【热点解疑】利用冰云能给地球降温吗？

河北日报、河北新闻网通讯员孙楠、谢盼 记者邢杰冉

河北省气象局80后高级工程师史湘军研究的冰云中冰晶核化参数化改进方案，今年3月被美国国家大气研究中心（NCAR）全球大气环流模式CAM5.4版本采用。CAM模式是当前国际上应用于气候研究最好的模式之一。这离他的梦想——利用冰云给地球降温，又近了一步。

冰云相当于地球外层的一床“被子”

“冰云能够吸收和再放射地表发出的长波辐射，对地表起保温作用。”在史湘军看来，冰云相当于地球外层的一床“被子”。“冰云和二氧化碳一样，能够对地球气候产生影响。”

冰云到底是什么？史湘军说，冰云是完全或几乎完全由冰晶所组成的云，面积较大，能够存留几个小时甚至几天。

在现有的理论认识中，冰云形成机制分为两类。一为同质核化，液滴冻结生成冰晶；二为异质核化，水汽碰撞到不可溶颗粒物上，形成冰晶。“同质核化形成的冰晶往往每升有上千个，异质核化形成的往往只有十几个。”史湘军解释，这意味着，从理论上说，发生同质核化时，冰晶数浓度高，相当于“厚被子”；发生异质核化时，冰晶数浓度低，相当于“薄被子”。

“冰云厚，地表长波辐射难以穿透，热量都被阻挡在大气层内，对地表起保温作用。相反冰云变薄后，辐射很容易就能穿透冰云射向太空，热量得到释放，温度也随之下降。”史湘军的最终目的，是利用冰云形成过程中异质核化与同质核化的竞争关系，加入异质核化所需的不可溶颗粒物或碎小的冰晶，阻碍同质核化，使其多发生异质核化，把“厚被子”变薄，给地球降温。

“二氧化碳对气候的影响，科学家已经研究得较为透彻。但在大气环流模式中，对冰云的模拟还是一个薄弱环节。”史湘军说。

2012年，史湘军申请到了国家自然基金青年基金，设计气候模式中的冰晶核化参数化方案。2014年，在美国怀俄明大学攻读博士后期间，在导师的指导下，他分析了大量的冰云观测资料，并利用自己编写的冰晶核化气块模型深入研究冰云的演化发展过程。

经过与观测的高云云量、冰晶数浓度等进行对比，NCAR评估认为，引入史湘军改进后的参数化方案，模式模拟结果较之前更为准确和合理，最终将其纳入CAM模式的5.4版本中。

通过播撒冰晶粒子给地球降温

“冰云所在的高空，温度低达-60℃，冰晶粒子不会融化，相对于沙尘等，在冰云中播撒冰晶粒子使其多发生异质核化更为容易。”史湘军未来的研究规划，就是模拟分析人工播撒冰晶粒子对地球表面的降温效果。

这属于地球工程中太阳光辐射管理方案的一种。太阳光辐射管理技术因其成本低、见效快，受到广泛关注。例如，向平流层播撒沙尘等不可溶颗粒物，不仅计算机模拟的降温效率十分明显，而且实践也已经证明，如火山灰在平流层扩散达到的降温效果。但是，这一方法会使天空变得灰暗，将给生态系统带来巨大风险。

“而在冰云中加入冰晶粒子的方式，比在平流层播撒不可溶颗粒物效率更高、对环境影响更小，同时冰云消散快，可以解决局部降温问题。”史湘军认为。

史湘军被NCAR所采用的方案，能够初步分析人工播撒冰晶粒子的降温效果。经估算，在冰云中添加很少的冰晶，如每升添加几个，其降温效果等同于在平流层中播撒大量沙尘等气溶胶颗粒。他说：“这也就是说，在冰云中播撒冰晶，对地球降温能起到四两拨千斤之效。”

从理论上说，这一做法并不难，“飞机带上几吨冰块，在高空中打成非常碎的冰晶，播撒出去即可。”史湘军表示，“如果在国际航班飞行线路上作业，其成本几乎为零。”

不过他也坦言，一个工程想要实施，需要经过严格的科学论证，这是个漫长的过程。他目前所做的研究，就是在太阳光辐射管理技术方面做好科技储备，当出现急剧破坏性的气候变化如全球变暖超过2℃接近4℃时，可以将利用冰云降温作为应急方案。

至于在冰云中播撒冰晶是否会产生其他不良影响，史湘军坦言：“靠自己的知识背景目前还无法准确预测，希望这个冷门研究受到越来越多的关注，吸纳其他领域的科学家共同研究。”