分析:“碳预算”是剩多少限制全球变暖1.5摄氏度?

在2015年签署巴黎协定在气候变化问题上,几乎每一个国家承诺保持全球气温远低于“2 c高于工业化前的水平,“追求努力进一步限制气温上升1.5摄氏度”。

变暖限制在1.5摄氏度需要严格限制碳排放的总量从现在到本世纪末。但是,有多个方法来计算这个允许的额外的排放,被称为“碳预算”。

在计算的基础上地球系统模型(esm,见下文)使用在过去的政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告建议我们只有几年了在我们目前的排放在我们打击速度1.5 c碳预算,一些最近的研究表明,剩下的碳预算要大得多。

在这篇文章中,碳简短评估九新公布的必威手机官网碳预算估计不同群体在过去两年。显示容许排放比大多数是出现在最后的IPCC报告。大量的研究表明,碳预算估计基于esm可能偏低的局限性与碳循环模型表示。

然而,仍有一个广泛的变化在这些新的碳预算,因不同的方法,时间,估计变暖装备和其他因素。最近的研究表明,剩下的碳预算限制变暖“低于”1.5 c可能已经超过排放装备,或可能多达15年以上的排放我们当前的速度。

许多新的估计

“碳预算”的概念关系的未来气候变暖的二氧化碳排放总量是基于稳固的关系累计排放量之间在气候模型和温度。什么开始作为一个简单的通讯工具已经成为非常复杂,与不同的研究非常不同的结果允许的碳预算非常低的排放途径像1.5摄氏度。

这个累计排放量和气候变暖之间的关系不是完美的,因为它会改变基于客座率温室气体会发生什么,比如甲烷和一氧化二氮,以及多快气候变冷气溶胶是减少了。它也不执行那么好当有“负数”排放——当更多的排放正在移除从大气中而不是补充道。

下图显示了允许的各种估计碳预算保持温度低于1.5摄氏度,在“低于”意味着66%的机会保持温度低于1.5摄氏度升温(以及相应的33%的几率超过目标)。这些概率反映了相当大的不确定性敏感的气候二氧化碳排放。彩色条对应左边列出的碳预算从不同的研究,虽然值低于零意味着当前累计排放量已经超过了“低于”1.5 c碳预算。

剩余碳预算吨二氧化碳(GtCO2)从不同的研究,气候变暖限制在66%的机会保持低于1.5摄氏度(见链接在文章结束),以及等效的温室气体排放量的年使用的数据全球碳计划。范围反映报告预算的不确定性,而点显示最佳估计。所有的研究都基于观察正常排放显示剩下的预算在2018年1月。综合评估模型变暖限制在低于1.5摄氏度变暖在2100年,而其他方法避免任何超过数在未来的世纪。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

碳预算已经被许多不同的估计方法,包括复杂的esm(黄色)所示,采用简单的气候模型综合评估模型(艾玛,红色所示),并利用观测数据对排放和变暖通过礼物”限制“ESM的结果(蓝色)所示。

所示的预算有不同的方法1.5摄氏度的目标。esm和联合观测/ esm使用所谓的“阈值超过数预算”。这些不断增加的排放,直到温度达到1.5摄氏度和假设排放立即停止一旦达到阈值,这基本上是不可能在现实世界中。预算66%的机会避免1.5摄氏度是基于在所有不同的esm第66百分位。艾玛,另一方面,使用“阈值避免预算”,创建发射场景定制继续变暖比2100年的1.5 c。

地球系统模型

esm是一种复杂的气候模型模拟碳循环、氮循环、大气化学、海洋生态和植被和土地利用的变化,所有影响气候如何回应人为温室气体的排放。植被响应温度和降雨量,变化,反过来,吸收和释放的碳到大气中。

这些模型是最近在耦合模型相互比较项目运行阶段5 (CMIP5),一个国际努力造型组世界各地建立气候模型“运行”一组共同的未来气候情景之前2013年联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告。

模型,称为“IPCC AR5 esm”在上面的图中,集体估计剩余的碳预算118 gtco2在2018年至2100年之间,如果温度要保持低于1.5摄氏度。这意味着温室气体排放量的大约三年,直到预算是筋疲力尽了。

一个新的研究通过詹森教授劳和丹博士伯尼在英国的气象局哈德利中心这些CMIP5模型,试图解释与反馈相关的额外的碳预算的不确定性,如碳释放的永久冻土融化或从湿地甲烷生产,由于气候变化。他们把各种额外的反馈,其中一些加强和其中一些减少未来的排放,导致气候变暖。他们发现,包括这些额外的反馈结果在一个“远低于1.5摄氏度-192 gtco2和243 gtco2之间的碳预算,67 gtco2的最佳估计。

零下表明现有排放的碳预算已经提交我们1.5摄氏度的可能性大于33%变暖或更多本世纪末,更多的温室气体排放将被删除从大气中排放达到目标。

CMIP5模型使用代表浓度通路(RCP)未来场景指定浓度的二氧化碳和其他温室气体在2005年至2100年之间,但没有指定的实际排放二氧化碳在任何一年。这种方法被选因为不是所有的气候模型参与CMIP5 esm;一些更简单的环流模型(GCMs)缺乏碳循环将排放到大气中的浓度。

为了估计累计二氧化碳排放量用于计算碳预算,esm CMIP5内必须出排放基于大气浓度使用碳循环在每个模型。这些碳循环模型并不完美,往往平均低排放与目前的二氧化碳浓度比我们排放的最佳估计已经发生。这似乎是由于一个低估的土地或海洋碳汇在某些esm。

而模型的变暖只是正确的为当前的二氧化碳浓度,他们倾向于较低的估计历史排放意味着碳预算基于累计二氧化碳排放量和气候变暖之间的关系往往是偏低的。

这是第一个指出在2014年的一项研究中通过Pierre Friedlingstein教授的埃克塞特大学和同事。1.5 c碳预算的潜在影响突出强调了通过理查德·米勒博士和他的同事们一篇论文中去年。

虽然这种不匹配在模仿和观察到的排放量相对较小,它有相当大的影响吗非常严格的碳预算与1.5摄氏度。

估计结合esm和观察

许多不同的研究试图改善碳预算估计esm匹配他们更密切观察的排放和气候变暖已经发生到目前。

这已经采取许多不同的形式。的2017年论文米勒和他的同事在esm校准总过去的排放和气候变暖与观察。然后他们看着多少更多的排放量将会容许温度增加的区别今天的温度和1.5度高于工业化前的水平。这已经过去的排放或删除任何不匹配的好处在观察和esm温度。

米勒的估计碳预算保持“远低于1.5摄氏度变暖是625 gtco2,或大约15年以上的排放我们当前的速度。这是超过五倍IPCC的先验估计。这一发现产生了相当大的量的争议在社区当它首次出版。

米勒的et al而受到批评通过安德鲁·舒尔博士的爱丁堡大学和其他研究人员使用的温度记录,并不代表esm实际上是模拟。具体来说,米勒和他的同事使用HadCRUT4温度系列估计剩余的变暖直到达到1.5摄氏度的目标。虽然符合IPCC评估的历史变暖,它缺乏快速升温的北极地区的覆盖率和混合表面气温对土地与slower-warming海洋海洋表面温度。

舒尔和他的同事们指出,使用一种观察记录与全球覆盖和模仿是一样的全球表面空气温度模型使用会增加估计日期和减少碳预算明显变暖。

他们的方法应用到米勒等人的“低于”1.5 c碳预算,短暂的估计,这将减少碳预算到325 gtco2和506 gtco2最佳估计416 gtco2——或必威手机官网10年以上的排放我们当前的速度。这是基于舒尔的5 th - 95范围的电流变暖相对于1800年代末,使用卡谭和方式温度记录纠正对海洋表面温度之间的差异和表面空气温度变暖。这个碳预算仍大大高于政府间气候变化专门委员会的估计,表明方法观测是重要通知正确的过低估计模型。

舒尔和其他研究人员还指出,碳预算将更小,如果“工业化前的”时期被定义相对于1700年代或更早而非- 1800年代末。一些人类排放和相关的变暖可能发生- 1800年代末。然而,esm - 1800年代后期和艾玛都使用一个基线,所以工业化前没有解释之间的差异是如何定义的碳预算估计。

马克·理查森博士的美国宇航局喷气推进实验室和coauthors-including Millar-recently看着碳预算如何改变如果只有地区的模型,观察是可用的。HadCRUT4观测数据集,他们发现gtco2碳预算779,比预算高出大约25%米勒等。另一方面,如果使用伯克利地球数据集,467 gtco2碳预算我们一个相对较小的。

一篇论文通过Katarzyna Tokarska博士和内森博士吉列米勒和他的同事们使用类似的方法,匹配esm当前排放和温度。他们避免在米勒的一些问题通过使用更多的代表全球表面温度记录,尽管他们仍然使用系列混合表面空气温度对土地与slower-warming海洋海洋表面温度。

Tokarska和吉列也为esm屏幕好同意观察到排放,消除大量的历史排放太多不同的模型。他们找到一个“低于”395 gtco2 1.5 c碳预算,大大低于米勒但合理符合舒尔和他的同事们。

最后,一篇论文通过菲利普·古德温博士的南安普顿大学和他的同事们还rebaseline esm与目前的排放和温度,而是使用组CMIP5模型来设计他们的预算,他们使用简化ESM被设计成符合观测到气候变暖和排放。他们找到一个剩余的“低于”693 gtco2 1.5 c碳预算,非常类似于米勒。然而,他们总体的碳预算范围1.5摄氏度比在米勒窄等;预算的66%和44%的机会保持低于1.5摄氏度是693到821 gtco2,分别比625年到1870年米勒gtco2 et al。

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“MAGICC”(模型评估温室气体引起的气候变化)将不同的温室气体排放转化为大气浓度和变暖。MAGICC的碳循环模型设计与历史观察排放浓度和低估的历史排放量的应该主要是自由出现在esm更加复杂。

艾玛出现在最后的IPCC报告估计剩下的“低于”1.5 c碳预算从2018年1月在-192 gtco2和26 gtco2之间。这将意味着有有效年剩余的零排放,直到碳预算疲惫和温度在本世纪末只能保持低于1.5 c通过移除大气中的二氧化碳超过排放超过其余的世纪。

这些艾玛最近更新的通过博士Joeri Rogelj国际应用系统分析研究所(IIASA在奥地利)和他的同事作为模拟演习的一部分,导致下一个联合国政府间气候变化专门委员会的报告。他们现在表现出广泛的-182年到393年GtCO2,艾玛的区别之前设置部分是由于不同的假设对未来温室气体排放的客座率。

IAM-based碳预算不同于那些来自esm在很多方面。第一,而不是使用一个整体的模型计算运行的第66个百分位,导致1.5摄氏度升温,他们用一系列可能的气候敏感性的价值观,最终提供一个更多的保守估计将超过1.5摄氏度。

具体来说,esm,仍然有66%的机会避免1.5摄氏度显示约1.45摄氏度的气候变暖,艾玛有一个类似的目标更低的2100变暖,仅达到1.3 c到1.4 c高于工业化前的水平。并非所有艾玛争取完全66%的机会避免1.5摄氏度的气候变暖,一些采用更保守的目标。

第二,艾玛专门致力于2100年全球表面平均温度低于1.5摄氏度,而不是变暖限制在不超过1.5 c现在和2100年之间在任何时候。几乎所有的艾玛,满足1.5摄氏度的目标超过1.5摄氏度通过大量的在本世纪中叶降低温度负排放下半年的21世纪。

这使得计算预算有所不同,特别是在带负电的排放可云的假设背后的累积排放量和气候变暖之间的关系。

第三,由于最大变暖的碳排放大约十年,预算基于esm(或联合观测/ esm)不能完全解释在最后十年排放在阈值超过1.5摄氏度。艾玛,另一方面,有些惩罚因为冷却从负排放在过去十年里在2100年之前不能完全占了。

这些使我碳预算总和观察/ ESM预算相比相对较低。试图调和这两个,Rogelj和他的同事们重新计算米勒的预算,考虑更多的全球代表温度观测,变暖的水平之间的差异,以及其他因素,使之更加接近我的预算。他们发现,米勒的预算将在375年25 gtco2 gtco2之间,很好地重叠我预算的范围。

然而,米勒建议,进一步的研究可能需要完全解决预算的差异。他告诉碳简要:必威手机官网

“我想说,在我看来这是一个重要的领域进一步研究的社区。似乎可能的组合因素/明确的差异- Rogelj博士说占的区别我和non-IAM预算,作为物理气候不确定性和技术/社会不确定性多少我们能够减少对气候变暖的贡献从客座率物质估计剩余的预算。”

一个最近的评论在自然地球科学杂志biwei6868Glen Peters博士在西塞罗国际气候研究中心在挪威看着多么大的差别超过数的选择和避免预算使得艾玛。这些模型通常超过1.5摄氏度到本世纪中叶,在减少温度通过负排放的大规模部署的世纪。彼得斯在2100年发现,虽然碳预算1.5摄氏度艾玛是-182年到393年gtco2,如果预算是基于模型首先到达1.5摄氏度时这将是一个更高的318年到518年gtco2,长期以来与许多的观察/ ESM估计。

定义1.5摄氏度的挑战

尽管设置一个目标“追求努力进一步限制气温上升1.5摄氏度”,巴黎协议从来没有定义,确切地说,这意味着。它可以被解释为1.5摄氏度目标变暖有50%的机会保持在它的下面,或作为“远低于1.5摄氏度的目标类似于2摄氏度的目标有66%的几率避免超过1.5 c变暖。也是模棱两可的是否指的是全球气温的模拟模型的变化,或混合的混合物之间的空气温度和海洋表面温度更类似于观测温度记录。

一些报道都集中在50%的机会,而其他的都集中在66%。似乎在这一点上,“远低于66%的解释1.5 c最终会胜出,因为正在运行的艾玛准备接下来的IPCC报告中已经接受了这种方式。

下图显示了所有的最近的研究的碳预算研究气候变暖限制在不超过1.5 c和50%的几率。它包含了许多的研究,还研究了“低于”66%的机会,除了两项新研究,只有看50%机会的结果。

剩余碳预算吨二氧化碳(GtCO2)从不同的研究,气候变暖限制在50%的机会保持低于1.5摄氏度(见链接在文章结束),以及等效的温室气体排放量的年使用的数据全球碳计划。范围反映报告预算的不确定性,而点显示最佳估计。所有的研究都基于观察正常排放显示剩下的预算在2018年1月。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

意料之中的是,碳预算50%的机会避免1.5度普遍高于“低于”66%的情况。一个新论文由波茨坦研究所的埃尔Kriegler博士和他的同事总结了剩余的碳预算从2018年1月在现有研究跨越广泛的使用的各种方法,从-182年到818年吨二氧化碳(GtCO2,灰色)所示。

这两个新研究(紫色)所示达蒙马修斯教授和他的同事们,米勒和Friedlingstein,使用一个碳预算的计算方法,避免依赖模型。他们估计之间的关系,观察到的变暖并观察累积二氧化碳排放,计算“瞬时气候应对累积排放”——变暖的数量每teratonne碳(TtC),或1000吨碳)。

他们都得到的估计瞬时气候应对累计排放量小于所发现的气候模型和相应的碳预算更大。即使在这里,然而,结果有点敏感的温度系列使用。米勒和Friedlingstein找到一个瞬时气候响应1.84 c / TtC使用卡谭和方式温度记录,2.05 c / TtC使用伯克利地球温度记录,和中值估计2.11 c / TtC使用CMIP5 esm(尽管与大范围从0.8 - -2.5 c / TtC)。相反,他们发现瞬态气候响应将会降低新的2017估计从全球碳项目使用,有较高的历史土地利用二氧化碳排放。

马修斯和他的同事估计剩下的50% 1.5 c碳预算从2018年1月977 gtco2(或温室气体排放量的24年),而米勒和Friedlingstein估计在835 gtco2(20年的当前排放)。这是大大高于政府间气候变化专门委员会268年地球系统模型的价值gtco2(七年的当前排放)。

一个新的研究尼古拉斯·利奇和他的同事们牛津大学采取相似的方法,利用两者的结合的水平和速度估计人类活动导致的气候变暖计算剩余的碳预算而保持控股的客座率的贡献因素。他们发现了剩余1.5 c碳预算的479年和1239年之间gtco2 -或电流12 - 31年排放的最佳估计839 gtco2。

大的不确定性仍

有丰富的新研究剩余的碳预算限制变暖到1.5摄氏度以下发表在过去的两年里。虽然他们已经普遍强化了米勒和他的同事们的结论IPCC的模型低估了剩下的碳预算,研究仍然存在相当大的差异,很难确定一个准确的数量作为剩余的允许排放。

一般来说,因为今天的累计排放量之间的区别和那些在1.5摄氏度的世界是如此之小,他们是有相当的敏感,许多不同的因素,包括观察到的变暖发生日期,多少多少的客座率排放预计在未来,什么范围气候敏感性用于计算66%的机会避免,和许多其他问题。

虽然艾玛会发现碳预算远低于/ esm观测相结合,两个并不一定具有直接可比性。艾玛是针对2100年气候变暖(在此期间,常常超出1.5摄氏度),而esm只是看多少二氧化碳可以在温度超过1.5摄氏度之前发出。在这一点上,很有可能过早表明我碳预算可能太低了。

最终,彼得斯认为,剩下的碳预算的想法可能不是很有用的概念为严格的减排目标,比如1.5摄氏度。全球气温的上升已经接近1.5摄氏度,小的差异计算有很大的影响。

同样,因为几乎任何可信的场景需要大量的负排放在本世纪晚些时候,碳预算本身并不是一个艰难的排放上限。无论如何使用碳预算,还有小于0.5 c通过额外的变暖要走1.5摄氏度,只有几十年在世界已经到达零排放——然后带负电。

更新10/4/2018:显示的不确定性范围古德温等研究在剩余的碳预算50%的几率小于1.5 c变暖图已经更新显示正确的值。文本也被更新表明,古德温等研究表明一个更窄的总体预算范围不同的百分比保持低于1.5摄氏度的机会被发现米勒等。

更新11/4/2018:文章已经更新,以反映的碳预算Kriegler等研究是指剩余50%而不是66%的几率低于1.5摄氏度。

更新23/7/2018:添加一些额外的研究本文最初发表以来被释放。

更新08/10/2018:请注意,以后的简短的文章讨论了1.5 c碳必威手机官网预算在IPCC特别报道1.5摄氏度。这可以发现在这里。