潔淨船運，熾熱地球：意想不到的氣候轉折

全球為減少船運硫汙染所做的努力，無意間促成了近期地球的暖化，這也為評估諸如海洋雲層增亮等太陽地球工程策略的複雜性提供了新的見解。

2020年，國際海事組織（IMO）實施了嚴格的法規，降低船用燃料中的硫含量。這些改變旨在減少硫酸鹽氣溶膠和二氧化硫的排放，這些汙染物與哮喘、肺癌和心血管疾病等嚴重健康問題相關，同時改善沿海和港口地區的空氣品質。潔淨燃料雖提升了空氣品質，但也降低了低層海洋雲層的反射率。以往，船舶廢氣中的氣溶膠顆粒能使這些雲層變亮，增強其反射陽光的能力，從而冷卻下方的海洋。隨著硫汙染減少，這種冷卻效應也隨之減弱，使得更多陽光得以加熱海洋表面。

不久後，觀察者注意到船跡雲減少了。船跡雲是大型船舶尾跡中形成的獨特、明亮白色線性雲層，其減少讓更多陽光加熱海洋表面。然而，使用傳統氣候模型量化增加的陽光對海洋表面的暖化效應頗具挑戰，因為這些模型無法很好地呈現雲層。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）化學科學實驗室的專案負責人兼該研究的共同作者格雷厄姆・芬戈爾德表示：「雲層是最瞬息萬變的自然現象之一，它們在天空中飄移時時刻刻都在變化。如何設計一個實驗來理解它們對地球表面溫度的影響呢？」

NOAA的科學家們嘗試了一種新方法，利用人工智慧（AI）和機器學習強大的模式識別能力，捕捉並再現控制雲層形成的複雜物理和化學過程，揭示這些船舶引發的反射陽光雲層曾經產生的真實氣候影響。在《自然》旗下期刊《通訊地球與環境》發表的一項新研究中，研究人員報告稱，在東北和東南太平洋以及非洲海岸外的東南大西洋繁忙航線上，反射性船跡雲的減少導致了一定程度的全球暖化效應。

這一估計與近期發表的幾項研究結果一致，這些研究指出，雲層反射率更廣泛的降低可能是2023年全球平均氣溫創紀錄的原因之一。相關研究發現，北半球中緯度和熱帶地區的低層雲減少，尤其是在大西洋上空，2023年該地區觀測到了最異常的氣溫紀錄。

該研究主要聚焦於航運業對層積雲亮度降低的影響。研究的主要作者、科羅拉多大學博爾德分校CIRES在NOAA CSL的研究科學家張建豪表示，與其他因素（如其他來源的顆粒物質減少或全球暖化導致的低層雲減少）相比，IMO 2020法規對這種暖化的貢獻程度仍不確定。張建豪及其共同作者認為，這項研究的重要之處在於，AI成功地從非常嘈雜且高度變化的氣候資料中提取出了可靠的訊號。

船跡雲是硫酸鹽氣溶膠與低層海洋雲層相互作用的產物。這些氣溶膠充當高效的雲凝結核，增加了雲滴形成的位置，提高了船舶航線上雲層的反射率。這與海洋雲層增亮的概念機制相同，該氣候幹預方法建議透過向大氣中噴灑海鹽氣溶膠而非硫酸鹽顆粒來增加海洋雲層的反射率。因此，船跡雲被視為海洋雲層增亮的直接類比物件。

為了估計這些船跡雲曾經的冷卻效應，研究人員使用2020年之前從衛星收集的多年全球雲層觀測資料，對一個神經網路集合進行了訓練，這些資料來自太平洋和大西洋的三個主要航運走廊，這些地區船跡雲最為普遍。然後，神經網路被要求模擬2020年之後的觀測記錄，就好像IMO 2020法規從未實施一樣，從而生成一個一切照常的情景。

張建豪表示，將AI生成的一切照常資料集與2020年之後的實際雲層觀測結果進行比較，有效地消除了資料中自然變化的嘈雜背景，揭示了變化的訊號。這一分析中最關鍵的部分是用於訓練和比較資料集的多年雲層特性資料記錄，這些資料由搭載在美國國家航空航天局（NASA）Terra和Aqua衛星上的中解析度成像光譜輻射計（MODIS）和雲與地球輻射能量系統（CERES）儀器在2020年前後收集。沒有這些長期資料記錄，AI就無法區分船舶引發的雲層和自然雲層變化。

張建豪表示，簡而言之，無論是有意為之還是因氣候變化導致的雲層反射率變化，都難以在自然變化之上被檢測到，這一發現對評估海洋雲層增亮的潛力具有直接影響。NOAA目前正在對平流層和海洋邊界層進行先進的建模、實驗室和觀測研究，以幫助填補科學界對氣候系統理解的重要空白，包括研究如何有效評估太陽地球工程技術，如海洋雲層增亮。NOAA並未進行太陽輻射修改方法或技術的現場測試或部署。

芬戈爾德補充道，任何海洋雲層增亮的戶外測試都將面臨可檢測性的真正挑戰。為了證明其是否可行，這可能需要比通常考慮的規模或時間範圍更宏大的測試。

參考文獻：Jianhao Zhang、Yao - Sheng Chen、Edward Gryspeerdt、Takanobu Yamaguchi和Graham Feingold所著《2020年船用燃料法規的輻射強迫效應大但難以檢測》，2025年1月13日，《通訊地球與環境》。DOI: 10.1038/s43247 - 024 - 01911 - 9