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气候模型项目21世纪的全球气温。信用:Alex Kekesi / NASA的科学可视化工作室
气候模型项目21世纪的全球气温。 信用:Alex Kekesi / NASA的科学可视化工作室
碳预算
2018年4月9日13:00

分析:还有多少“碳预算”可以将全球变暖限制在1.5摄氏度以内?

Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

04.09.18.
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

2018年4月9日|1:00 PM
碳预算 分析:还有多少“碳预算”可以将全球变暖限制在1.5摄氏度以内?

2015年,通过签署巴黎协议在气候变化问题上,几乎每个国家都承诺将全球气温保持在比工业化前水平“远低于”2摄氏度的水平,并“努力将气温升幅进一步限制在1.5摄氏度以内”。

将全球变暖限制在1.5摄氏度需要严格限制从现在到本世纪末的碳排放总量。然而,计算允许的额外排放量的方法不止一种,即“碳预算”。

虽然计算基于地球系统模型(ESM的,见下文)的最后政府间气候变化专门委员会中使用专门委员会(IPCC)报告暗示我们只有还有几年在我们吹第1.5℃碳预算之前,我们目前的排放率最近的研究表明,剩余的碳预算要大得多。

在本文中,碳简介在过去两年中评估了必威手机官网不同群体发布的九个新的碳预算估计。大多数均显示较大的允许排放,而不是最后一个IPCC报告中的特色。许多研究表明,由于有些模型如何代表碳循环,基于ESMS的碳预算估计可能是低端。

然而,这些新的碳预算仍然存在广泛的变化,从方法,时间框架,热化到日期和其他因素的估算估算中产生了广泛的变化。最近的研究表明,剩余的碳预算限制为“远低于”1.5C,可能已经超过了迄今为止的排放量,或者可能与额外的十年减排我们当前的速度

许多新的估计

“碳预算”的想法,关系未来的气候变暖CO2排放总量的量是基于强有力的关系在气候模型的累积排放量和温度之间。一开始只是一种简单的沟通工具,现在却变得相当复杂,不同的研究对于像1.5摄氏度这样非常低的排放途径的允许碳预算得到了非常不同的结果。

累积排放和变暖之间的这种关系并不完美,因为它将根据非二氧化碳温室气体(如甲烷和氧化亚氮)的发生变化,以及如何快速气候冷却气溶胶减少了。它也有不执行以及相当当有“净负”排放时 - 当从大气中取出更多的排放而不是添加时。

下面示出了可允许的碳预算的各种估算的数字,以保持远低于1.5C,其中“远低于”意味着保持温度低于1.5C温热的66%的机会(和超过目标的对应的33%的可能性)的温度。这些概率反映了相当大的不确定性气候的敏感性二氧化碳的排放量。彩条对应于从左侧列出不同的研究碳预算,而低于零平均值,目前累积排放量已经突破了“远低于” 1.5C碳预算。

从使用中的数据,从各种研究亿吨二氧化碳(亿吨二氧化碳),剩余的碳预算是限制升温到保持低于1.5℃(见文章结尾的链接)的66%的机会,以及相当于年目前排放量全球碳项目.区间反映了报告的预算不确定性,而点数则显示了最佳估计。所有研究都是基于观察到的排放来规范化的,以展示截至2018年1月的剩余预算。综合评估模型在2100年的速度远低于1.5℃的温暖,而其他方法避免在下个世纪之内。通过碳简短使用图表必威手机官网高级园林

碳预算估计了许多不同的方法,包括复杂的ESMS(以黄色所示),综合评估模型(IAMS,以红色显示)采用的简单气候模型,以及通过在排放和升温到现在的观测数据和变暖限制“ESM结果(以蓝色显示)。

术语表
综合评估模型综合评估是分析范围广泛的数据的计算机模型 - 例如物理,经济和社会 - 对可被用来帮助决策产生信息。对于气候研究,具体而言,...阅读更多

所示的预算他们的方法不同到1.5C目标。ESM的合并和观察/ ESM的使用所谓的“门槛超越预算”。这些不断增加的排放量,直至温度达到1.5℃,并立即停止,一旦达到临界温度假设排放,这基本上是不可能在现实世界中。为了避免1.5C的66%的几率预算仅仅是基于在所有不同的ESM的第66百分位。综合评估,而另一方面,使用“门槛避免预算”创造适合于保持2100变暖远低于1.5C排放情景。

地球系统模型

esm是一种复合体气候模型这模拟了碳循环,氮循环,大气化学,海洋生态和植被和土地利用的变化,这一切都会影响气候如何应对人类导致的温室气体排放。它们有植被,可以响应温度和降雨,而且反过来,改变碳对大气的吸收和释放。

这些模型最近在耦合模型相互比较项目第5阶段中运行(CMIP5.),这是一项由世界各地的建模小组组成的国际努力,旨在创建一套气候模型,“运行”一套通向2013年的共同未来气候情景IPCC第五次评估报告

这些模型,标记为“IPCC AR5的ESM”在上面的图中,集中估计118GtCO2的剩余碳预算2018和2100之间,如果温度大大低于1.5C被保持。这相当于大约三年操作电流发射,直到预算用完。

一种新研究经过教授贾森·罗威丹伯尼博士在英国英国气象局哈德利中心采用这些CMIP5模型,并试图考虑到与反馈相关的碳预算中的额外不确定性,例如通过减少湿地从湿地发出的碳释放的碳,因此气候变化。他们包含各种额外的反馈,其中一些额外的反馈,其中一些增强以及其中一些额外的排放和导致变暖。他们发现包括这些额外的反馈导致“远低于”1.5C碳预算为-192gtCO2和243gtCO2,最佳估计为67gtCO2。

低于零的碳预算表明,在本世纪末,现有的排放已经超过33%的机会1.5C变暖或更多的机会,并且必须从大气中删除更多的排放量而不是达到目标。.

CMIP5模型使用代表性浓度途径(RCP)指定未来2005年至2100之间的CO2浓度和其他温室气体的情景,但未在任何给定年内指定CO2的实际排放。这种方法被选中因为并非所有参与CMIP5的气候模型都是ESMS;有些更简单一般循环模型(GCMS)缺乏碳循环,将排放转化为大气浓度。

为了估算累积的CO2排放,用于计算碳收支,CMIP5中的ESMs必须利用每个模式中的碳循环,基于大气浓度反算排放。这些碳循环模型并不完美,而且平均而言,趋向于有较低的排放量与目前的二氧化碳浓度相关,而不是我们对排放的最佳估计实际发生.这似乎是由于一个陆地或海洋的碳汇低估在某些esm。

虽然模特得到了变暖差不多为CO 2的当前浓度时,它们往往事实具有的历史排放装置低的估计,基于累积的二氧化碳排放和变暖之间的关系的碳预算往往偏低。

这是第一次指出的在2014年的一项研究中经过教授皮埃尔Friedlingstein埃克塞特大学和同事。它对1.5C碳预算的潜在影响是显着突出经过理查德米尔尔博士和他的同事们一篇论文中去年。

虽然这种模拟和观察到的排放中的不匹配相对较小,但它可以做出相当大的差异对于与1.5℃相关的非常严格的碳预算。

估计ESMS和观察结合

许多不同的研究已经试图通过将其更加接近地与实际发生的排放和变暖的观察更密切地匹配ESMS的碳预算估计。

这有许多不同的形式。的2017年的纸张米勒和他的同事校准了ESMs中过去的总排放和变暖,以匹配当前的观测结果。然后,他们研究了允许排放多少,才能使气温升高,使今天的气温比工业化前的水平高出1.5摄氏度。这样做的好处是可以消除观测到的过去的排放或温度与esm之间的不匹配。

米勒估计,如果全球变暖“远低于”1.5摄氏度,碳预算将达到625GtCO2,按照目前的速度,大约还要再增加15年的排放量。这比IPCC之前的估计高出5倍多。这个发现产生了一个大量争议在第一次出版时在社区中。

的Millar等纸一直被诟病经过安德鲁·舒尔博士爱丁堡大学和其他研究人员使用不代表ESM的温度记录实际模拟的温度记录。具体而言,Millar和同事使用了Hadcrut4.温度系列以估计剩余变暖,直至达到1.5℃目标。虽然符合对历史变暖的IPCC评估,但它缺乏大部分快速变暖的北极地区,并在海洋上融合了较慢的海面温度的土地上的地表空气温度。

施犯和同事指出,使用具有全球覆盖率的观察记录并模仿相同的全球地表气温因为模型的使用将增加迄今估计的变暖,并显著减少碳预算。

德国勃兰登堡的Janschwalde发电站。信誉:VPC旅游照片/ Alamy库存照片Em9C6N

德国勃兰登堡的Janschwalde发电站。图片来源:VPC Travel Photo / Alamy Stock Photo

运用他们的米勒等人的“远低于” 1.5C碳预算的做法,碳略估计,这将碳预算减少325GtCO2和506GtCO2之间,416GtCO2的最佳估计 - 必威手机官网或在我们目前的速度10年以上的排放量。这是基于Schurer的第59百分位数相对于1800年代后期的热温,使用戴船和方式温度记录纠正海面温度和地表气温的变暖速率之间的差异。这种碳预算仍高于IPCC的估计要高得多,这表明接近由观察得知是重要的,以修正模型过低的估计。

施尔和其他研究人员同时指出,碳预算将会更小,如果“工业化前的“相对于1700年代或更早者而不是1800年代的期间定义。18世纪后期可能发生一些人类排放和相关的变暖。但是,ESMS和IAM都使用1800年代后期基线,因此定义了预工业预算估算之间的差异。

Mark Richardson博士美国宇航局的喷气推进实验室最近,包括米勒在内的合著者研究了如果只使用模型中可观测到的区域,碳收支将如何变化。通过HadCRUT4观测数据集,他们发现碳预算为779GtCO2,比美国的预算高出25%米勒等人.另一方面,如果使用伯克利地球数据集,则碳预算我们的碳预算相当较小的467gtCO2。

一篇论文经过Katarzyna Tokarska博士尼顿吉列博士使用类似的方法来米勒和同事,匹配的ESM目前排放量和温度。他们避免一些在米勒的问题通过使用更具全球代表性的表面温度记录,但他们仍然使用一系列的混合气温超过较慢变暖的海水表面温度在海洋的土地。

Tokarska和Gillett还屏蔽了与观察到的排放相同的ESMS,删除了许多历史排放量太多的型号。他们发现“远低于”1.5C碳预算395gtCo2,比Millar的比例低得多,但合理符合施犯和同事。

最后,一篇论文经过菲利普博士古德温南安普敦大学和同事还重新塑造ESM,以匹配当前的排放和温度,而是使用该组CMIP5模型来设计预算,他们雇用了简化的ESM这旨在与迄今为止观察到的变暖和排放符合。他们发现剩下的“低于”1.5C碳预算为693gtCo2,与Millar纸相当类似。但是,它们的总体范围为1.5℃,比Millar等人在Millar等人中发现要窄得多。他们的预算为66%和44%,达到1.5℃的几率分别为693至821gtCo2,而Millar等人则为625至高达1870gtco2。

综合评估模型

综合评估模型(艾玛)潜在的社会经济因素,如人口和经济增长,以及限制全球变暖等气候目标——1.5 c -和估计可能发生什么变化,能源生产,使用和排放在世界的不同地区,以最具成本效益的方式来达到这个目标。必威体育在线注册

他们依靠简单的气候模型被称为“魔术师“(温室气体诱导气候变化评估模型)将不同温室气体的排放转化为大气浓度和变暖。MAGICC的碳循环模式旨在匹配历史浓度以观察到的排放,并且应该在很大程度上没有低估在更复杂的ESMS中存在的历史排放。

上次IPCC报告中的IAM估计估计2018年1月至192GtCO2和26GTCO2之间的剩余“低于”1.5C碳预算。这意味着,在碳预算耗尽和本世纪末的温度下,剩余的排放是有效的零年的剩余排放,只能通过在本世纪剩余时间内除去更多的二氧化碳,在1.5℃以下。

这些综合评估是最近更新了经过博士Joeri Rogelj国际应用系统分析研究所(Iiasa.),作为IPCC下一份报告前的建模练习的一部分。它们现在显示的范围更广,为-182至393 GtCO2,与之前的IAMs组的差异部分是由于对未来非co2温室气体排放的不同假设。

基于IAM的碳预算与来自ESMS以多种方式不同的碳预算。首先,而不是使用模型的集合为了计算导致1.5摄氏度升温的第66个百分位,他们使用了一个可能的范围气候敏感值在结束了提供怎样才能超过1.5C一个较保守的估计。

具体而言,虽然具有66%避免1.5C的ESM仍然显示仍然显示大约1.45℃的变暖,但具有类似目标的IAM具有更低的2100变暖,仅达到1.3℃至1.4℃以上预工业水平。并非所有IAMS均可拍摄避免1.5C变暖的66%的机会,有些采用更多保守的目标。

第二,综合评估专门着眼于具有低于1.5C全球平均表面温度在2100中,而不是限制性的目前和2100几乎所有的综合评估中满足1.5C目标之间的任何点升温至不超过1.5C冲1.5C在山周围通过大量减少温度之前负排放量在21世纪下半叶。

这使得预算的计算方式有些不同,特别是在净负排放方面可以云的假设累积排放与变暖之间的关系背后。

第三,因为碳的最大变暖滞后滞后大约十年,基于ESMS(或组合观察/ ESMS)的预算不要完全账户对于在最后10年之前的排放量超过1.5℃阈值。综合评估,而另一方面,有些被处罚,因为在2100年前从过去十年负排放冷却不充分考虑。

与组合观察/ ESM预算相比,这些结合使IAM碳预算相对较低。试图调和两者,罗格尔赫和同事重新计算Millar预算考虑了更具有全球代表性的温度观测数据、达到的变暖水平之间的差异以及其他因素,使其与IAM预算更具可比性。他们发现Millar的预算将在25GtCO2和375GtCO2之间,很好地重叠了IAM预算的大部分范围。

然而,Millar的表明,可能需要额外的研究来充分解决预算的差异。他讲碳简短:必威手机官网

“我想说,在我看来,这是社区进一步工作的一个重要领域。就像Rogelj博士所说的那样,IAM和非IAM预算之间的差异似乎是由多种因素/定义差异共同造成的,因为物理气候的不确定性和技术/社会的不确定性,即我们能够减少多少非二氧化碳物质对变暖的贡献,以及剩余预算的估计。”

一种最近的评论在自然地球科学的biwei6868格伦彼得斯博士国际气候研究中心科学中心在挪威看着超标对避免预算的选择是多么大的差使得对综合评估。这些模型在本世纪中叶一般冲1.5C,由世纪末通过负排放的大规模部署降低温度之前。彼得斯发现,虽然在2100年的碳预算为1.5℃综合评估为-182到393GtCO2,如果预算是基于当模特第一个河段1.5C这将是一个更高的318 518GtCO2,洽许多组合观察/ESM估计。

定义1.5C的挑战

尽管目标设定为“继续努力,以进一步限制温度上升至1.5℃”,巴黎协定从未定义,究竟是什么,这意味着。它可以是解释为保持低于它,或作为目标为50%的机会瞄准1.5C变暖“远低于”类似,以避免超过1.5℃变暖更多的66%的几率2C目标1.5C。这也是模棱两可,这是否是指全球气温变化的模型,或气温和海洋表面温度更接近于观测温度记录之间混合的混合模拟。

一些报道专注于50%的机会,而其他人专注于66%。这似乎有可能的是,“远低于”66%的1.5℃的解释将最终赢得胜利,因为正在为下一个IPCC报告编写的IAM已经接受了这种方法。

下图显示了最近研究的所有研究的碳预算,这些研究看起来有50%的机会限制了不超过1.5℃。它包括许多研究,这些研究也看待“低于”66%的机会,除了两个只看出50%的机会结果的新研究。

从使用中的数据,从各种研究亿吨二氧化碳(亿吨二氧化碳),剩余的碳预算是限制升温到保持低于1.5℃(见文章结尾的链接)的机率为50%,以及相当于年目前排放量全球碳项目.区间反映了报告的预算不确定性,而点数则显示了最佳估计。所有的研究都基于观测到的排放量进行了正常化,以显示截至2018年1月的剩余预算。通过碳简短使用图表必威手机官网高级园林

不出所料,避免1.5℃的50%几率的碳预算普遍高于“远低于”66%案例。一种新文章由这件事波茨坦研究所sElmar Kriegler博士同事总结了2018年1月的剩余碳预算,这些碳预算在跨越跨越-182至818 Gigatonnes CO2(GTCO2,以灰色表示的GTCO2)的各种方法中的现有研究。

他们俩新的研究(显示在紫色),Damon Matthews教授和他的同事,以及米勒和Friedlingstein,使用的方法对碳预算计算,依靠模型避免一起。他们估计观测变暖和观察到累积的二氧化碳的排放量之间的关系,计算所述“瞬变气候响应于累积排放” - 每teratonne碳(TTC,或1000亿吨碳)升温的量。

术语表
气候敏感性当大气中的二氧化碳达到工业革命之前的二氧化碳时,我们可以期待的变暖量。有两种方法可以表达气候敏感性:瞬态气候......阅读更多

他们都最终获得瞬变气候响应累积排放比是在气候模型发现较小的估计 - 和碳预算也相应较大。即使在这里,然而,结果是所使用的温度序列有些敏感。米勒和Friedlingstein找到1.84C / TTC的瞬变气候响应使用戴船和方式温度记录,2.05C/TtC使用伯克利地球温度记录,使用CMIP5 ESMS的2.11C / TTC的中值估计(但宽度范围为0.8-2.5c / TTC)。相反,他们发现瞬态气候响应将减少新2017年估计使用全球碳项目,使用历史较高的土地使用二氧化碳排放量。

Matthews和同事估计2018年1月在977GTCO2(或当前排放量)的剩余50%1.5C碳预算,而Millar和Friedlingstein在835GTCO2(目前20年)中估算它。这远高于IPCC地球系统模型值268gtCO2(当前排放七年)。

一种新研究尼古拉斯·利奇和同事牛津大学采用类似的方法,使用估计人为诱导的升温的水平和速率的组合来计算剩余的碳预算,同时持有非CO2因素不变的贡献。它们在479和1239gtCO2 - 或12至31年的当前排放中找到了剩余的1.5℃碳预算 - 最佳估计为839gtCO2。

大的不确定性仍

在过去的两年里,已经发表了大量关于剩余碳预算的新研究,以将升温控制在1.5摄氏度以下。虽然他们普遍加强了米勒和他的同事的结论该IPCC的模型低估了剩余的碳预算,研究之间相当大的分歧仍然存在,这是很难精确的数字牵制,以用作剩余的允许排放量。

In general, because the difference between today’s cumulative emissions and those in a 1.5C world are so small, they are quite sensitive to many different factors, including how much observed warming has occurred to date, how much non-CO2 emissions are expected in the future, what range of气候敏感性用于计算避免的66%的几率以及许多其他问题。

虽然IAMs发现的碳预算往往比联合观测/ESMs低得多,但这两者并不一定具有直接的可比性。IAMs的目标是在2100年变暖(在此期间通常会超过1.5摄氏度),而ESMs只是着眼于温度超过1.5摄氏度之前二氧化碳的排放量。在这一点上,说IAM的碳预算可能过低可能还为时过早。

最终,因为彼得斯曾争论过,剩余碳预算的想法对于严格的排放目标(例如1.5℃)而言也不是非常有用的概念。全球温度的上升已经足够接近1.5C,计算的小差异有很大的影响。

同样,因为几乎任何合理的情景都需要在本世纪晚些时候大量的负排放量,所以碳预算本身并不是一个在排放的硬帽。无论使用哪些碳预算,在1.5C通过之前,仍有额外的热身额外变暖仍然是额外的热身,并且在世界前几十年必须达到净零 - 再净负 - 排放。

更新10/4/2018:示出了用于不确定性范围Goodwin等在剩余的碳预算中,50%的几率小于1.5℃的变暖数字已经更新以显示正确的值。该文本也更新表明,Goodwin等人的研究表明,对于在1.5℃以下的不同百分之且比发现米勒等人

更新2018年11月4日:本文已更新,以反映在碳预算Kriegler等研究指的是50%而不是66%的几率,剩下低于1.5℃。

更新23/7/2018:增加了许多已被释放,因为这篇文章最初发表进一步的研究中。

更新08/10/2018:请注意,后来的碳简短文章讨论了IPCC特别必威手机官网报告的1.5C碳预算。这可以找到在这里

调查的研究

米勒,R。等人。(2017年)排放预算和途径与限制变暖1.5℃一致,自然地球物理学DOI:10.1038 / NGEO3031

马修斯,h.d.,等(2017)估算雄心勃勃的气候目标的碳预算,当前气候变化报告DOI:10.1007 / S40641-017-0055-0

Goodwin,P.等人。(2018)基于观察和地质限制的途径至1.5C和2C变暖,自然地球物理学DOI:10.1038 / S41561-017-0054-8

Schurer,A.P.等人。(2018)对巴黎气候目标的解释,自然地球物理学doi: 10.1038 / s41561 - 018 - 0086 - 8

Tokarska,K.和Gillett,N。(2018)累积碳排放预算与1.5C全球变暖一致,自然气候变化DOI:10.1038 / s41558-018-0118-9

Millar, R.和Friedlingstein, P.(2018)利用历史记录评估累积排放的瞬态气候响应,皇家社会的哲学交易DOI:10.1098 / RSTA.2016.0449

洛韦,J.A.,和伯尼,D。(2018)地球系统反馈的在碳上的预算和气候响应的影响,皇家社会的哲学交易DOI:10.1098 / RSTA.2017.0263

(2018)全球平均气温升幅控制在1.5C以下的情景,自然气候变化doi: 10.1038 / s41558 - 018 - 0091 - 3

Kriegler,E.等人。(2018)途径限制升温至1.5°C:无时间转动的故事,皇家社会的哲学交易DOI:10.1098 / RSTA.2016.0457

理查森,M。,等。(2018)。全球温度的定义会影响长期气候目标的实现。环境研究字母DOI:10.1088 / 1748-9326 / AAB305

彼得斯,G。(2018)。超越碳预算。自然地球科学biwei6868DOI:10.1038 / S41561-018-0142-4

Leach,N。(2018)。当前水平和变暖率确定雄心勃勃减缓的排放预算。自然地球科学biwei6868DOI:10.1038 / s41561-018-0156-y

从这个故事中Sharelines
  • 分析:还有多少“碳预算”可以将全球变暖限制在1.5摄氏度以内?
  • 协调最近剩余的“碳预算”的估计限制在1.5℃以下变暖

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