分析:为什么IPCC 1.5 c扩大碳预算报告

人类活动排放的温室气体已经引起全球气温约前工业化时期以来的1 c。这使得快速萎缩的“碳预算”留在巴黎有抱负的1.5摄氏度气候变化协议。

这个预算是一种简化的方法来测量可以进入大气的额外的排放低于1.5摄氏度,或任何其他温度极限。它被视为一个关键决策者,但面具很多复杂和敏感的方法。

新发布的政府间气候变化专门委员会(联合国政府间气候变化专门委员会1.5摄氏度)特别报道(SR15)大大扩展了预算66%的机会避免1.5度相当于十年的目前的排放。相比之下,政府间气候变化专门委员会第五次评估报告(AR5),把它在三年了。

尽管如此大的转变,然而,这项研究的关键信息是一样的:全球二氧化碳排放量需要降至零,到本世纪中叶,以避免1.5摄氏度的气候变暖。

这里,碳短暂必威手机官网深入探究了新的细节,更大的碳预算,并探讨了这种转变背后的原因。

介绍

碳预算是一个简化的方法来衡量的额外排放进入大气,如果世界希望限制全球变暖等水平1.5摄氏度。基于这一事实的变暖量可以近似将发生二氧化碳排放总量。

但在实践中,他们掩盖了很多复杂性。这已经成为显而易见的科学家们在努力达成碳1.5摄氏度的预算限制,采用内巴黎协定在2015年的气候变化。因为这个世界已经大部分的方法1.5度的变暖,剩下的预算相对较小,因此,对使用的方法很敏感。

根据估计的联合国政府间气候变化专门委员会的第五次评估报告(AR5),将有大约120吨的二氧化碳(GtCO2)剩下的2018左右的开始三年的目前的排放避免1.5摄氏度——66%的机会变暖。50/50的机会超过1.5摄氏度,剩下的预算是一个适度较大的268 gtco2 -或七年左右目前的排放。

政府间气候变化专门委员会的新SR15大幅修正这些数字。它提高了预算的66%的避免1.5摄氏度到420 gtco2——或10年的目前的排放。同样,预算的50/50的概率超过1.5 c是增加到580 gtco2 - 14年的目前的排放。

甚至修改1.5 c碳预算不太可能结束的辩论,然而,考虑到许多大型剩余不确定性。这些包括:

• 1.5摄氏度的确切含义的目标。
• 分歧“表面温度”实际上指的是什么。
• “工业化前”的定义。
• 应该使用什么温度观测数据集。
• 客座率影响气候的因素发生了什么。
• 地球系统反馈是否喜欢永久冻土融化考虑到。

最后,发射的场景认为在新的SR15也倾向于排放远远超过预算允许,但弥补的大规模使用负排放在未来。大型碳预算的不确定性和依赖负排放——基本上,从大气中吸收二氧化碳并永久存储——表明,碳预算的想法可能是有限的使用等严格的减排目标1.5 c。

旧的碳预算的问题

未来气候预测出现在IPCC AR5是基于全球联合建模的努力称为“耦合模型相互比较项目5”(CMIP5)。近40种不同气候模型来自世界各地的科学组织被用来检查过去和未来的气候变化。

要做到这一点,气候模型给出了一组通用的过去和未来温室气体浓度,以及其他影响气候的因素包括太阳能量输出的变化、火山活动、土地利用变化和气溶胶。这些模型没有使用过去的或预计未来的二氧化碳排放,大气浓度。

这是因为只有大约一半的气候模型包括“耦合”的土地和海洋化学组件允许碳循环模型:排放是如何被海洋或陆地碳汇多少在大气中。

含有一个碳循环的气候模型——称为“地球系统模型”(esm)——可以用来估计需要产生的排放大气中的二氧化碳浓度用于运行气候模型。

碳预算以IPCC AR5是基于这个子集20气候模型可以计算过去温度变化和排放,而不是实际的观察温度和排放。因为这些模型的一些排放和温度变化差异很大,从观察,它引起了许多问题在计算碳预算。

过去的排放问题

碳预算是基于一个相对简单的想法:全球表面温度变暖会增加的数量与总比例(累积排放的二氧化碳。这意味着,如果累计排放量或温度变化在一个模型不准确,产生的碳预算将。

原来ESM-based估计累积排放量的患者明显区别所提供的实际排放的最佳估计全球碳计划(GCP),一个国际财团的气候科学家们发表的年度评估全球二氧化碳排放和下沉。下面的图表显示了比较ESM(黑线)和质量(蓝线)估计每年的二氧化碳排放量(左)和累计二氧化碳排放量(右)。

估计每年的二氧化碳排放量esm和观察(左)和累计排放量(右),1850 - 2017。累计排放量计算对1854 - 1865年基准。ESM的数据提供给碳短暂必威手机官网理查德·米勒博士。观测的数据全球碳计划。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

平均esm表明有1989 gtco2排放自1860年以来,相比估计实际排放约2267 gtco2。这表明,esm历史排放量约280 gtco2低估。因为碳预算是基于温度和累计排放量之间的关系,低估了累计排放量将导致碳预算,太小了。

ESM的区别和GCP累计排放量来自周期大约在1940年,在ESM建议大量排放下降GCP数据集不存在。作为Glen Peters博士在全球碳计划告诉碳简短,必威手机官网1940年代是一个大质量的不确定性数据,排放之间的“预算失衡是巨大的”,估计碳汇。

而累积排放量的平均估计GCP的esm比这低很多,它仍然是GCP累积排放量的不确定性范围内(见2017年蓝色的“胡须”分支GCP值在上图中)。估计的历史排放的各种不确定性的主要来源在整体碳预算计算和一个经常被忽视。

这个不匹配模型和observationally-based估计过去的排放有很大的影响产生的碳预算,因为它意味着模型有太多的变暖每吨二氧化碳的排放。

然而,这并不意味着气候模型会显示太多的变暖,因为在前面的解释必威手机官网碳简短的文章。气候模型运行使用过去和未来预计二氧化碳浓度,不排放。如下图所示,估计未来的二氧化碳浓度(彩色线)在四个不同的代表浓度通路(rcp)认为IPCC AR5已经非常接近观察(黑线)。

观察(黑线)和代表浓度通路(RCP)(彩色线)全球平均二氧化碳浓度。观察来自美国国家海洋和大气管理局;RCP的数据Meinshausen等2011。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

过去的温度问题

气候模型运行项目未来气候变暖和其他气候变化,以及“追算“过去的气候变化。每一个模型产生的估计多少变暖发生自1800年代中期。这些估计是用来评估气候模型的性能和计算剩余的碳预算。

模型可以预测全球变暖在许多不同的方面。最常用的方法是模型计算温度略高于整个世界的表面,一个值称为表面空气温度(坐)。

然而,历史的观察温度的变化并不完全等同于全球估计,而坐,他们将坐对土地与海表温度(SST)的海洋。准确比较模型来观测要求的组合建模坐对土地与模仿SST在海洋。这件事对碳预算计算,因为在气候模型,坐暖了接近0.1摄氏度以上坐/ SST相结合。

下图检查多少变暖发生在气候模型和观测自1800年代中期。在所有CMIP5模型的平均(固体黑色线)1800年代中期以来的气候变暖一直非常相似观察记录(三个不同的数据源由黄色所示,蓝色和紫色细线)。

RCP4.5 CMIP5混合坐/ SST multimodel意味着(固体黑色),two-sigma模型范围(灰色),CMIP5坐在multimodel意味着(冲黑),ESM坐在multimodel平均(冲红)和平均33%的ESM的最小1.5 c碳预算(红色虚线)。观察温度记录HadCRUT,卡谭和方式和伯克利地球。数据绘制异常对1861 - 1880年期间。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

然而,CMIP5模型的子集,esm(红色虚线)项目约0.1 c更变暖自1800年代末以来的全部合奏CMIP5模型(黑色虚线)sat考试。因为碳预算在IPCC AR5是完全基于这些esm,他们运行气温升高0.1摄氏度,平均而言,意味着最终的预算可能会被大约200 gtco2太小。

当AR5作者计算的碳预算66%的机会避免超过1.5 c变暖,这是基于最热的三分之一的esm(红色虚线),最小的累计排放量,当温度达到1.5摄氏度。作为理查德·米勒博士在牛津大学告诉碳简短,必威手机官网“最热的三分之一的这些(esm)完全确定可能低于预算,几乎可以肯定太热”,他们中的许多人已经超过1.5摄氏度到2017年气候变暖。

观察改善预算

主要的碳预算计算方式的改变在新的联合国政府间气候变化专门委员会SR15报告是使用观察——而不是从esm值来确定变暖的数量和排放在1800年代中期和礼物。累计排放量和温度之间的关系——基于esm从IPCC AR5和观测约束——然后用来计算从现在剩下的预算。

这种方法,最初提议米勒和他的同事2017年的一篇论文与esm相关,有效地消除了问题低估历史累计二氧化碳排放量和预测温度比曾被观察到。

纠正这些问题广泛的接受科学界。毫无疑问,使用观察而不是模型估计会导致一个更准确的估计剩下的预算的1.5摄氏度和2 c目标。

定义碳预算

在巴黎协定,国家致力于“把增加的全球平均温度低于2 c高于工业化前水平,追求努力限制气温上升1.5度高于工业化前的水平”。然而,1.5摄氏度的目标在一定程度上在实践中很难定义。

有分歧是否目标指的是50%或66%的机会将变暖限制在1.5摄氏度。而“低于”周围2 c语言已经被普遍解读为> 66%的几率避免2 c,语言在1.5摄氏度的目标更模糊。

同样,巴黎协议没有指定如果全球平均温度称为全球坐或全球/ SST坐下。它还不指定前工业化时期或表面温度数据集应该作为参考。

数据集的选择很重要。一些人,包括英国气象局哈德利中心的HadCRUT4和美国国家海洋和大气管理局的GlobalTemp,排除等北极稀疏的历史记录。其他人,比如美国宇航局GISTEMP,卡谭和方式,伯克利地球,使用各种技术来填补缺失数据的领域。

反映这些不确定性,全球气温的新IPCC SR15供应碳预算计算sat和混合sat /太平洋。他们还生产预算避免场景为50%和66%。

占观测温度记录的差异,他们创建一个复合的四个不同的记录——HadCRUT4, NOAA的GlobalTemp GISTEMP,卡谭和方法——使用最佳估计。他们提供碳预算的不确定性范围的±250 gtco2引入的历史温度不同的估计。

表面温度是如何定义的影响,以及温度观测数据集的选择,如下图所示的碳预算,有66%机会避免超过1.5 c变暖。使用全球表面空气温度(坐、橙色bar)减少了420年预算从570年gtco2 gtco2。使用全球表面完整记录将进一步减少碳预算29日59和162 gtco2 NASA(黄色),卡谭和方式(浅蓝色),分别和伯克利地球(深蓝色)。

剩余的碳预算从2018年的66%的机会避免1.5摄氏度变暖。IPCC AR5 1.5摄氏度的预算(左)与各种SR15预算(右)、混合坐/海温SAT-only,坐在+全球完成温度记录。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

这些差异表明,精炼估计前工业化时期以来的温度变化是重要的,以确保温度不超过1.5摄氏度的目标。

大的不确定性仍

不同的方式定义碳预算会导致截然不同的结果。但即使是精确定义,大型碳预算的不确定性依然存在。SR15州“气候对二氧化碳的不确定性和客座率排放贡献±400 gtco2”。

一个大的一部分,这种不确定性与气候因素的客座率。未来的排放甲烷、氧化亚氮、气溶胶和其他气候”营力“是未知的,可以对剩下的碳预算有很大影响。SR15表明客座率温室气体会导致气候变暖的增加或减少到0.1摄氏度,变化产生的碳预算±250 gtco2。

线程的Piers Forster

也有不确定性有多大影响的客座率气候营力,尤其是气候变冷气溶胶,对温度。这迫使不确定性可能减少碳预算400 gtco2,或增加200 gtco2。

SR15表明预算可以进一步减少100 2100年gtco2由于地球系统反馈,如碳释放的永久冻土融化,通常不包括在气候模型。这些反馈不太重要,从短期来看,然而,他们的影响将主要踢在后来的世纪。

负排放问题

碳预算反映,简单,排放保持在预算限额内变暖低于1.5摄氏度的目标。然而,几乎所有未来的排放场景产生的”综合评估模型”(艾玛)中SR15不保持积极的排放碳预算。

相反,这些场景减少排放要缓慢得多,用积极的排放化石燃料被负排放抵消生物能必威体育在线注册源和碳捕获和存储(BECCS)和自然气候解决方案,如植树造林。这些场景一般超过1.5摄氏度,全球气温达到高达1.8摄氏度到本世纪中叶,越来越多的负排放采取行动之前画的温度下降。

下面的图显示了二氧化碳排放(左)和由此产生的全球温度变化(右)在不同的1.5摄氏度我场景可以从“共享社会经济途径”(见碳短暂的必威手机官网最近的讲解员)数据库和特色SR15报告。图显示了积极的排放二氧化碳排放(零线以上)和负排放(零下)分别为每个我的场景。

总积极(上)和消极(底部)的二氧化碳排放量,工业和能源系统吨二氧化碳(Gt)(图左)和全球平均地表温度相对于工业化前的图(右)在所有RCP1.9/1.5C包含在我的场景必威体育在线注册Rogelj等2018。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。

负排放的量在1.5摄氏度的场景范围广泛,从1600年400 gtco2 gtco2电流(10-40年排放)。使用负排放有效增加其余420 gtco2碳预算的规模在90%和380%之间,让积极的排放总量在800年和1600年之间的2100年gtco2。

碳预算不太为目的如果没有未来的排放场景坚持下去。负排放会使碳预算基本上毫无意义,排放,大大超过预算可以被假定未来负排放抵消。而有效的碳预算可以计算出艾玛减去所有积极的负排放排放,这并不代表简单约束在近期实际排放。

此外,使用负排放开始打破假设潜在的碳预算,这是一个线性累积排放量和气候变暖之间的关系。作为克里斯汀•Zickfeld教授的西蒙弗雷泽大学和他的同事们在2016年的一篇论文中找到,它通常需要更多的负排放减少温度比积极的排放增加温度,如下面图所示。有更大的容许累计排放量对于一个给定的温度排放时正面的右上角(箭头)比排放-左下角(箭头)。

这是反映在艾玛;1.5度较大的场景变暖过度和负排放往往相应地较小的总碳预算。

大不确定性碳预算,很少,如果有的话,缓解方案实际上限制积极的预算——导致二氧化碳排放彼得斯和其他人显示剩余的碳预算的想法可能不是很有用的概念等严格的减排目标1.5摄氏度。

奥利弗Geden博士欧盟/欧洲研究部门主管德国国际和安全事务研究所在柏林,警告说,新修订的碳预算可能不鼓励决策者进行快速减排:

“决策者不能指望以突然碳预算扩展为一个受欢迎的加大减排努力的机会,只是因为会议1.5 c现在似乎有点不切实际。相反,这样的一个扩展强化他们长久以来相信它永远是五分钟到午夜,尽管全球排放量仍不下降”

很明显,快速减排需要加上大规模部署的负排放,如果世界希望有机会变暖限制在1.5摄氏度。