地球工程国际研究发展态势及现状——以冰川保护为例

地球工程作为应对气候变化的潜在备选方案,旨在控制全球变暖速率,抵消人为因素对气候变化的影响。本文基于文献计量学,从发文量、国际合作、高频词等角度系统分析了国际地球工程领域科技前沿的发展态势。近年来,地球工程领域的科学研究整体呈增长趋势,中美英等国在该领域处于世界领先地位,具有较强的科研水平。现阶段的地球工程研究主要停留在模型模拟及评估阶段,大部分研究缺乏实测和分析数据,且地球工程方法技术可能对自然环境和社会存在威胁。太阳辐射管理技术会对全球和区域气候模式存在潜在威胁,而二氧化碳移除技术的问题主要是其可能的意外环境后果,以及对地球气候系统长期影响的不确定性。此外,冰川地球工程正逐渐成为冰冻圈学科和全球变化领域新兴的研究方向,已借助地球工程原理,在极地冰盖和少数山地冰川开展应用研究,但大多是数值模拟和方案设计,少数进行了实地试验。在未来,地球工程研究重点依赖于针对实验工作的资金技术支持,以期改进建模和为技术分析提供实测和理论基础数据,促使地球工程脱离现有的模型模拟阶段,开展大规模商业化示范。地球工程发展需要伦理道德规范,结合我国能源转型战略,有可能基于国际跨学科合作开发和部署以保护环境和改善人类福祉。

论消极革命与地球工程

作为应对气候危机之技术方案的地球工程蕴含绿色资本主义的意识形态向度以及技术万能论的技术向度。从消极革命视角看,地球工程在物质层面上是为了缓解资本主义的第二矛盾,即造成气候危机的生产关系(及生产力)与生产条件之间的矛盾;它在政治关系层面上则是为了强化自由主义霸权;而在军事层面上则是为了维持全球军事霸权。我国应对气候变化的社会主义生态文明建设是超越地球工程的理想方案,理由有三:物质层面上,社会主义生态文明建设坚持人与自然气候和谐共生的生命共同体思想;政治关系层面上,社会主义生态文明建设强调以习近平新时代中国特色社会主义经济学思想为指导应对气候危机;军事层面上,社会主义生态文明建设追求应对气候危机的总体国家安全观。

基于后果主义的地球工程不公平风险分析及对策

地球工程是少数在实施之前就引起广泛伦理争论的新兴技术之一,但目前有关研究对于地球工程潜在风险本身的成因及其伦理问题较少关注,特别是对其中的不公平风险。为此,基于布鲁姆的公平理论,剖析得到实施地球工程潜在的不公平风险包括可能对气候变化责任较小方造成不成比例的伤害、实施成本可能给后代带来负担以及实施中可能产生排他性决策。对于这些不公平风险,通过改进技术设计、政治策略和补偿等基于后果主义的解决方案都是不足的,且由于地球工程研究及其实施对不同区域和个人群体施加了不同程度的风险,因此,需要一种基于非后果主义——风险过程分析的解决方案,即将风险视为被公平分配的对象,从风险产生根源开始考量风险的预防措施,并对预期风险进行合理分配,以最大程度地解决其潜在的不公平问题。此外,基于风险的分配框架强调实施地球工程时参与性决策的重要性,因此,政策制定者和管理者应考虑制定地球工程的全球治理框架,加强国际合作与协调,确保所有利益相关者参与决策过程。

气候地球工程的政治影响

气候地球工程是应对气候变化的科学项目,却由于政治力量的介入而难有进展。气候地球工程相关的科学研究需要国际制度框架进行支撑:达成全球共识,签订新的国际条约;建立新的国际机构,进行有效监督和管理。现有的国际环境法对气候地球工程的约束既缺乏体系性又缺乏有效性,大规模的商业化气候地球工程项目扰乱了正常的科研秩序,使生态环境面临严重的风险。气候地球工程的实施关系各国的切身利益,将演变成各国之间的利益博弈。气候地球工程可能使某些国家的节能减排意愿和决心有所动摇。气候地球工程的成本尚无法确定,国家间、不同世代间的成本分担问题仍然无法解决。气候地球工程可能成为战争利器,还有可能引发包括饥荒、疾病在内的各类灾害,造成经济危机,甚至引发区域性战争,进而威胁国家安全。

1.5℃温控目标下地球工程问题剖析和应对政策建议

《巴黎协定》引入了全球应对气候变化的1.5℃温控目标,但是没有就其实现路径做出清晰安排。实现1.5℃目标对全球减排提出更高要求,各国自主贡献目标距离该目标有较大差距,常规减排技术和政策也很难完成任务。在此背景下,国际上有关地球工程的讨论日渐升温。《巴黎协定》实际上已经包含了人工造林,碳捕获与封存/碳捕获与利用技术(CCS/CCUS),生物质能利用加CCS(BECCS)等负排放技术,这些都是地球工程范畴的碳移除技术(CDR),除此之外,更具争议性的太阳辐射管理(SRM)技术也引起更多关注。地球工程作为非常规技术选项,在1.5℃目标下的影响评估、技术选择、伦理学和国际治理等一系列问题的研究和探讨都十分必要。本文在分析和探讨上述问题的基础上,就中国应重视和加强地球工程研究与应对提出一些政策建议,指出要将地球工程纳入中国应对气候变化战略大框架,围绕1.5℃目标加强地球工程科学研究,并积极参与地球工程国际治理,合理发出中国声音。

地球工程的哲学反思

地球工程包含大量会持久存在的不确定性,鲁莽地实施地球工程可能会加剧气候的不稳定性,成为一场新噩梦的开始。我们当代人是否有权来开展这样一项具有巨大不确定性和不可逆性的地球工程?支持地球工程的论证背后隐藏的哲学根源是近代主客二分的认识论和机械论的世界观。在此世界观基础上的地球工程注定是征服性的科技,它需要实现向生态学的价值转向,由说明性、预测性的科学向理解性的科学转向,由只重分析不重综合的科学向分析与综合并重的科学转向,由还原论的科学向说明和理解整体的科学转向,由征服性、扩张性的技术向调适性的技术转向。

“地球工程”作为减缓气候变化手段的几个关键问题

减缓气候变化可以在大的地理尺度上以工程技术手段来实施。地球工程包括所有能源生产和消费以外的、不涉及工业生产过程管理的,在较大的地球尺度或规模上,去除大气中的CO2或直接控制太阳辐射而降温的各种人为的工程技术手段,主要包括三大类:绿色生物技术手段、碳捕获与埋存技术和太阳光辐射额度控制管理技术。这一类地球工程手段有着一系列经济、技术、环境、伦理、安全和不确定性含义。本文就近年来国际上关于地球工程作为减缓气候变化可能技术选择的几个关键问题开展了分析和讨论,涉及概念界定、技术特点、可能影响、治理构架等。作者认为,对于直接作用于碳的地球工程手段,如绿色生物技术手段和碳捕获与埋存技术,风险小、可操控;太阳光辐管理技术,通过人为排放到大气的SO2和气溶胶等的降温效应,来控制地球气温的上升,尽管使用的经济成本可能不高,具有实际操作可能,但其巨大的不确定性和可能的安全含义,需要引起足够的重视。从伦理上看,当代人是否有权来开展太阳光辐管理技术这类具有巨大科学不确定性的地球工程存在争议,在科学不确定的情况下采取任何行动,就失去了伦理学基础。从法律上看,人工干预太阳辐射,即使是科学实验或研究,由于其影响超出了国界,超出了当代人,也超出了人类社会,如果有人采取行动,也存在法律依据上的质疑。人工干预太阳辐射的研究和实施,需要一个国际治理构架。为了防止其他国家单独行动,需要"相互约束"的治理构架——"自我约束"以换取他国同意"自我约束"。鉴于气候变化和光辐管理在科学上的不确定性,目前不宜实施,短期内也不会提上议事日程。太阳光辐管理技术影响的复杂性和气候变化风险的迫切性,需要我们加大科学研究力度,为科学决策提供依据。中国作为一个新兴经济体,世界第一大CO2排放国,地域空间气候条件存在巨大差异性。从减排成本的角度,从气候影响的空间差异性,开展地球工程的科学研究,有着科学、政策和国际气候外交的积极意义。但是,相关的科学研究需要国际制度构架。由于气候变化框架公约及其谈判尚未涉及,需要开展系统科学、技术、经济、法律和国家安全等方面的相关研究,提高科学认知度,为国际谈判和政策选择提供决策依据。

气候变化背景下地球工程研究的国际管制探析

在应对气候变化日益紧迫、国际社会减排协议难以落实的情况下,通过人为干预影响气候的地球工程技术引起了一些科学家的关注。目前地球工程技术的研究还处于初始阶段。由于地球工程技术本身的复杂性和不确定性,地球工程方案影响的全球性和非均衡性,以及地球工程可能引发的道德风险困境等原因,有必要加强对地球工程研究的管制。在当前情况下,达成统一的地球工程研究管制机制尚不成熟,但有必要形成地球工程研究的国际规范。减少二氧化碳排放是国际社会应对气候变化问题的首选,地球工程研究不应该成为延迟减排的借口。

地球工程的全球治理:理论、框架与中国应对

为应对气候变化的严峻挑战,科学家提出地球工程的概念,探讨通过超常规的大规模工程技术手段改变气候系统的可能性,成为气候变化领域研究的新热点。地球工程是诸多复杂技术方案的总称,根据不同作用机理,将其分为太阳辐射管理(SRM)和碳移除(CDR)两大类。地球工程在降低地球平均温度的同时也带来新的风险,引发全球治理的难题。面对影响人类共同利益的未知领域,各国纷纷启动相关研究项目,陆续开展多领域科学评估,且部分CDR项目已经开展商业化示范,地球工程全球治理的实践也拉开帷幕。地球工程影响的全球性、外部性决定了其治理需要全球共同努力,其综合影响的复杂广泛和不确定性决定了其治理是一个跨领域、多平台、多主体、多层次的治理体系,而其特殊的经济学属性使得全球治理面临着供给方案、两难选择、道德风险、区域和代际公平等诸多的困境和挑战。地球工程的全球治理框架需要明确原则、对象、目标、主体、平台、制度和机制等基本要素,需要在现有机制基础上,建立联合国框架下的多平台协同治理机制,以科学共识推动政治进程,并把握关键时间节点。面对地球工程议题,中国应以可持续发展理念和生态文明思想为指导,在正确认识其风险特性的基础上,科学地将其纳入应对气候变化大框架,并坚持多边主义立场,深度参与地球工程的全球治理,维护人类命运共同体。

气候地球工程的伦理原则探析

作为应对气候变化而大规模干预地球自然系统的一种干预行为,气候地球工程必须在一定的伦理原则指导下进行。目前,与气候地球工程相关的原则主要是"牛津原则",其内容包括公益、公众参与、信息公开、独立评估和治理优先。但该原则偏重治理而不是伦理,伦理原则是优先于治理原则的,因为治理原则是工具指向的,而伦理原则是目的指向的。在伦理上,气候地球工程应当遵循减排优先原则、谨慎应用原则和风险预防原则。

地球工程的研究进展简介与展望

地球工程是指为了应对气候变化及影响,人们采用的有计划、大规模改变地球环境的行动。梳理了地球工程的背景、定义和当前地球工程研究涉及的主要领域,从地球工程的机理、工程方案、风险评估以及气候伦理、国际治理等方面综述了地球工程的研究进展。对地球工程在国际应对气候变化行动的大背景下的前景进行了分析,指出中国应在地球工程研究领域中承担起应有角色。

CMIP6地球工程模式比较计划(GeoMIP)概况与评述

太阳辐射管理地球工程是应对气候变化的备用措施。地球工程模式比较计划(GeoMIP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的重要组成部分。GeoMIP设计了一系列理想化地球工程试验,包括直接减少太阳辐射强度、向平流层注入硫酸盐气溶胶、向海表上空云层注入气溶胶凝结核、增加海水反照率等。在GeoMIP的统一模拟框架下开展地球工程模拟试验,进一步揭示了不同地球工程措施对全球气候的影响和作用机理,从而帮助我们更好地认知气候系统对地球工程的响应过程。更多的中国气候模式参加GeoMIP将提升我国在地球工程研究和国际气候谈判中的国际影响力和话语权。

海洋地球工程的研究进展与相关国际法探析

全球气候变化及其引发的负面影响是当今人类面临的最大挑战之一,地球工程因被认为是减缓甚至扭转气候变化的切实可行的方案之一而备受关注。为推动地球工程技术的发展和相关国际法的完善,文章分析海洋施肥、人工上升流、人工海洋碱化、海洋云增白和海底造墙5种海洋地球工程的技术原理、研究进展及其在具体实施中对现行国际法的挑战。研究结果表明:无论是处于理论模拟阶段还是处于实验阶段,上述海洋地球工程技术都显示其减缓气候变化的潜力,同时也存在对海洋环境和人类生活的潜在风险;由于科学的不确定性和国际法的模糊性,各项技术在实际应用中都存在与国际法的冲突或适用问题,但目前从科研实践角度分析具体技术涉及的相关国际法问题的研究较少;虽然应在国际法框架下进行探索性研究,然而目前有关地球工程技术的国际法在理论研究和实践应用中仍存在很多争议。因此,必须加强对地球工程技术的研究,将技术风险降到最低,并在科学探索中做好环境基线研究,完善技术探索的环境影响评估方法;随着旨在减缓气候变化的小规模地球工程研究得到越来越多的支持,更应明确地球工程技术在国际法中的地位,建立合理的法律框架,推进国际法的改进。

地球工程对中国极端降雨致灾人口风险的影响研究

在地球工程对中国极端降雨致灾因子危险性影响的研究基础上,采用BNU-ESM模式的地球工程(G4试验)和非地球工程(RCP4. 5)日值降雨数据,以日均值降雨量的95%分位数定义极端降雨事件。同时结合IPCC SSP3情景下的中国分省人口数据,评估了中国极端降雨灾害受影响人口风险,并对两种情景下的风险进行对比分析。结果表明:地球工程能够有效降低中国整体极端降雨灾害受影响人口风险,且实施期间的降低作用高于实施结束期。两种情景下中国极端降雨灾害受影响人口风险的区域差异增大,地球工程未能改变中国极端降雨灾害受影响人口风险的相对格局,表明在当前Geo MIP模式设定的地球工程实施当量下,人类能够有效降低气候变化风险,且不影响区域气候相对格局。

地球工程对中国未来降雨时空分异格局的潜在影响(2010-2099)

《巴黎协定》确定的1.5℃和2℃温控目标下,全球减排压力剧增,因此地球工程温控手段被多次讨论。针对地球工程中讨论最多的太阳辐射管理,基于BNU-ESM模式的地球工程(G4实验)和非地球工程(RCP4.5)两种情景,以2010-2099年中国日值降雨量数据对两种情景下的中国降雨量时空分布及其差异进行统计分析。结果表明:(1)在时间序列上,地球工程有利于中国整体降雨量的增加。2010-2099年和2020-2069年两种情景下的中国降雨量呈增加趋势,且2010-2099年地球工程情景下的降雨量增加趋势大于非地球工程,而2020-2069年两种情景下变化趋势的相差幅度不大。2070-2099年,地球工程实施结束后,地球工程情景下的降雨量呈增加趋势,而非地球工程呈减少趋势;七大地理分区的降雨量变化趋势在地球工程情景下高于非地球工程。(2)在空间格局上,不同研究时段在两种情景下的中国降雨量空间分布相似,仅面积分布有所不同。地球工程实施期间多数地区降雨量减少,地球工程结束后的2070-2099年降雨量明显显著。(3)2010-2099年地球工程情景下的降雨量呈增加趋势的面积多于非地球工程,尤其是2070-2099年地球工程实施结束后中国降雨量增加区域明显增多。降雨量波动特征在地球工程情景下相比非地球工程整体有所减小,地球工程情景下的中国降雨年际变化相对稳定。

地球系统:从过程认识到地球管理——德国地球工程科学计划以及战略构想

经过相当长一段时间的酝酿讨论和反复修改完善,德国联邦教育与研究部(BMBF)和德意志研究联合会(DFG)经共同策划制定,于2000年3月正式推出了德国未来10年的大型地学研究计划:<地球工程科学-地球系统:从过程认识到地球管理>.

干旱、洪水和寒冬:适应气候变化和地球工程

2010年的冬天非常冷．是寒冬。为什么会有寒冬．这是不是意味着地球的气候变暖已经停滞了，我们近百年来的气候是不断变暖的，温度是在上升的，现在突然这么冷，是不是意味着以后不会再有那么暖的气候了？

地球工程情景下中国七大区域未来强降水和极端强降水的变化特征对比分析(2010—2099年)

地球工程作为人类影响全球气候的重要工程手段,具有重要的现实意义和科学价值。目前学界在地球工程对极端降水的影响研究方面还处于初始阶段。在这种背景下,基于BNU-ESM模式中地球工程(G4实验)和非地球工程(RCP4.5)情景下的日值降水数据,以95%和99%分位数作为强降水和极端强降水的阈值,分别对比分析两种情景下中国及七大地理分区的强降水和极端强降水在2010—2099年(整个研究时段)、2020—2069年(地球工程实施期间)和2070—2099年(地球工程实施结束)的差异特征。结果表明:(1) 2010—2099年地球工程有利于中国多数地区强降水量和极端强降水量的增加;(2)在实施地球工程的2020—2069年,整体上抑制了中国多数地区强降水量和极端强降水量;(3)在地球工程实施结束后的2070—2099年,地球工程后续影响整体上有利于中国多数地区强降水量和极端强降水量的增加;(4)不同研究时段中国七大地理分区的强降水量和极端强降水量变化趋势均有一定区域差异,且这种差异特征在不同研究时期表现在不同地区。

1.5℃温控目标下地球工程对中国气温影响的区域差异预估

随着全球气候变暖进一步加剧,《巴黎协定》制定的1. 5℃温控目标面临的挑战愈发严峻。采用BNU—ESM模式的地球工程(G4试验)和非地球工程(RCP4. 5)情景下的2010～2099年日值气温数据,对比分析了地球工程实施中(2020～2069年)、实施后(2070～2099年)和整个研究时段(2010～2099年)对中国气温的影响及其区域差异。结果表明:(1)地球工程的实施显著降低了中国年均气温,尤其是地球工程实施的2020～2069年,多数地区的降温幅度超过了0. 75℃,有效缓解了全球气候变暖,地球工程实施前后的对比表明地球工程能够使中国多数地区降低1. 5℃,地球工程有助于《巴黎协定》1. 5℃温控目标的实现;(2)地球工程的实施并未改变中国年均气温气候态和波动特征的空间分异格局,却改变了年均气温变化趋势的空间分异格局,地球工程的实施对中国北方地区年均气温波动特征的影响要高于南方地区;(3)地球工程实施的2020～2069年使得中国多数地区的年均气温趋势减少,减少幅度超过了0. 3℃/10 a,同时地球工程实施前后中国年均气温变化趋势差异明显;(4)地球工程实施结束后并未产生气温的报复性反弹,且对依赖于可预测气候周期的部门生产运营不造成根本性的影响。地球工程对气候影响的讨论,有助于人类科学认识应对气候变暖的多样性措施。