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1.5摄氏度
2018年10月8日12:19

分析:为什么IPCC 1.5C报告扩大了碳预算

Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

10.08.18
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

08.10.2018 |晚上12:19
1.5摄氏度 分析:为什么IPCC 1.5C报告扩大了碳预算

自工工业时间以来,人类活动的温室气体排放已经提高了大约1C的全球温度。这留下了快速缩小的“碳预算”,以保持在巴黎气候变化协定的愿望1.5℃内。

这项预算是一种简化的方法,可以测量进入大气的额外排放量,使其保持在1.5摄氏度或任何其他温度限制以下。它被视为政策制定者的一个关键数字,但它掩盖了许多复杂性,而且对所采用的方法很敏感。

新出版的气候变化政府间委员会(联合国政府间气候变化专门委员会)有关1.5摄氏度的特别报告(SR15)大幅扩大预算,将有66%的机会避免1.5摄氏度,提高到相当于当前排放量10年的水平。这与IPCC的第五份评估报告(AR5),将它放在周围三年了。

然而,尽管这一研究速度较大,但本研究的关键信息仍然是相同的:全球二氧化碳排放需跌至世纪中期净零,以避免1.5℃的变暖。

在这里,碳简必威手机官网报深入研究了新的、更大的碳预算的细节,并探讨了这种转变背后的原因。

介绍

碳预算是一种简化的方法来衡量可以进入大气的额外排放,如果世界希望限制全球变暖到1.5℃。它们基于以下事实:可以通过总二氧化碳排放来近似将发生的变暖量。

但在实践中,他们掩盖了很多复杂性。由于科学家们努力达成一致的1.5C限额,这已经变得显而易见的是。巴黎协议关于2015年的气候变化。因为世界已经是大部分方式变暖的1.5℃,剩余预算相对较小,因此对所用方法非常敏感。

基于估计联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告(AR5),从2018年初或周围留下了大约120千年二氧化碳(GTCO2)3年的排放量- 有66%的几率避免1.5℃变暖。对于超过1.5℃的50/50,剩余的预算是适度更大的268gtCO2 - 或大约七年的当前排放。

政府间气候变化专门委员会的新SR15显着修改这些数字。它提高了66%的预算,避免了1.5℃至420gtCo2 - 或10年的当前排放。同样,50/50机会超过1.5℃的预算增加到580gtCO2 - 14年的当前排放。

然而,考虑到仍存在许多巨大的不确定性,即便是修订后的1.5摄氏度碳预算也不太可能是辩论的终点。这些包括:

  • 1.5C目标的精确含义。
  • 关于“表面温度”实际上是指的分歧。
  • “前工业化”时期的定义。
  • 应使用哪些观察温度数据集。
  • 影响气候的非二氧化碳因素发生了什么。
  • 是否是地球系统的反馈解冻永久冻土被考虑在内。

最后,发射方案在新的SR15中考虑也倾向于超过预算允许的程度超过预算,而是通过大规模使用来弥补它负排放将来。大碳预算不确定性和对负排放的依赖 - 基本上,从大气中吸入二氧化碳并永久存储它 - 表明碳预算的想法可能是有限的,对于严格的缓解目标,如1.5℃。

碳预算的介绍

2018年10月3日,在韩国仁川举行的政府间气候变化专门委员会第48届会议上介绍碳预算。图片由IISD/ENB |吴肖恩拍摄

旧碳预算问题

IPCC第5次评估报告中提出的未来气候预测是基于一项全球协调的模拟工作,称为“耦合模式相互比较项目5”(CMIP5.)。接近40种不同气候模型从世界各地的科学群体习惯于检查过去和未来的气候变化。

为此,气候模型均为过去和未来的温室气体浓度 - 以及影响气候的其他因素,包括太阳能,火山活动,土地利用变化和气溶胶的变化。这些型号没有使用过去或预计未来的二氧化碳排放,仅限大气浓度。

这是因为只有大约一半的气候模型包括“耦合”的土地和海洋化学元件,允许建模的碳循环:海洋或土地的排放方式碳汇多少钱仍在大气层中

含有碳周期的气候模型 - 称为“地球系统模型”(ESMS.) -可以用来估计产生用于运行气候模型的大气二氧化碳浓度所需的排放量。

IPCC第5次评估报告中提到的碳预算是基于20种气候模型的子集,这些模型可以计算过去的温度变化和排放,而不是基于对温度和排放的实际观察。由于其中一些模型的排放和温度变化与观测结果有显著差异,因此在计算碳预算时造成了许多问题。

过去排放的问题

碳预算基于一个相对简单的想法:全球表面温度变暖量往往与总数相比(累积)二氧化碳排放量。这意味着如果在模型中不准确的累积排放或温度变化,所产生的碳预算也将是。

事实证明,累计排放的基于ESM的估计值得注意的是,来自所提供的实际排放的最佳估计全球碳项目(GCP)是一家国际集团的国际财团,为全球二氧化碳排放量和汇款发布年度评估。下面的图表在年度二氧化碳排放(左)和累积二氧化碳排放(右)之间显示ESM(黑线)和GCP(蓝线)估计的比较。

ESMS和观察(左)和累积排放量(右),1850 - 2017年估计年度二氧化碳排放量。累积排放是关于1854-1865基线计算的。ESM数据提供给碳简介必威手机官网理查德米尔尔博士。来自的观测数据全球碳项目。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林

平均而言,ESMS表明,与估计的实际排放量为大约2,267gtCo2,自1860年以来,已有1,989gtCO2。这表明ESMS低估了历史排放约280gtCO2。由于碳预算基于温度和累积排放之间的关系,因此低估了累积排放将导致碳预算太小。

ESM和GCP累积排放量之间的大部分差异来自于1940年左右的时期,在这段时期,ESM表明GCP数据集中没有出现排放量的大幅下降。作为格伦博士博士全球碳项目讲碳简介,2必威手机官网0世纪40年代是GCP数据中的一个巨大不确定性,排放与估计碳汇之间的“预算不平衡巨大”。

虽然esm累积排放量的平均估算值明显低于GCP,但仍在GCP累积排放量的不确定范围内(如图中2017年GCP值的蓝色“胡须”分支所示)。对历史排放量的估计相差很大,这是总体碳预算计算中不确定的一个主要来源,而且经常被忽视。

模型与过去排放量的观测估计之间的不匹配对最终的碳预算有很大的影响,因为这意味着每吨二氧化碳排放的模型造成了太多的变暖。

然而,这并不一定意味着气候模型实际上会表现出过多的变暖,如前所述必威手机官网碳简短文章。气候模型使用过去和未来投影的二氧化碳浓度,而不是排放。如下图所示,四个不同的未来二氧化碳浓度(彩色线条)的估计代表性浓度途径IPCC第5次评估中考虑的rcp (rcp)与观测值(黑线)相当接近。

观察(黑线)和代表浓度路径(RCP)(色线)全球平均二氧化碳浓度。观察来自NOAA.;RCP数据来自Meinshausen等2011年。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林

过去的温度问题

气候模型运行既可以预测未来变暖和其他气候变化,也可以预测“追算“过去的气候变化。每个模型都会产生自1800年代中期以来发生的变暖程度的估计。这些估计都用于评估气候模型的性能并计算剩余的碳预算。

模型可以用多种不同的方法来估计全球变暖。最常用的方法是让该模型计算整个世界略高于地表的温度,这个值被称为地表气温(SAT)。

然而,历史观察温度变化并不完全相当于全球坐线估计 - 相反,它们结合在海洋表面温度(SST)的土地上。为了准确地比较模型到观察,需要模型坐在地上的模型与海洋模拟的SST。这对于碳预算计算的重要因素是,在气候模型中,SAT的温暖靠近0.1℃,而不是SAT / SST。

下图检查了自18世纪中期以来气候模型和观察中发生了多少变暖。自1800年代中期以来,跨越所有CMIP5型号的平均水平(实心黑线)变暖非常相似对观察记录(三个不同的数据源通过黄色,蓝色和紫色细线显示。

RCP4.5 CMIP5.混合SAT / SST Multimodel平均值(固体黑色),双Σ模型范围(灰色),CMIP5 SAT MultiModel平均值(虚线),ESM SAT MultiModel平均值(虚线)和33%ESM的平均值为1.5C碳预算(虚线)。观察温度记录HadCRUT卡谭和方式伯克利地球。数据在1861-1880期间绘制为异常。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林

然而,CMIP5模式的子集是ESMs(红色虚线),比CMIP5模式的整体(黑色虚线)预测的sat自19世纪末以来的升温幅度要高0.1℃左右。因为IPCC第5次评估报告中的碳预算仅仅是基于这些esm,平均气温上升了0.1摄氏度,这意味着最终的预算可能太小,大约200亿吨二氧化碳。

当AR5作者计算碳预算时具有66%的碳预算,避免超过1.5℃的变暖,基于最温暖的第三三分之一,当温度达到1.5℃时,具有最小的累积排放量的ESMS(红色虚线)。作为理查德米尔尔博士牛津大学“这些(es必威手机官网m)中最温暖的三分之一,完全决定了可能低于预算的温度,几乎肯定是太热了”,到2017年,许多esm的温度已经超过1.5摄氏度。

观察改善预算

在新的IPCC SR15报告中计算碳预算的主要变化是使用观察 - 而不是来自ESMS的价值 - 确定1800年代中期和现在之间的变暖和排放量。然后,基于IPCC AR5的ESMS和观察限制的累积排放与温度之间的关系来计算出现剩余的预算。

这种方法,最初提议米勒和他的同事2017纸,有效地消除了与低估历史累积二氧化碳排放的ESMS相关的问题,并且突出的温度升温比观察到的温暖。

纠正这两个问题是广泛接受由科学界负责。毫无疑问,使用观察而不是模型估计可以更准确地估计1.5摄氏度和2摄氏度目标的剩余预算。

定义碳预算

巴黎协议,各国致力于“将全球平均气温的增长远低于2℃以上的预工业水平,并追求将温度提高到1.5℃以上预工业水平”。然而,1.5C目标已原因在实践中定义有些难以存在。

对于目标是指目标是指50%的机会或66%限制升温至1.5℃。虽然围绕2C的“良好”语言通常被解释为> 66%的机会避免2C,但1.5C目标周围的语言更为暧昧。

同样,巴黎协议未指定全局平均温度是否已转入全球SAT或全球SAT / SST。它也没有指定前工业化时期或应用作参考的表面温度数据集。

DataSet最重要的选择。有些人,包括梅德利中心HadCRUT4和NoaaGlobalTemp,排除历史记录稀疏的北极等区域。其他人,如美国宇航局GISTEMP卡谭和方式,伯克利地球,使用各种技术填补缺失数据的区域。

为了反映这些不确定性,IPCC新的SR15提供了根据SATs和混合SATs/ sst计算的全球气温的碳预算。它们还为50%和66%的规避方案提供预算。

为了考虑观察温度记录的差异,它们创建了四种不同记录的综合 - Hadcrut4,Noaa的GlobalTemp,Gistemp和Cowtan和Way - 以用作最佳估算。它们提供了历史温度估计的±250gtCO2的碳预算不确定性范围。

如何定义表面温度的影响,以及观察温度数据集的选择,如下图所示,碳预算有66%的机会避免超过1.5℃的变暖。使用全局表面空气温度(SAT,Orange Bar)将570gtCO2至420gTCO2的预算减少。使用全球完整的表面记录将进一步将碳预算减少29,59和162gtCO2,用于分别用于NASA(黄色),牛棚和方式(浅蓝色)和伯克利地球(深蓝色)。

从2018年开始的剩余碳预算,有66%的机会避免1.5摄氏度的升温。IPCC AR5 1.5C预算(左)与各种SR15预算(右)的混合SAT/SST、SAT-only和SAT +全球完整温度记录。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林

这些差异表明,由于预工业期间的温度变化估计是重要的,以确保温度不超过1.5℃。

大的不确定性仍

定义碳预算的不同方式可能导致结果非常不同。但即使在精确定义时,碳预算中的大不确定性也仍然存在。SR15表示“对CO2和非二氧化碳排放的气候响应的不确定性贡献±400gtCO2”。

这种不确定性的一个重要部分涉及非二氧化碳气候因素。未来甲烷排放,氧化亚氮,气溶胶等气候“强迫“未知,并且可以对剩余的碳预算产生很大影响。SR15表明,非二氧化碳温室气体可能导致升温增加或降低,高达0.1℃,将所得碳预算改变为±250gtCO2。

在非二氧化碳气候迫使效果有多大的情况下也存在不确定性,特别是气候冷却气溶胶,有温度。这种强迫不确定性可以将碳预算减少到400gtCO2,或者将其增加到200GTCO2。

SR15表明,由于地球系统反馈,例如通过解冻永久冻土释放的碳,可以进一步降低预算在2100中,通常不包括在气候模型中的碳冻土。然而,这些反馈对短期内的重要性不太重要,因为它们的效果大多在本世纪晚期开始。

负排放的问题

碳预算在其最简单的排放中反映在预算中保留,以限制在1.5C目标下方的温暖。但是,几乎所有的未来排放情景都产生了“综合评估模型SR15中的“(IAM)”(IAM)在碳预算中没有保留积极的排放。

相反,这些情景更慢地减少排放,从化石燃料的积极排放量被抵消负排放量生物能必威体育在线注册源与碳捕获和存储(BECCS)和自然气候解决方案,如造林。这些情况通常会超过1.5摄氏度,到本世纪中叶,全球气温将高达1.8摄氏度,然后再增加负排放来降低气温。

下图显示了“共享社会经济路径”(见碳简报)中不同1.5摄氏度IAM情景下的二氧化碳排放量(左)和由此产生的全球温度变化(右)必威手机官网最近的解释者数据库在SR15报告中举报。对于每个IAM情况,CO2排放图显示了每个IAM场景的正排放(零线)和负排放(低于零)。

在所有RCP1.9/1.5C IAM情景中,陆地、工业和能源系统的正(上)和负(下)二氧化碳总排放量(左图)以及相对于工业化前的全球平均地表温度(右图)必威体育在线注册Rogelj等人2018。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林

负排放量广泛地跨越1.5C场景 - 从400gtCO2到1,600gtCo2(10-40多年的排放)。负排放的使用有效地增加了剩余的420gTCO2碳预算的大小率90%至380%,允许800至1,600gtCO2的总阳性排放量2100。

如果未来的排放情景都不符合碳预算,那么碳预算就没有多大作用。负排放会让碳预算变得毫无意义,因为远远超过预算的排放可以简单地用假设的未来负排放来抵消。虽然可以通过从正排放中减去所有负排放来计算IAMs的有效碳预算,但这并不代表短期内对实际排放的简单限制。

此外,使用负排放开始打破依据碳预算的假设,累积排放和变暖之间存在线性关系。作为Kirsten Zickfeld教授西蒙弗雷泽大学和他的同事们发现在2016年的纸张中,它通常需要更多的负排放,以减少比正排放量增加温度,如下图所示。当排放是阳性的给定温度(箭头到右上右侧的箭头)时,允许更大的累积排放量较大(箭头到左下角)。

图表显示累积二氧化碳排放与增加(净积极)的温度与温度(净负数)排放的关系,不同发射情景。从Zickfield等人2016中获取图2。

不同排放情景累积二氧化碳排放与温度下降(净积极)和减少(净负数)排放的关系。取自图2Zickfield等人2016年

这反映在IAM;较大1.5℃温暖过冲和更多负排放的情景往往相应较少的总碳预算。

周围碳预算的巨大不确定性 - 以及很少的事实,如果有的话,如果有的话,则可能会限制积极的二氧化碳排放到预算 - 已领导彼得斯和别的对于严格的减排目标,如1.5摄氏度,建议保留碳预算的想法可能不是非常有用的概念。

奥利维斯博士他是欧盟/欧洲研究部的负责人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会鼓励政策制定者进行快速减排:

“不能指望政策制定者把突然延长碳预算作为一个加强减排努力的好机会,仅仅因为达到1.5摄氏度现在似乎不那么不切实际。相反,这样的延长强化了他们长期以来的信念,即永远都将是‘午夜前五分钟’,尽管全球排放量仍然没有减少。”

显而易见的是,如果世界想要有任何限制变暖到1.5℃,则需要与大规模部署负排放的大规模部署的非常快速的排放减少。

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