太阳辐射干预对亚非季风区未来热浪风险与人群暴露的缓解潜力研究

本研究针对温室气体排放导致的全球升温加剧亚非季风区极端热浪风险的问题，评估了平流层气溶胶注入（G6Sulfur）和太阳辐射减弱（G6Solar）两种太阳辐射管理（SRM）策略对南亚、东亚和西非季风区温度及热浪特征的调控作用。结果表明，SRM能显著降低平均温度、最高温度和最低温度，使热浪频率、持续时间和强度分别减少超过20天、10天和1.0°C，并通过减少大气水汽和向下长波辐射驱动降温效应，大幅降低未来人群热暴露风险。

　　

随着温室气体排放持续增加，全球地表温度正以前所未有的速度上升，预计到本世纪中叶将超过工业化前水平1.5°C的阈值。然而，全球平均温度上升的背后隐藏着显著的地区差异——许多陆地地区，特别是热带和亚热带地区，已经经历了超过1.5°C的升温。亚非地区，包括西非季风区（WAM）、南亚季斯区（SAM）和东亚季风区（EAM），由于人口密度高、社会经济暴露度高和适应能力有限，显得尤为脆弱。

在人为变暖的最显著表现中，极端高温事件特别是热浪正在全球范围内增加其频率、强度和持续时间，亚非地区也不例外。这些事件对人类健康和生存构成越来越大的威胁，通过降低农业生产力威胁粮食安全，破坏生态系统功能，损害关键基础设施系统的韧性，并增加野火风险。2015年南亚致命热浪导致超过3500人死亡，2022年事件则以其广泛的时空范围和持续时间标志着极端热事件的加剧。

面对极端高温的升级风险，越来越多的科学关注转向气候干预策略，特别是太阳辐射管理（SRM）。SRM包括一系列旨在通过改变地球辐射平衡来暂时抵消人为变暖的建议技术，从而降低全球和区域温度并抑制极端事件的强度。其中，平流层气溶胶注入（SAI）和太阳辐射减弱（SRD）是研究最广泛的两种方法。SAI涉及向平流层有意注入二氧化硫（SO₂）形成硫酸盐气溶胶，反射入射太阳辐射；SRD则探索基于太空的技术，如镜子或遮阳伞，在太阳辐射到达地球大气之前偏转一部分入射太阳能。

尽管已有研究表明SAI和SRD都能降低全球平均温度和调节极端温度，但它们对热浪特征的影响，特别是在气候脆弱区如亚非季风区，仍未得到充分探索。此外，SRM引起的变化的物理机制及其对人群暴露的影响也受到有限关注。本研究通过评估SRM对亚非季风区平均和极端温度以及热浪特征的影响，进一步考察这些变化的物理驱动因素，并量化由此产生的人群暴露变化，填补了这些知识空白。

研究人员利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）下的地球工程模式比较计划（GeoMIP）模拟数据，聚焦中未来（2040-2069年）和远未来（2070-2099年）的北半球夏季季风季节（6-9月），分析了四种地球系统模型（ESMs）在G6Sulfur和G6Solar实验中的表现。研究使用每日平均、最高和最低近地表气温以及相对湿度等数据，结合NASA社会经济数据和应用中心（SEDAC）提供的人口数据，评估了三种热浪类型（白天热浪、夜间热浪和复合热浪）的频率、持续时间和强度，并计算了致命热应力温度（T_h）以更好地反映人类健康影响。

通过表面能量收支分解法和水分收支方程，团队诊断了温度变化的物理机制，发现SRM引起的降温主要源于净向下表面辐射的减少，特别是晴空向下长波辐射的降低，这与大气水汽减少有关。水分收支诊断进一步表明，大气水汽辐合的减少主要由热力学过程（特别是比湿度）调节。

研究结果显示，与高排放情景SSP5-8.5相比，G6Solar和G6Sulfur均能显著降低亚非季风区预计的平均、最高和最低温度升幅，远未来一些地区的降温超过3°C。所有热浪特征的频率、持续时间和强度也显著降低，分别减少超过20天、10天和1.0°C。表面能量收支诊断表明，温度降低主要源于净向下表面辐射的减少，这很大程度上是由于与大气水汽减少相关的晴空向下长波辐射减少。水分收支诊断进一步显示，大气水汽辐合的减少由热力学过程（特别是比湿度）调节。最后，两种SRM方法都导致所有热浪类型的人群暴露大幅减少，尤其是在远未来。

这些发现表明，SRM有助于缓解未来与热相关的健康风险，并减轻亚非季风区城市基础设施的压力。然而，研究人员也指出SRM可能带来的权衡，如降水减少可能加剧水资源短缺并对农业生产力产生负面影响，以及SRM终止后可能引发的突然和严重变暖等风险。因此，SRM不应被视为减排或持续适应能力投资的替代品，而应被视为更广泛、更公平的气候应对策略组合中的潜在补充。

该研究发表在《Sustainable Cities and Society》期刊上，为理解SRM在脆弱地区的潜在效益和风险提供了重要科学依据，对制定区域特异性气候适应和减缓策略具有重要指导意义。