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为探究对流层气候干预对平流层的影响，研究人员利用 UK 地球系统模型（UKESM），针对海洋云增亮（MCB）开展研究。发现 MCB 可显著影响 stratospheric 和 tropospheric 臭氧，揭示了两层大气的耦合关系，为气候干预评估提供新视角。
研究背景：被忽视的对流层与平流层 “对话”
在地球的大气舞台上，平流层臭氧（Stratospheric Ozone）一直扮演着 “生命保护伞” 的关键角色 —— 它宛如一层无形的铠甲，阻挡着太阳辐射中有害的紫外线 B（UV-B），守护着地表的万千生灵。然而，人类活动的触角早已伸向这一脆弱的圈层：20 世纪，氯氟烃等卤代化合物的大量排放，曾在南极上空撕开触目惊心的 “臭氧空洞”；如今，二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等温室气体的持续累积，又通过改变大气环流和温度结构，悄然影响着臭氧的动态平衡。
当国际社会聚焦于《蒙特利尔议定书》对卤化物排放的管控、《巴黎协定》对全球变暖的约束时，一类新兴的气候干预手段 ——“太阳辐射管理”（SRM）正逐渐进入视野。其中，海洋云增亮（Marine Cloud Brightening, MCB）通过向海洋低空云层注入海盐气溶胶，增加云层反射率以冷却地表，被视为潜在的 “气候缓冲器”。但长期以来，科学界普遍认为，这一作用于对流层的技术，与平流层臭氧相距甚远。然而，这种 “圈层隔离” 的认知是否正确？对流层的扰动，能否跨越 “边界”，对平流层产生连锁反应？
带着这些疑问，英国气象局与多所高校联合开发的 UK 地球系统模型（UK Earth System Model, UKESM）研究团队，开展了一项突破性研究。相关成果发表于《SCIENCE ADVANCES》，首次揭示了 MCB 与平流层臭氧之间隐藏的复杂关联，为气候干预的环境风险评估敲响了新的警钟。
关键技术方法：模型模拟揭开大气奥秘
为了追踪 MCB 对大气的跨圈层影响，研究团队采用 UKESM 进行数值模拟。该模型具备高分辨率（水平分辨率 1.25°×1.875°，85 层垂直分层）和全圈层耦合能力，集成了对流层 - 平流层化学模块、气溶胶动力学模型（GLOMAP）及海洋 - 海冰 - 陆地交互过程，能够真实再现大气环流与化学过程的相互作用。
研究设计了 “G6mcb” 模拟场景：在 SSP5-8.5 高排放背景下，向太平洋东部四个易受 MCB 影响的区域注入海盐气溶胶，目标是将全球平均地表温度从 SSP5-8.5 水平降至 SSP2-4.5 水平。同时，与平流层气溶胶注入（SAI）的 “G6sulfur” 实验和太阳常数降低（“太阳变暗”）的 “G6solar” 实验进行对比，以分离 MCB 的独特效应。
研究结果：跨圈层的臭氧 “蝴蝶效应”
1. 模拟臭氧变化：不同区域的迥异命运
在热带地区，SSP5-8.5 情景下，21 世纪后半叶臭氧总量因温室气体加速热带上升气流、向平流层输入贫臭氧的对流层空气而减少；但 MCB 情景下，热带臭氧总量持续增加，至 2090 年比单纯气候变化情景高约 15 Dobson 单位（DU）。这种增加源于对流层低层和平流层低层臭氧的全年性增长，而平流层注入（SAI）和太阳变暗（G6solar）情景均未出现这一现象。
在北半球中纬度，单纯气候变化（SSP5-8.5）下，温室气体加速 Brewer-Dobson 环流（BDC），将热带生成的臭氧向高纬度输送，导致臭氧总量持续增加；但 MCB 使北半球中纬度臭氧总量显著减少（2090 年约减少 10 DU），并在冬春季达到峰值。与之相对，南半球高纬度春季臭氧增加可达 20 DU，呈现出南北半球的 “跷跷板” 效应。
2. 动力驱动：环流重组的多米诺骨牌
MCB 通过冷却对流层，引发一系列动力连锁反应：
- 行星波传播受阻：热带上层对流层冷却削弱了副热带急流，改变平流层低层 “临界线” 位置，减少行星波破碎，进而减缓 BDC 环流，使平流层空气 “年龄” 增加（即滞留时间延长）。这一变化减少了对流层贫臭氧空气向平流层的输入，促成热带平流层臭氧增加，却抑制了热带臭氧向中高纬度的输送。
- ENSO-like 响应：太平洋东部 MCB 部署引发类似拉尼娜的海温异常，激发罗斯贝波列，干扰北半球准定常波模式，进一步削弱对流层向平流层的垂直波活动通量，加剧环流减速。同时，副热带急流减弱打破了 “混合屏障”，促使富含 N2O 的对流层空气涌入中纬度平流层低层，稀释臭氧浓度。
- 极涡变化：北半球冬季平流层极涡增强，导致极区与中纬度空气混合减少，加之低温下卤化物异相反应增强，臭氧损耗加剧；而南半球极涡减弱，混合增强且卤化物活化减少，促使南极春季臭氧增加。
3. 化学驱动：成分变化的协同作用
- 氮氧化物（NOx）激增：MCB 诱导的陆地对流降水增加，使闪电产生的 NOx在热带对流层上层和平流层低层富集，通过催化作用促进臭氧生成，这与污染对流层中 NOx的作用类似。
- 水汽减少：对流层冷却降低了空气持水能力，热带对流层顶降温加剧平流层 “脱水”，减少 HOx介导的臭氧损耗反应，使对流层和平流层上层臭氧得以保存。
- 卤化物的微弱但关键影响：尽管 21 世纪末卤化物浓度较低，极涡强度变化仍导致卤化物活化差异 —— 北半球强极涡内卤化物活化增强，加剧臭氧损耗；南半球弱极涡内活化减少，助力臭氧恢复。
结论与讨论：气候干预的 “全局观” 必要性
这项研究颠覆了 “对流层干预仅影响地表气候” 的传统认知，证实 MCB 可通过动力 - 化学耦合机制，对平流层臭氧产生显著、区域异质性的影响。与 SAI 和太阳变暗相比，MCB 的臭氧响应呈现独特模式，凸显了不同干预手段的圈层作用差异。
研究同时指出，尽管当前模拟采用了较为极端的 MCB 部署策略（导致强烈 ENSO 干扰），但其揭示的机制 —— 如 BDC 减速、NOx化学效应、极涡调制等 —— 可能普遍存在于其他 MCB 方案中。未来需进一步优化播撒策略，以最小化对大气环流的扰动。
“我们的发现表明，任何气候干预都不是‘局部手术’，而是对整个地球系统的‘全身影响’。” 研究团队强调，评估 MCB 等技术时，必须纳入平流层臭氧等 “中层大气” 指标，而非局限于地表温度。这一成果为《世界气象组织》主导的臭氧评估体系提供了新维度，也为国际气候治理敲响了警钟：在追求降温目标的同时，需警惕跨圈层的生态连锁反应，避免 “拆东墙补西墙” 的潜在风险。
从更深远的视角看，这项研究揭示了地球大气圈层的紧密耦合性 —— 对流层的一粒 “海盐”，可能在平流层掀起 “臭氧风暴”。这不仅是对气候干预技术的科学警示，更是对人类认知的一次刷新：在地球系统的复杂网络中，任何人为扰动都可能触发意想不到的 “蝴蝶效应”。唯有秉持全局观，方能在应对气候变化的挑战中，走出一条真正可持续的路径。
