亚热带海洋云亮化技术对厄尔尼诺-南方振荡的显著抑制效应及其气候干预意义

这篇研究通过气候模型模拟揭示了两种太阳辐射管理（SRM）策略——平流层气溶胶注入（SAI）和海洋云亮化（MCB）——对厄尔尼诺-南方振荡（ENSO）的差异化影响。研究发现，在亚热带东太平洋实施的MCB通过增强云反照率、触发大气下沉和强化信风，使ENSO振幅降低61%，而SAI几乎无影响。该成果强调了气候干预策略选择对区域气候变异性的深远影响，为全球变暖治理提供了关键科学依据。

　　

引言

全球变暖对生态系统和人类社会构成严峻威胁，而减排和碳移除的局限性促使太阳辐射管理（SRM）成为潜在解决方案。其中，平流层气溶胶注入（SAI）和海洋云亮化（MCB）是两种主流SRM方法，但二者对关键气候模态ENSO的影响尚不明确。ENSO作为全球气候变率的核心驱动力，其变化将直接影响极端天气、海洋生态和经济活动。

研究方法

研究基于社区地球系统模型（CESM2）的10成员集合模拟，对比了SSP2-4.5情景下SAI与MCB的ENSO响应。MCB实验通过增加亚热带东太平洋边界层云滴浓度（CDNC至375 cm^-3）模拟亮化效应，而SAI通过热带硫化物注入模拟火山冷却效应。采用混合层热收支分析量化ENSO反馈机制，并评估大气静力能（MSE）和热力学稳定性变化。

关键发现

ENSO振幅的剧变：MCB使ENSO冬季振幅降低61%，而SAI无显著影响。功率谱分析显示MCB几乎消除了ENSO的2-7年周期信号（图1）。MCB通过冷却 subtropical 东太平洋（降温>5°C），触发MSE损失和信风增强，进而抑制所有海气反馈过程（图2）。

动力机制解析：

1. 云反照率效应：MCB区域短波辐射减少80 W/m²，直接导致表层冷却（图3b）。

2. 大气环流重组：冷却引发Gill响应，增强 trade winds 并西移对流，形成类拉尼娜态（图3d）。

3. 海洋反馈削弱：混合层分析显示，纬向平流反馈（主导ENSO发展的过程）强度降至参照实验的1/5（图2a）， thermocline 反馈因斜温层加深而减弱。

对比SAI的无效性：SAI的全球均匀冷却未能改变热带太平洋 mean state，ENSO变率保持基线水平（图1b）。

讨论与意义

研究首次揭示MCB对ENSO的抑制作用远超SAI，这一差异源于区域强迫的 non-uniform 特性。MCB引发的 subtropical 冷却通过 WES（风-蒸发-SST）机制放大热带响应，而SAI的 diffuse 强迫缺乏此类 teleconnection。值得注意的是，MCB虽可能缓解ENSO相关极端事件，但其对海洋生态（如秘鲁上升流区生产力）和 termination shock 的潜在影响仍需评估。

局限与展望

CESM2可能高估云敏感性，但多模型研究（如Rasch et al. 2024）支持 subtropical MCB的拉尼娜态倾向。未来需探索非敏感区MCB部署方案，以平衡降温需求与气候变率扰动。

（注：全文数据及图表均引自原文，无新增结论。）