如果在城市的楼顶和全球的无人地区大面积铺设反光材料,能否减缓全球变暖和热岛效应?

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赵泠的回答

。在地球上大面积铺设反光材料是地球工程的一种。在当前技术水平与工业生产能力下,这种工程可期待的规模有限、效果量小,但进行小规模工程实践的难度相对低,天气炎热的大城市可以先安排上。多种地球工程手段可以并用来放大效果。

驱动地表气候的能量来自太阳辐射,一部分太阳辐射可以被在平流层散布的粉尘和二氧化硫、在地面铺设的反光镜、建筑物上的反光涂料、低空大气中(行星边界层以内)的微塑料颗粒之类稀松平常的手段反射回太空。

大气中的二氧化碳可以被散布在陆地上的石粉大量吸收,可以被人工施肥催生的海洋浮游生物大量汲取并送进南冰洋底,可以被液态铀核反应堆的热量分解。

如果极端恶劣天气频发,碳中和、碳捕集措施都不足以将其抑制,阻碍地球工程的各种思想都将溃退,人们将不得不多管齐下去处理太阳辐射。

届时,一部分环保人士将因为在过去十几年间反对地球工程而处于十分尴尬的境地。

可以参照:

如何看待全球1.4万名科学家的联名警告:地球的「行星生命体征」正在恶化,「气候临界点」将很快被冲破?

一些与反光相关的地球工程技术:

辐射冷却

全世界对空调和冰箱的需求不断增长,估计到 2050 年世界上制冷设备的规模将是 2020 年的 3 倍,泄漏的制冷剂和用来给制冷设备供能的化石燃料将成为重大的温室气体来源并破坏臭氧层,需要新的制冷方案。
加利福尼亚大学洛杉矶分校的材料科学家测试了大规模的热辐射降温。
过去数百年里,北非、中东、印度的荒漠地区有许多人已经小规模使用过这技术的原型:日落时,你将水倒入用芦苇隔热的陶瓷托盘。晴朗的夜里,水将热量朝太空放射。早晨,你就得到了非常凉的水,甚至是冰。
现在,科学家使用含铜和银的纳米技术薄膜将热辐射最大化,该薄膜对光的反射率超过 99%,其红外辐射的波长适合直接穿透地球大气。即使在正午的阳光下,这东西也可将包裹的物体的温度降低到比气温冷 10 摄氏度。这可以在没有电力和燃料供应的情况下冷却火箭、管道、各种面板和建筑物。其条件就是对准晴朗的天空。这种纳米材料也可加入涂料,粉刷到建筑物上。
辐射冷却可以产生温度梯度并拿来发电——就像挪威在森林里测试过的“星光发电机”和斯坦福大学的研究团队测试过的热传导发电机与辐射冷却模块那样。斯坦福大学的装置安装在民宅房顶后在夜间每平方米可以产生 2.2 瓦电功率,能量从周围的空气里取得,废热辐射向太空。

冰川隔热毯

二十世纪八十年代起,全球范围内的冰川消融速度明显加快,只有少数冰川还在前进。冰川融化造成的泥石流和河流水量变动可能对附近的村庄、水电站和下游地区造成威胁。中国、尼泊尔、不丹、巴塔哥尼亚高原、安第斯山脉都可能发生冰川湖决口洪水。
瑞士科学家早已在罗纳河冰川、格胜河冰川上利用白色羊毛毯遮挡和反射太阳辐射,实验证明可以缓解 60% 到 70% 的季节性冰川消融。
2020 年 8 月,中国科学院研究团队给位于青藏高原东缘的达古冰川盖上了一层面积约 500 平方米的白色反光隔热毯,试验用人工手段减缓冰川消融。10 月 17 日,现场考察显示,白色反光隔热毯覆盖区域与周围相比,冰川消融厚度减少约 1 米,初步估计能减少 70% 左右的消融量。
我国试验的反光隔热毯的材料是涤纶、腈纶、锦纶等高分子聚合物的合成纤维,技术成熟,投入不高,可反复回收再利用,在人力所能触及的冰川上完全可以大规模使用。

人工降雪

对于人力难以攀登或载具不便抵达之处,可进行人工降雪来提高反射率。
光学人工降雪比“用飞机或火箭散布干冰或碘化银”等传统方案更环保。
高重复频率飞秒强激光可以持续加热和电离冷湿空气,形成高速向上运动的暖湿气流,与上方的冷湿空气碰撞产生强对流和旋风,促进冰晶形成和尺寸增加;非线性成丝过程中产生的高密度高温带电粒子还可以诱导凝结核。
飞秒强激光在大气中能实现数千米到数十千米距离内的自导引传输。

刷白屋顶

加州大学洛杉矶分校的科研团队开发出一种对阳光反射率 98% 的白色涂料,有望涂在建筑物顶部反射阳光来帮助夏天室内降温。
此前市面上基于氧化钛的白色涂料对阳光的最大反射率约 85%。
新涂料的原料包括硫酸钡和粉末状聚四氟乙烯。
论文:cell.com/joule/fulltext

对于当前气温尚未热到需要普遍降温的地区,你可以先考虑在屋顶上铺太阳能板来减少人们对化石燃料发电的需求。

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