系（EAPS）的研究生Charles Gertler说：“全球约有一半的人口生活在热带风暴以暴风雨为主的地区。”“我们的结果表明，太阳能地球工程不会简单地逆转气候变化。相反，它本身具有诱发气候新变化的潜力。”

盖特勒和他的同事们本周在《地球物理研究快报》上发表了他们的研究结果。合著者包括EAPS教授Paul O’Gorman，印第安纳州立大学的Ben Kravitz，北京师范大学的John Moore，塔斯马尼亚大学的Steven Phipps和日本海洋地球科学技术局的渡边伸吾（Shingo Watanabe）。

不太阳光的照片

以前，科学家们已经模拟了如果要在全球范围内推广太阳能地球工程方案而产生的结果，地球气候将是什么样子。一方面，将喷雾剂喷入平流层将减少入射的太阳热，并在一定程度上抵消二氧化碳排放引起的变暖。另一方面，对地球的这种冷却不会阻止其他温室气体引起的影响，例如降雨减少和海洋酸化的区域性减少。

也有迹象表明，有意减少太阳辐射会缩小地球赤道和两极之间的温差，或者，按气候说法，会削弱地球的子午温度梯度，在两极继续变暖的同时冷却赤道。最后的结果对格特勒和奥格曼特别感兴趣。

格特勒说：“暴风雨的轨迹来自子午温度梯度，而暴风雨的轨迹很有趣，因为它们有助于我们了解极端天气。”“因此，我们对地球工程如何影响风暴轨迹很感兴趣。”

该团队研究了气候科学家称为太阳地球工程的情景下的温带风暴径迹如何变化，这是地球工程模型比对项目（GeoMIP）的实验G1，该项目为科学家提供了各种地球工程方案，以根据气候模型来评估他们的气候变化。各种气候影响。

G1实验假设理想化的方案，其中太阳能地球工程计划可以阻止足够的太阳辐射，以抵消二氧化碳浓度达到四倍时可能发生的变暖现象。

研究人员使用了在G1实验条件下及时运行的各种气候模型的结果。他们还使用了更复杂的地球工程场景的结果，即在一个以上纬度将二氧化碳浓度和气溶胶注入平流层的速度提高了一倍。在每个模型中，他们记录了风暴沿线各个位置的气压在海平面压力下的每日变化。这些变化反映了风暴的经过并测量了风暴轨迹的能量。

格特勒解释说：“如果我们观察海平面压力的变化，我们就会知道旋风越过每个区域的频率和强度。“然后，我们将整个温带地区的方差平均化，以获得北半球和南半球的风暴径强度平均值。”

不完美的平衡

他们在各种气候模型中得出的结果表明，太阳能地球工程将削弱北半球和南半球的风暴轨迹。根据他们考虑的情况，北半球的风暴轨迹将比今天弱5％至17％。

格特勒说：“两个半球的风暴轨迹减弱，将意味着冬季风暴减弱，但也会导致天气停滞不前，这可能会影响热浪。”“在所有季节中，这都可能影响空气污染的通风。它还可能导致水文循环的减弱，区域性降雨减少。与我们习惯的基准气候相比，这些变化不是很好。”

研究人员很好奇地看到相同的风暴轨迹仅在不增加社会地球工程的情况下仅对全球变暖有何反应，因此他们在几种仅变暖的情况下再次运行了气候模型。令人惊讶的是，他们发现，在北半球，全球变暖也将减弱风暴路径，其幅度与增加太阳能地球工程技术相同。这表明，太阳能地球工程以及通过减少进入的热量为地球降温的努力，至少在暴风雨轨道上，并不会改变全球变暖的影响。研究人员不确定如何解释这一令人费解的结果。

在南半球，情况略有不同。他们发现，仅全球变暖将加强那里的风暴轨迹，而增加太阳能地球工程技术将阻止这种增强，甚至进一步削弱那里的风暴轨迹。

O’Gorman补充说：“在南半球，风驱动海洋循环，这反过来又可能影响二氧化碳的吸收以及南极冰盖的稳定性。”“因此，风暴轨迹在南半球的变化非常重要。”

研究小组还观察到，风暴路径的减弱与温度和湿度的变化密切相关。具体而言，气候模型显示，随着极地持续变暖，响应于减少的入射太阳辐射，赤道明显冷却。降低的温度梯度似乎足以解释风暴路径的减弱-该小组是第一个证明这一结果的人。

格特勒说：“这项工作突显了太阳能地球工程技术并没有扭转气候变化，而是用一种前所未有的气候状态代替了另一种气候状态。”“反射日光并不能完全抵消温室效应。”

添加O’Gorman：“有多种理由避免这样做，而倾向于减少二氧化碳和其他温室气体的排放。”

参考：Charles G. Gertler，Paul A.O'Gorman，Ben Kravitz，John C.Moore，Steven J.Phipps和Shingo Watanabe撰写的“太阳地球工程情景中的温带风暴径迹减弱”，地球物理研究快报。DOI ：
10.1029 / 2020GL087348

这项研究部分由美国国家科学基金会，美国国家航空航天局（NASA）以及麻省理工学院全球变化科学与政策联合计划的行业和基金会赞助。