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2021年4月29日15:00

解释:一旦达到净零排放,全球变暖会“停止”吗?

齐克Hausfather

04.29.21

齐克Hausfather

29.04.2021 |下午3:00
yabet官网 解释:一旦达到净零排放,全球变暖会“停止”吗?

媒体报道经常声称,由于过去的排放,世界将在未来面临“持续变暖”,这意味着更高的温度将“持续变暖”。锁在”、“在进行中或"不可避免的,无论当今社会做出何种选择。

现有的最佳证据表明,相反,一旦二氧化碳(CO2)排放达到零,变暖很可能或多或少地停止,这意味着人类有能力选择他们的气候未来。

当科学家们最近指出这一点时,它据报道作为一个新的科学发现。然而,科学界已经认识到,零二氧化碳排放很可能意味着未来气温是平坦的至少从2008年开始.政府间气候变化专门委员会(IPCC) 2018年关于1.5摄氏度的特别报告也特别关注零排放情景,结果类似。

关于持续变暖的许多困惑源于混淆了两个不同的概念:一个是大气中的二氧化碳水平保持在当前水平的世界;以及一个排放达到净零、浓度开始下降的世界。

然而,即使在一个二氧化碳零排放的世界里,与非二氧化碳温室气体(GHGs)如甲烷和一氧化二氮的排放有关的情况仍然存在很大的不确定性硫酸盐气溶胶使地球降温,长期反馈过程和气候系统的自然变率。

此外,在排放达到零之后的几个世纪里,气温预计将保持稳定,而不是下降,这意味着在没有大规模净负排放的情况下,已经发生的气候变化将难以逆转。

浓度不变vs零排放

人们对零排放影响的困惑是可以理解的。即使是一个NASA气候常见问题解答(上一次更新于2007年)仍然表示,“即使我们今天停止排放温室气体,全球变暖即使不会持续几百年,至少也会持续几十年”。(美国宇航局Gavin Schmidt博士告诉《碳简报亚慱官网》,这一措辞并没有反映出更多最新的研究,更新正在进行中)。

混淆的一个常见原因是混淆了两种截然不同的情况:一种是二氧化碳浓度保持在今天的水平;以及一个所有排放立即减少到零的世界(或净零排放,会有同样的效果;最终重要的是二氧化碳源和汇的平衡,尽管汇的程度是自然的还是人为的可能是一个棘手的问题).

直到2000年代中期,很多人都是这样气候模型无法测试排放达到零的影响。这是因为它们没有包括生物地球化学循环的模型碳循环——并且不能有效地将二氧化碳排放转化为大气中的二氧化碳浓度。

因此,气候模型往往是根据大气中二氧化碳浓度而不是排放的情景来运行的,并且经常检查如果未来大气中的二氧化碳水平保持在当前水平将会发生什么。

这些“持续浓度”的情景表明,随着海洋慢慢变暖,达到与大气相同的温度,并使地球回到辐射平衡状态,额外的变暖“正在进行中”。也就是说,地球从太阳吸收的能量等于再辐射回太空的能量。

模型倾向于表明0.4摄氏度0.5摄氏度如果浓度保持在同样的水平,在未来几个世纪里还会发生大约额外的变暖。

然而,浓度恒定的世界并不是零排放的世界。保持浓度不变需要一些持续的排放来抵消陆地和海洋吸收的二氧化碳。这将相当于目前全球排放量的30%左右,尽管所需的排放量将随着时间的推移而下降。

另一方面,如果排放减少到零,大气中的二氧化碳浓度将迅速下降,直到最终稳定在一个较低的水平。

下图改编自2010年的一篇论文自然地球科学亚慱彩票APP通过H Damon Matthews教授而且Andrew Weaver教授,比较了在浓度恒定(红线)和零排放(蓝色)情况下到2200年的预测温度变化。

在恒定浓度和零排放情景下的未来变暖预测
在浓度不变的情况下(红线)和零排放情况下(蓝色)预测的未来变暖。基于NASA, NOAA, Berkeley, Cowtan and Way and Hadley/UEA记录的平均值的历史变暖(黑色)。未来的气候变暖根据模型进行了调整马修斯和韦弗2010.模型运行与基于30年的历史温度相结合当地的回归.图表由碳简报使用亚慱官网Highcharts

马修斯和韦弗发现,在浓度恒定的情况下,到2200年,世界将继续变暖约0.3摄氏度——随着深海继续缓慢变暖,未来几个世纪还会有一些额外的变暖。

考虑到世界已经变暖了1.3摄氏度左右,这意味着如果目前的二氧化碳浓度由于一些持续的排放而保持稳定,1.5摄氏度的上限将被突破。

相比之下,他们认为,在净零排放的情况下,全球气温将趋于稳定,大致保持在停止排放时的水平。

海洋变暖,大气二氧化碳下降

温室气体排放为零后,气温将趋于稳定,这一发现是由两个不同的因素朝着相反的方向发挥作用而得出的。

地球目前处于热平衡状态,这意味着来自太阳的更多能量被大气中的温室气体捕获,而不是逸回太空。超过90%的额外热量被用于变暖海洋。然而,随着海洋持续变暖,它们从大气中吸收的热量将减少,全球平均表面温度将进一步上升。

与此同时,陆地和海洋正在吸收人类每年排放的约一半的二氧化碳。如果排放降至零,这些“碳汇”将继续吸收过去排放的一些额外的二氧化碳——一开始很快,随着时间的推移,随着它们向新的平衡方向移动,速度会越来越慢。这降低了大气中二氧化碳的含量,从而降低了它所引起的变暖。

巧合的是,这两个因素相互抵消.海洋持续升温带来的额外表面变暖被大气中二氧化碳下降带来的冷却所平衡。

随着时间的推移,这两个因素预计也会有相似的模式,在净零排放后的最初几年里会更大,然后随着时间的推移逐渐减弱。

从长远来看——在数百年到数千年的时间里——只要人为的二氧化碳排放保持在净零,碳汇将成为主导,全球气温最终将下降。的二氧化碳的寿命在大气中的含量是由碳汇吸收二氧化碳的速度决定的;虽然我们大约一半的排放被相对较快地吸收,但我们在大气中积累的一部分二氧化碳排放仍将存在数万年。

过去一年发布的新结果提供了这样的机会更有力的证据二氧化碳净零排放对温度的影响。这些结果来自一组现代气候模型,其中包括碳循环动力学地球系统模型(esm)。

零排放承诺模式对比项目(ZECMIP)使用了18种不同的esm来模拟在全球排放3667亿吨二氧化碳(或1000亿吨碳)后突然停止排放的世界将会发生什么——这将导致与工业化前水平相比约2摄氏度的变暖。它还研究了一个排放逐渐减少到净零的案例,发现了与达到净零后突然停止排放类似的结果。

(ZECMIP类似于在CMIP6该模型是在IPCC第六次评估报告之前开发的新一代气候模型,该报告将于2021-22年发表。然而,它设计得太晚,无法成为CMIP6队列的正式组成部分。)

下图显示了排放停止50年后的实验结果。上面的面板显示了来自不同来源的能量通量的变化——在地球表面积累的能量量。底部的面板显示了50年零排放后的平均地表温度变化。

红色的条表示随着海洋变暖,海洋热吸收减少导致的变暖,而蓝色和黄色的条分别表示海洋和陆地吸收二氧化碳导致的变冷。请注意,顶部面板的净强迫不一定总是与预测的温度影响相匹配,因为自然变化和其他因素也会影响esm的表面温度变化。

排放达到零50年后的能量通量和地表温度变暖
参与ZECMIP项目的esm在排放达到零50年后的能量通量(顶部面板)和表面温度变暖(底部面板)。图表由碳简报使用亚慱官网Highcharts,改编自MacDougall等人的图7 (2020)

在零排放达到50年后,预测的未来气温变化从0.3C到0.3C不等,在所有参与ZECMIP实验的模型中,平均气温下降约为0.03C。其中10个模型显示预期的地表温度变化接近于零,而3个模型显示明显的降温,2个显示明显的升温。

净零排放的不同含义

虽然减缓气候变化的努力主要集中在二氧化碳上,人类排放的其他温室气体和气溶胶对全球地表温度也有很大影响。然而,一旦二氧化碳排放降至零,全球气温将趋于稳定,而零温室气体或气溶胶排放则并非如此。

政府间气候变化专门委员会的1.5摄氏度的特别报告(SR15)使用了简化的ESM来评估在不同可能的零排放定义下地表温度的可能演变。这些不同场景的结果如下图所示。

该报告研究了二氧化碳零以上排放的情况,如蓝线所示。但它也观察了零二氧化碳和气溶胶排放(红色)、零温室气体排放(黄色)和零温室气体和气溶胶排放(紫色)。

预测在零二氧化碳排放、二氧化碳和气溶胶排放、温室气体排放和温室气体和气溶胶排放情况下的全球表面温度变化
在零二氧化碳排放(蓝线)、零二氧化碳和气溶胶排放(红线)、零温室气体排放(黄线)和零温室气体和气溶胶排放(紫线)情况下的全球表面温度预测变化。图表由碳简报使用亚慱官网Highcharts,改编自IPCC SR15.历史升温值(黑色)和结合模型模拟使用第一张图中描述的方法进行估计。

人类排放的气溶胶——悬浮在大气中的微小的硫或氮粒子,它们将入射的阳光反射回太空——对地球有很强的冷却作用,尽管确实存在大的不确定性至于这种影响到底有多大。气溶胶在大气中的寿命也相对较短,如果排放停止,目前在大气中的气溶胶将迅速下降。

因此,如果二氧化碳和气溶胶排放为零,而不是单独为零,那么全球气温将升高0.4摄氏度左右。在这种情况下(红线),全球气温可能会超过1.5摄氏度的目标,到2100年达到1.75摄氏度左右。

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其他温室气体也是全球变暖的重要驱动因素。人为造成的甲烷排放,特别是,解释大约四分之一世界所经历的历史变暖。

与二氧化碳不同,甲烷在大气中的寿命很短,因此今天释放的气体在12年后就会从大气中消失。这就是为什么到2100年,如果所有温室气体排放降至零,世界将显著变冷的主要原因。这将导致约0.5摄氏度的降温,相比之下,只有二氧化碳降至零。

最后,如果所有影响气候变化的人类排放——包括温室气体和气溶胶——降至零,那么IPCC的结果表明,全球变暖将在短期内出现20年的飙升,然后是长期的下降。这反映了气溶胶从大气中下降造成的变暖和甲烷水平下降造成的变冷的相反影响。

最终,停止非二氧化碳温室气体排放所产生的降温效应超过了停止气溶胶排放所产生的变暖效应,导致到2100年降温幅度约为0.2摄氏度。

当然,这些只是最好的估计。如前所述,即使是在零二氧化碳的情况下,模型预测的升温幅度也在0.3摄氏度到0.3摄氏度之间(尽管这是在全球升温约2摄氏度后排放为零的情况下;在全球气温上升1.3摄氏度的情况下,立即零排放的不确定性范围可能会略小)。气溶胶效应的巨大不确定性意味着,将所有温室气体和气溶胶减少到零可能导致0.25摄氏度的额外降温或升温。

综合所有这些不确定性表明,对零二氧化碳的影响的最佳估计是在排放为零后的一个世纪中约为0℃+/- 0.3℃,而零温室气体和气溶胶的影响将约为-0.2℃+/- 0.5℃。

即使在零排放的未来,自然变化也有可能在未来变暖中发挥作用。一个最近的一篇论文通过周陈教授他的同事们认为,东太平洋的自然循环掩盖了一些本来会因历史排放而发生的变暖。

周和他的同事们认为,即使在零排放的世界里,一旦这部分海洋的低温历史模式逆转,也可能会出现0.2-0.5摄氏度的额外变暖——尽管到2100年可能只会出现一部分变暖。

其他一些研究人员一直在持怀疑态度这表明目前还不清楚太平洋的这些历史模式是否或何时会发生改变。

本文中提到的研究都着眼于今天或未来几十年零排放情景的影响。然而,如果在本世纪晚些时候实现零排放,就有可能锁定更多排放碳循环反馈过程-例如永久冻土融化比目前的全球温度水平要低。

一个比工业化前水平升高3摄氏度或4摄氏度的世界,可能会锁定比今天的世界更持久的未来变暖——需要更多的研究来探索这些影响。

最后,尽管目前最好的估计表明,在零排放的世界里,气温将趋于稳定,但这并不意味着所有的气候影响都将停止恶化。

融化的冰川而且冰原而且海平面上升所有这些都发生得很慢,滞后于地表温度的变暖。一个零排放的世界仍然会导致海平面在未来许多世纪上升一些人估计这表明至少80厘米的额外海平面上升已经“锁定”。

要阻止这些影响,最终可能需要降低全球温度全球净负排放而不仅仅是通过达到净零度来阻止气温上升。

更新:本文已于2021年4月30日更新,以澄清ZECMIP实验的细节。

这个故事中的Sharelines
  • 解释:一旦达到净零排放,全球变暖会“停止”吗?
  • 解释:为什么一旦我们达到净零排放,更多的全球变暖并不是“不可避免的”

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