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气氛 - 云 - 和彩虹
大气与云彩和彩虹。 资料来源:IX Studio / Alamy Stock Photo。
58biwei
2021年4月29日15:00

解说:一旦达到净零排放,全球变暖会“停止”吗?

齐克Hausfather

齐克Hausfather

04.29.21
齐克Hausfather

齐克Hausfather

29.04.2021 |下午三点
58biwei 解说: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,世界在未来正面临“承诺变暖”,这意味着更高的温度是“锁定“,”在进行中”或“不可避免的,不管当今社会做出了怎样的选择。

现有的最佳证据表明,恰恰相反,一旦二氧化碳(CO2)排放量达到零,变暖可能或多或少会停止,这意味着人类有能力选择自己的气候未来。

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。但是,科学界已认出,零二氧化碳排放可能暗示未来的未来温度至少从2008年开始.2018年政府间气候变化(IPCC)2018年关于1.5C的特别报告还包括对具有类似发现的零排放情景的特定重点。

致力于加热源处的大部分混乱源于混合两种不同的概念:大气中的二氧化碳水平的世界仍然存在于电流水平的世界;和一个排放达到净零和浓度的世界开始跌倒。

然而,即使在零二氧化碳排放的世界中,也存在与非二氧化碳温室气体(GHG)(如甲烷和氧化亚氮)发生的事情相关的剩余不确定性,硫酸盐气溶胶这冷却了地球和长期反馈过程以及气候系统的自然变化。

此外,在排放达到零之后,预计温度将保持稳定而不是下降几个世纪,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。

恒定浓度vs零排放

关于零排放影响的困惑是可以理解的。即使是一个美国国家航空航天局气候常见问题解答——最近一次更新于2007年——仍然说,“即使我们今天停止排放温室气体,全球变暖至少还会继续发生几十年,如果不是几百年的话。”(美国宇航局Gavin Schmidt博士告诉碳简报,必威手机官网这种措辞没有反映出最近的研究,更新正在进行中)。

造成混淆的一个常见原因是混淆了两种截然不同的情景:二氧化碳浓度保持在今天的水平;世界上所有的排放都被立即削减为零(或净零,这将产生同样的效果;最终重要的是二氧化碳源和汇的平衡,尽管其中的汇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。这是因为他们没有包括生物地冰晶周期的建模 - 如碳周期- 无法将CO2的排放性与大气二氧化碳浓度有效地转化为大气。

因此,气候模型倾向于运行大气中二氧化碳浓度的情景,而不是排放,并且经常检查如果大气二氧化碳水平在未来保持在当前水平会发生什么。

这些“恒定浓度”情景表明,随着海洋慢慢加热以达到与大气相同的温度并将地球带回辐射平衡的情况下,额外的变暖“。也就是说,从太阳从太阳中吸收的能量的量等于被恢复到空间的量等于射回的量。必威体育在线注册

模特倾向于建议0.4C.0.5C.如果浓度保持在同一水平,那么在接下来的几个世纪里,气候还会进一步变暖。

然而,一个恒定浓度的世界不是零排放之一。保持浓度不变需要一些持续的排放来抵消土地和海洋吸收的二氧化碳。这将达到当前全球排放量的约30%,尽管所需的金额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,最终稳定在一个较低的水平。

下图,改编自2010纸张自然地球科学biwei6868经过H Damon Matthews教授安德鲁教授韦弗,比较了恒定浓度(红线)和零排放(蓝线)情景下的预测温度变化到2200。

在恒定浓度和零排放的情况下预测的未来变暖
在恒定浓度(红线)和零排放情景(蓝线)下预测的未来变暖。历史变暖是基于NASA、NOAA、Berkeley、Cowtan and Way和Hadley/UEA记录的平均值(黑色)。未来的变暖适应模型运行Matthews和Weaver 2010.模型运行与30年的历史温度相结合当地回归.图表由碳简报使用必威手机官网高级园林

马修斯和韦弗发现,在持续升温的情况下,到2200年,全球将继续变暖0.3摄氏度左右——随着深海继续缓慢变暖,未来几个世纪还会继续变暖。

考虑到全球已经变暖了1.3摄氏度左右,这意味着如果由于一些持续的排放,目前的二氧化碳浓度保持稳定,那么1.5摄氏度的上限将被打破。

相比之下,他们认为在净零排放的世界里,气温会稳定下来,大致保持在停止排放时的水平。

温暖的海洋和落大气二氧化碳

温室气体排放达到零后,温度将趋于稳定,这一发现源于两个相反的因素。

地球目前脱离了热平衡,意味着阳光的能量更多地被大气中的温室气体捕获而不是逃回空间。必威体育在线注册超过90%的额外热量正在加热海洋。然而,随着海洋继续温暖,它们将从大气中占用更少的热量,全球平均表面温度将进一步上升。

与此同时,土地和海洋吸收了人类每年发出的二氧化碳的一半。如果排放量零,这些“碳汇”继续占据过去的一些额外的二氧化碳,即首先快速地发出的额外二氧化碳,然后随着时间的推移而逐渐慢慢地逐步逐步升级。这降低了大气中CO2的水平,因此,温暖的IT导致的变暖。

偶然,这两个因素相互抵消.通过落下的大气二氧化碳的冷却,从海洋中继续加热的额外表面升温。

这些因素也有望随着时间的推移具有类似的模式,在净零排放后的前几年更大,随着时间的推移逐渐拖走。

在很长的时间里 - 超过数十万到数千年 - 碳汇将成为主导,全球温度最终会跌倒 - 只要人为的二氧化碳排放仍保持在净零。这一生的二氧化碳在大气中由迅速占用CO2的速度决定;虽然大约一半的排放量相对较快被吸收,但我们在大气中积累的一部分二氧化碳排放仍将存在于数千年的时间。

去年发表的新研究结果提供了帮助更强大的证据二氧化碳净零排放对温度的影响。这些结果来自于一系列现代气候模型,其中包括碳循环动力学地球系统模型(esm)。

零排放承诺模型互通项目(ZECMIP)使用了18种不同的esm来模拟一个在全球总共排放3667亿吨二氧化碳(或10000亿吨碳)后突然停止排放的世界将会发生什么——这预计将导致比工业化前水平变暖约2摄氏度。它还考察了一个排放逐渐下降到净零的案例,并发现了与达到净零后突然中断类似的结果。

(ZECMIP类似于在联合国主持下进行的示范相互比较项目CMIP6.这是在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年发布。然而,它的设计太晚了,无法成为CMIP6的正式组成部分。)

下图是停止排放50年后本次实验的结果。上面的面板显示了来自不同来源的能量通量的变化——地球表面积累的能量量必威体育在线注册。底部的面板显示了50年零排放后地表平均温度的变化。

红色的条形图代表随着海洋变暖,海洋热量吸收减少而变暖,而蓝色和黄色的条形图分别代表海洋和陆地吸收二氧化碳而变冷。请注意,顶部面板中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。

必威体育在线注册排放达到零后50年的能量通量和地表温度变暖
必威体育在线注册排放后50年的能量通量(顶部面板)和表面温度变暖(底板)达到ZECMIP项目的ESMS。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林,从Macdougall等(2020)

达到零排放50岁的预计未来温度变化从0.3℃变化到0.3℃的变暖,平均约为参与Zecmip实验的所有模型的冷却约为0.03℃。十个模型显示接近零的预期表面温度变化,而三种型号显示出显着的冷却,两种型号显着变暖。

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表面温度也有很大影响。尽管一旦二氧化碳排放量降至零,全球气温将趋于稳定,但温室气体或气溶胶的零排放却并非如此。

IPCC关于1.5C的特别报告(SR15)使用简化的ESM来评估在不同可能的零排放定义下地表温度可能的演变。这些不同场景的结果如下图所示。

该报告研究了由蓝线显示的二氧化碳零排放以上的案例。但它也考虑了二氧化碳和气溶胶零排放(红色)、温室气体零排放(黄色)和温室气体和气溶胶零排放(紫色)。

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排放量下,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(紫色线)下预测的全球表面温度变化。图表由碳简报使用必威手机官网高级园林,从图1.5调整IPCC SR15.使用第一图中描述的方法估计历史温暖值(黑色)和模型模拟的组合。

人类排放的气溶胶——悬浮在大气中的微小的硫或氮颗粒将射入的阳光反射回太空——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一效果的恰好是多大的。气溶胶也具有相对较短的大气寿命,如果排放停止,目前在大气中的气溶胶将迅速退出。

因此,如果二氧化碳和气溶胶排放为零,那么全球气温将上升0.4摄氏度左右,而二氧化碳排放为零。在这种情况下(红线),全球气温很可能超过1.5摄氏度的目标,到2100年达到1.75摄氏度左右。

其他温室气体也是全球变暖的重要驱动因素。人为排放的甲烷,特别是帐户约四分之一世界经历的历史变暖。

与二氧化碳不同的是,甲烷的大气寿命很短,因此今天排放的气体将在12年后大部分从大气中消失。这就是为什么到2100年,如果所有温室气体排放都降至零,世界将显著变冷的主要原因。与二氧化碳降至零的情况相比,这将导致大约0.5摄氏度的降温。

最后,如果影响气候变化的所有人类排放均落到零 - 包括温室气体和气溶胶 - 那么IPCC结果表明,将有一个短期为20年的颠簸,随后是长期下降。这反映了变暖的反对冲击,因为气溶胶从甲烷水平落下气氛而不是冷却。

最终,从停止非CO2温室气体排放的冷却超过抵消了阻止气溶胶排放的变暖,导致约0.2℃冷却到2100。

当然,这些只是最好的估计。正如前面所讨论的,即使仅在零二氧化碳的情况下,模型预测的气温升高幅度也在0.3摄氏度到0.3摄氏度之间(尽管这是在全球气温升高约2摄氏度后,碳排放达到零的情况下;在目前全球变暖1.3摄氏度的情况下,立即实现零排放的可能性可能会略小一些)。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降为零可能会导致0.25摄氏度的额外冷却或升温。

综合所有这些不确定性,对二氧化碳零排放对整个世纪的影响的最佳估计是0摄氏度+/- 0.3摄氏度左右,而温室气体和气溶胶零排放的影响在-0.2摄氏度+/- 0.5摄氏度左右。

自然变化也有可能在未来变暖中发挥作用,即使是在零排放的未来。一个最近的论文经过陈周教授和他的同事们认为,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。

周和同事建议在0.2-0.5c的额外变暖之间发生,即使在零排放世界中,曾经在海洋这部分寒冷温度的历史模式逆转 - 尽管只有一部分这种变暖可能会发生2100次。

其他一些研究人员一直在怀疑这表明,太平洋的这些历史模式是否会发生改变,以及何时会发生改变,目前尚不清楚。

这篇文章中的研究都着眼于当前或未来几十年零排放的影响。然而,如果在本世纪晚些时候实现零排放,就有可能锁定更多的碳排放以反馈流程——如熔化多年冻土- 在目前的全球温度水平下。

通过3C或4C在预工业前水平温暖的世界可能会锁定比今天的世界更加忠诚的变暖 - 更多的研究需要探索这些效果。

最后,虽然目前的最佳估计表明,温度将在零排放世界中稳定稳定,并不意味着所有气候影响都会停止恶化。

融化的冰川冰盖海平面上升一切都会缓慢发生,落后于表面温度变暖。零排放世界仍然会导致海平面上升,多个世纪以来一些人估计建议至少额外80厘米的额外海平面上升是“锁定”。

要阻止这些影响,最终可能需要通过降低全球气温来实现净负全球排放而不仅仅是通过达到净零度来阻止温度上升。

更新:本文于30/04/202更新,以澄清ZECMIP实验的详细信息。

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