一项新研究发现，并非所有的地球工程构想都生而平等。增亮东太平洋上空的海洋云层可能会显著削弱厄尔尼诺循环，引发全球天气模式的重大变化，而平流层气溶胶注入则使该系统基本保持不变。研究人员表示，这些结果提醒我们，如果在未充分了解地球气候运作机制的情况下部署给地球降温的措施，可能会产生意想不到的后果。
加州大学圣塔芭芭拉分校的气候科学家的一项新研究表明，并非所有的地球工程策略都会产生相同的后果。虽然一种提议的方法可能会严重破坏地球上最重要的气候周期之一，但另一种方法似乎影响甚微。发表在《地球的未来》上的这些发现突显了研究人员为何表示，每一项提议在付诸实践之前都必须经过仔细评估。
“我们需要在充分了解将会发生什么之前，对实施地球工程提议持谨慎态度，”第一作者、加州大学圣塔芭芭拉分校布伦环境科学与管理学院的博士生陈星说。
为什么厄尔尼诺很重要
陈星和布伦学院的研究生同学卡利·普弗莱格开始这个项目是为了更好地了解地球工程可能如何影响海洋生态系统。这个问题很快促使他们研究厄尔尼诺-南方涛动（ENSO），这是海洋和大气状况的主要驱动因素。
ENSO是一种自然发生的气候周期，每2到7年重复一次。它将温暖的洋水输送到热带太平洋各地，影响全球天气。在厄尔尼诺事件期间，较暖的海水向美洲西海岸移动，通常给加利福尼亚带来更湿润的冬季。在拉尼娜期间，较暖的海水停留在更西边，加强了南亚和东南亚部分地区的季风降雨。
比较两种气候冷却策略
研究人员研究了两种旨在通过将更多阳光反射回太空来冷却地球的地球工程方法。两者都依赖于向大气中释放微小颗粒，但它们所使用的材料和释放的高度有所不同。
一种被称为海洋云层增亮（MCB）的方法，在海洋表面不到2公里的高度喷洒海盐颗粒。这些颗粒产生的云层液滴更小、数量更多，使云层更明亮，反射性更强。
第二种方法称为平流层气溶胶注入（SAI），在更高的大气层中释放硫酸盐颗粒。由于这些颗粒在全球范围内分布得更均匀，它们在更大的区域阻挡了一部分入射阳光。
对厄尔尼诺的惊人影响
海洋云层增亮常被提议用于海盆东侧，因为其具有强大的冷却潜力。然而，东南太平洋在维持ENSO方面也发挥着重要作用。
模拟揭示了一个意想不到的结果。作者写道：“在亚热带东太平洋部署MCB会使ENSO振幅急剧减少约61%。”
“很难让ENSO在那么短的时间内发生如此大的变化，”合著该项研究的副教授萨曼莎·史蒂文森说，她也是陈星和普弗莱格的导师。
原因在于海洋云层增亮如何改变当地天气。更明亮的云层冷却了下方的海洋表面，同时也减少了降雨，因为更小的云层液滴不太可能合并成雨滴。随着较冷、较干燥的空气扩散到太平洋中部，蒸发减少，大气环流减弱，赤道沿线的风力增强。这些变化增加了冷水的上升流，并进一步冷却了海洋表面。
这些影响共同极大地削弱了ENSO。
研究人员曾预计海洋云层增亮会影响气候，但没料到程度如此之深。
我们以为这些提议会产生影响，“但我们没想到ENSO的变异性会有三分之二消失，”陈星说。他补充说，结论很简单：“不要在东太平洋上空进行MCB，因为它可能因ENSO的消失而引发超强连锁反应。”
为什么平流层气溶胶的表现不同
第二种地球工程策略产生了截然不同的结果。平流层气溶胶注入对ENSO几乎没有可测量的影响。
研究人员认为，差异归结于颗粒释放的位置。海洋云层增亮将颗粒集中在靠近地球表面的特定区域。相比之下，注入平流层的硫酸盐颗粒传播范围更广，产生了更均匀的冷却效应，对热带太平洋的干扰较小。
尽管如此，史蒂文森强调，不应将这些发现解读为对海洋云层增亮的一概否定。
“我们并不是说所有的MCB都会扼杀ENSO。我们只是说，如果你在这个特定区域这样做，就会发生这种情况，”她说。
她指出，海洋云层增亮可能可以在其他地点使用，尽管要实现同等程度的全球冷却可能需要付出大得多的努力。
气候风险不仅限于温度
研究人员还指出，选择不干预本身也带有风险。预计不加遏制的气候变化将破坏生态系统、自然气候周期和人类社会。科学家们仍不清楚ENSO本身将如何应对持续的全球变暖，这增加了另一层不确定性。
“没有什么能与这些MCB实验中ENSO变化的速度相比，”史蒂文森说。“即使在气候变化的情况下，它也不可能在10年内自然下降60%。”
将更多阳光反射离开地球也可能减少光合作用。这将降低农作物、森林和海洋藻类的生产力。因为藻类构成了海洋食物网的基础，并产生地球大气中约70%的氧气，了解这些影响尤为重要。
研究团队计划在未来的研究中调查不同的地球工程策略可能如何影响海洋生态系统。
理解权衡取舍
这项研究表明，不能仅凭地球工程冷却地球的程度来评判它。不同的方法可能实现类似的全球气温降幅，但产生截然不同的区域气候效应。
“两种干预措施在全球范围内可以达到相同的升温目标，但区域气候影响却截然不同，”史蒂文森说。“最重要的问题是，‘我们是否考虑了所有潜在的后果？’”