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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“无论选择社会如何服用。

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。

当科学家最近指出这一点时,它据报道作为一项新的科学发现。然而,科学界已经认识到,零二氧化碳排放可能意味着未来气温将持平自从至少2008年.政府间气候变化专门委员会(IPCC) 2018年关于1.5摄氏度的特别报告也特别关注零排放情景,并有类似的发现。

关于全球变暖的疑惑主要是由于混淆了两个不同的概念:一个是大气中二氧化碳含量保持在当前水平的世界;一个排放达到净零,浓度开始下降的世界。

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

零排放的影响周围的混乱是可以理解的。偶数A美国宇航局气候常见问题- 最后在2007年更新 - 仍然说:“即使我们今天停止发出温室气体,全球变暖将继续发生至少几十年,如果不是几个世纪。(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会是一个棘手的问题吗)。

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——而且不能有效地将二氧化碳排放转化为大气中的二氧化碳浓度。

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

模型倾向于建议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,如果排放到零,另一方面,在最终稳定在较低水平之前,CO 2的大气浓度会很快落下。

下图改编自2010年的一篇论文自然地球科学biwei6868通过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情景下预计未来变暖
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的回归.图表由碳简报使用必威手机官网Highcharts

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。

鉴于世界已经过大约1.3℃,这意味着,如果目前的二氧化碳浓度因某些持续的排放而稳定,这意味着1.5C限制将被突破。

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。

海洋变暖和大气二氧化碳下降

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。

地球目前处于热平衡状态,这意味着更多来自太阳的能量被大气层中的温室气体捕获,而不是逸回太空。必威体育在线注册超过90%的额外热量将使海洋变暖。然而,随着海洋继续变暖,它们从大气中吸收的热量将减少,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。

偶然的,这两个因素相互抵消.海洋表面持续升温带来的额外升温被大气中二氧化碳的下降所抵消。

随着时间的推移,这两个因素预计也会有相似的模式,在净零排放后的头几年,它们的规模会更大,并随着时间的推移逐渐减少。

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。的一生的二氧化碳大气中的二氧化碳含量是由碳汇吸收二氧化碳的速度决定的;虽然我们大约一半的排放相对较快地被吸收,但我们积累在大气中的一部分二氧化碳排放仍将存在数万年。

去年发表的新研究结果提供了帮助更有力的证据净零二氧化碳排放对温度的影响。这些结果来自一系列现代气候模型,包括碳循环动态,称为地球系统模型(esm)。

零排放承诺模型相互比较项目(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。

当海洋得到温暖的时,红条代表从减少的海洋热量摄取的变暖,而蓝色和黄色条分别从海洋和土地上的二氧化碳吸收冷却。请注意,顶部面板中的净强制不一定始终符合投影温度影响,因为自然变化和其他因素也可能影响ESMS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Highcharts,从Macdougall等(2020)

在零排放达到50年后,对未来气温变化的预测从降温0.3摄氏度到升温0.3摄氏度不等,在参与ZECMIP实验的所有模型中,平均降温约为0.03摄氏度。其中10个模型显示地表温度的预期变化接近于零,而3个模型显示明显变冷,2个显示明显变暖。

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的影响。而且,一旦二氧化碳排放量稳定到零,全球气温将稳定,而且零温室气体或气溶胶排放也不是真的。

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。

该报告看着案例审查了上面的 - 零二氧化碳排放 - 由蓝线表示。但它也看着零二氧化碳和气溶胶排放(红色),零温室气体(黄色)和零温室气体和气溶胶(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Highcharts的图1.5IPCC 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CO2和气溶胶排放量为零,世界将在0.4℃下升温约0.4C升温,而单独的零二氧化碳排放量相比。在这种情况下(红线),世界可能超过1.5C目标,达到约1.75℃,达到2100左右。

其他温室气体也是全球变暖的重要司机。人为排放的甲烷,特别是account for大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,阻止非二氧化碳温室气体排放所带来的降温效果,超过了阻止气溶胶排放所带来的升温效果,到2100年,将导致气温下降约0.2摄氏度。

当然,这些都只是最好的估计。一个s discussed earlier, even under zero-CO2 alone, models project anywhere from 0.3C of cooling to 0.3C of warming (though this is in a world where emissions reach zero after around 2C warming; immediate zero emissions in today’s 1.3C warming world would likely have a slightly smaller uncertainly range). The large uncertainties in aerosol effects means that cutting all GHGs and aerosols to zero could result in anywhere between 0.25C additional cooling or warming.

结合所有这些不确定性表明,在排放到零之后,本世纪零CO2效果的最佳估计在0C +/- 0.3c左右,而零温室气体和气溶胶的影响将在-0.2c +/-0.5℃。

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。一个最近的论文通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持怀疑态度这表明,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。

这篇文章中的研究均关注今天或未来几十年的零排放情景的影响。然而,如果在本世纪晚些时候发生零排放,则有可能锁定更多碳循环反馈过程——如永久冻土融化- 在目前的全球温度水平下。

一个比工业化前水平高出3摄氏度或4摄氏度的世界,可能会比现在的世界更严重地锁定未来的变暖,而探索这些影响需要更多的研究。

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所有这些都发生得很慢,并且滞后于地表温度的升高。一个零排放的世界仍将导致海平面在未来几个世纪内不断上升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”。

为了阻止这些影响,最终可能需要减少全球温度净负电,全球温室气体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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