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大气棕色云的危机

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庞大的棕色云团正在亚洲各地的损害人们的呼吸系统,影响全球变暖,甚至加剧洪灾和旱灾。但是它的危害到底有多大,科学家们仍然没有定论。

从太空看地面总会有些特别的发现。就像那个著名笑话说的,美国的间谍卫星拍到了福建土楼的照片,还以为那是新型的导弹发射井。大气棕色云的发现也有些相似。1999年,联合国环境署的印度洋实验(INDOEX)科学项目,从太空中发现了印度洋上漂浮着一个巨大的棕色云团,厚度达到3000米,覆盖的范围和中国国土面积差不多。这个云团是由什么组成的?人们从地面和大气中作了采样分析,发现它由一些微小的碳颗粒构成,还有一些硫酸盐、硝酸盐和铵盐等。这些微粒来源是不完全燃烧的煤炭、汽车尾气以及农田上燃烧秸秆产生的烟雾。其实这些微粒我们早就很熟悉了,它们组成了城市上空的灰霾。

小标:从灰霾到棕色污染云

灰霾一直是城市的痼疾。2008年3月10日,广州市陷入了浓重的灰霾,高速公路上的汽车甚至白天也要开着大灯,人们以为北方的沙尘暴吹到了珠三角。无风的天气使得聚集在城市上空的烟尘无法散去。这不是雾,而是来自工业排放和汽车尾气的颗粒,它们烧灼着市民们的肺。据《广州日报》报道,每逢灰霾天气,去医院看呼吸系统疾病的人就要增加15%,空气污染也正在取代吸烟成为肺癌的主要病因――虽然吸烟率在下降,肺癌发病率却随着空气质量的恶化而增加。而灰霾的危害遍及全国。北京、上海、杭州、南京、成都都是灰霾的重灾区,“天总是灰蒙蒙的”。世界卫生组织关于空气中悬浮微粒的标准是20微克,但是中国 99%以上的大城市都高于这个标准。

城市中的灰霾并不是新鲜事。700多年前的北京城和伦敦就有过燃煤引起的空气悬浮颗粒污染,13世纪时英王爱德华一世还曾因此暂时禁止燃煤。自从工业革命以来,灰霾和城市一起成倍成长。1952年在伦敦爆发了烟雾事件,导致4000人在4天内死亡,而后又有8000人死于呼吸道疾病。1953年,洛杉矶的光化学烟雾也使得约200人丧身。但是这些污染似乎限于工业集中的城市。人们以为,只要搬到远离污染的郊区,或者把工厂迁到远处,就可以保证城市的空气清洁。事实上,大多数的工业国家在20世纪下半叶都采取了这种办法。但是随着城市规模和数量的增长,这些悬浮颗粒开始聚集成大陆尺度的棕色云团。随着人们开始研究全球变暖,灰霾以另一种身份进入了人们的视野。

灰霾的新名字叫做“黑碳气溶胶”,人们发现它的影响不止限于城市,而是影响了全球的气候。气溶胶指的是悬浮在大气中0.01~10微米的固体和液体微粒,因为这个大小的颗粒会形成胶体,既不会溶化在空气中,又不会像沙尘一样在短期内沉降下来。人们最初的研究认为,这些由不完全燃烧形成的碳颗粒气溶胶能够在一定程度上抵消全球变暖。因为棕色的云团能够遮挡阳光,如果没有它们,气候变暖将要比现在明显得多,这倒算是因祸得福了。但坏消息是,它可能沉积到冰川表面,加速冰川的融化。

小标:黑碳污染抵消南水北调

另一项研究的结果对中国来说更重要:黑碳气溶胶可能加剧中国南方的洪水,同时导致北方的干旱和沙尘暴。这是因为它会削弱对中国性命攸关的东亚季风。

东亚季风带来了中国文明的繁荣,这个说法并不过分。受大气环流的影响,世界同一纬度的其他地方大多是沙漠:从撒哈拉、中东到加里福利亚。只有中国东部,在东亚季风的影响下获得一片绿色:夏季乃至半年的时间里,季风从太平洋带来了丰沛的雨水,非常有利于农作物的生长。

东亚季风的动力来源于陆地和海洋的温差,但是黑碳气溶胶会让这个温差减小。黑碳形成的棕色云团会阻挡阳光,让陆地温度降低,而夏季陆地的温度升高比海洋快是季风形成的主要动力。2008年,气象学家孙家仁等使用公用气候系统模式(CCSM)模型,对中国海陆上空的大气流动进行了模拟,发现陆地会因为黑碳气溶胶降温0.5摄氏度左右,而海水表面温度会升高。这个温差并不会使得夏天更凉爽,却会让东亚季风减弱,让中国的降雨失去平衡。

东亚季风的减弱会抵消掉南水北调的功绩。中国北方近10年来遇到了持续干旱,北京的十三陵水库甚至需要长期从下游抽水维持水位。东亚季风的减弱,会让中国的水资源分配更加不平衡,湿润的夏季风深入中国北方的时间越来越短,更多的时间是停留在长江流域一带。中国南方的洪涝灾害,如1998年的洪水被认为是厄尔尼诺的结果,但是减弱的季风带来的大量降水,可能使灾害更加严重。2006年国家新立项了“中国大气气溶胶及其气候效应”项目,目的就是要准确研究黑碳气溶胶的气候效应。

小标:迷雾中的黑碳研究

但是黑碳气溶胶与气候关系的研究才刚刚开始,很多基本的问题都没有弄清。

首先,黑碳究竟会增强还是减弱温室效应,这个问题都没有确切的答案。科学家们最初认为棕色云团遮蔽了阳光,作用就像让恐龙灭绝的小行星撞击升起的烟雾一样;但是2001年雅各布森(M Z Jacobson)在自然杂志上发表了不同的看法,认为黑碳颗粒的黑色表面会比地面更强烈地吸收太阳光,结果就是加剧了温室效应。当时的美国总统布什就把雅各布森的文章当做论据之一,认为《京都议定书》上只谈到了二氧化碳的排放,没有考虑到黑碳的温室效应,所以拒绝在上面签字。至今科学家们仍然在为黑碳的温室效应而争论,但是不知道争论的结果能否影响奥巴马在议定书上签字的手呢?

即使确定了黑碳是增温还是降温,它在全球变暖中仍然是个巨大的变数。不同的模型,得出的黑碳变暖能力相差两三个数量级。因为黑碳会聚集在某些地方形成大气棕色云,不像二氧化碳那样会在全球的大气中均匀分布;大气棕色云团还会因为沉降慢慢消散,在不同的季节会在不同的地方出现,北美和欧洲的云团夏天最明显,亚马逊的云团只在秋天出现,东亚的云团则一年四季都不散去;而黑碳颗粒本身就像活性炭除臭剂一样,会吸收别的气溶胶颗粒,会造成辐射吸收率的不确定。不确定因素这么多,要准确预言黑碳对气候变化的影响,并不比预测准某一场英超的进球数容易。

对黑碳的研究越深入,科学家们发现遇到的问题越多:黑碳会使降雨增加还是减少?有人认为它会变成云层的凝结核增加降雨,但是也有人认为它会减小雨滴大小,最后让降雨减少。甚至对于黑碳的分布和排放也没有准确的数据,人们只是根据各国的能源使用,得出了中国是黑碳排放第一大国的结论。但是黑碳污染的治理,不会等待一切研究得出结论之后再进行,即使不考虑对气候的影响,生活在终日灰蒙蒙的城市里也会让人对生活失望。