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飞机和喷气式飞机在天空中留下的痕迹。
飞机和喷气式飞机在天空中留下的痕迹。 资料来源:Eyebyte / Alamy Stock Photo。
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2020年9月21日7点

帖子:计算航空排放的真正气候影响

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09.21.20
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21.09.2020 |7:00 AM
客人帖子 帖子:计算航空排放的真正气候影响

在Covid-19流行病之前及其封锁限制,空中旅行已成为许多富裕国家和个人的现代生活中的几乎不受清楚的方面 - 几乎和汽车一样多。

2018年的数据展示全球人口比以往任何时候都更频繁地飞行 - 超过之前的距离 - 近3800万次,共携带4.3亿公里的乘客。在2020年之前,航空的航空将在每年左右增长。

但所有这些航班的气候费用是什么?传票的数字是航空账户2%的全球二氧化碳排放量。然而,航空对气候的影响超越二氧化碳而且它的排放在大气中有复杂的相互作用,会加剧气候变暖的影响。

已经研究了航空的气候影响多年来,包括一个特别报道由这件事政府间气候变化小组(IPCC)在1999年,但众所周知,所有结果都纳入了基于最佳可用科学的综合分析和评估。biwei6868

发表于期刊大气环境最近,我们和世界各地的其他19位科学家一起,对当今航空对气候的影响进行了最新分析。

我们发现,当考虑到所有影响时,航空占据了当今人类造成的温暖影响的约3.5%。

下面,我们将揭开这项研究的主要结果,并描述一点背景。

不寻常的部门

在估算和归因排放时,航空业是一个有点不寻常的行业其二氧化碳排放量的65%(PDF)在国际空域中,因此,不一定是“属于”个体国家。

此外,航空很大程度上依赖于液态化石燃料,严格的安全法规,以及较长的飞机开发和机队周转时间。这意味着舰队的快速变化——比如那些被看到的机动车- 根本没有在经济上可行,更不用说技术上可行。

国际航空部门不包括在巴黎协议关于气候变化。结果,其在他们的个人国家没有解决承诺减少排放量, 被称为国家决定捐款。然而,没有追求航空 - 和运输在美国,另一个具有国际排放的行业——实现协议中2摄氏度或1.5摄氏度的升温限制变得更加困难。

航空业确实有Corsia(“国际航空碳抵销和减少计划),通过联合国的192个国家在2016年达成了一项计划航空局,国际民航组织。Corsia的目的是帮助行业达到“梦寐以求的目标“在2020年”碳中性“之后,在国际航班中实现所有增长。

然而,Corsia一直在受到批评除非该计划延长到2035年以后,否则该计划将只涵盖2015年至2050年间所有国际航空预计二氧化碳排放量的6%。

CO2效果

尽管缺乏协调的国际行动,以解决航空的气候影响,但仍然有必要知道他们是什么。

这不是一小段任务,尤其是因为飞机喷射发动机的排放具有直接和间接影响的目录。这些总结在下面的图形中,我们将依次在下面的文本中解决它们。

航空排放物和增加的卷云影响气候系统的过程概略图。净正RF(升温)贡献来自二氧化碳、水蒸气、氮氧化物和烟尘排放以及尾迹卷云(由线性尾迹和由它们产生的卷云组成)。负射频(冷却)贡献来自硫酸盐气溶胶的产生。NOx排放造成的净升温是变暖(短期臭氧增加)和变冷(甲烷和平流层水蒸气减少,以及臭氧长期减少)的总和。由尾迹卷云产生的净升温是昼夜循环的总和。这些贡献涉及全球大气中大量的化学、微物理、运输和辐射过程。资料来源:Lee等人(2020)
航空排放物和增加的卷云影响气候系统的过程概略图。净正RF(升温)贡献来自二氧化碳、水蒸气、氮氧化物和烟尘排放以及尾迹卷云(由线性尾迹和由它们产生的卷云组成)。负射频(冷却)贡献来自硫酸盐气溶胶的产生。NOx排放造成的净升温是变暖(短期臭氧增加)和变冷(甲烷和平流层水蒸气减少,以及臭氧长期减少)的总和。由尾迹卷云产生的净升温是昼夜循环的总和。这些贡献涉及全球大气中大量的化学、微物理、运输和辐射过程。资料来源:Lee等人(2020)

航空业的二氧化碳排放相对来说比较容易理解。根据历史数据,我们计算出,自1940年以来,二氧化碳的历史累计排放总量约为326亿吨,其中近50%是在过去20年里排放的。

为了使这些排放量在背景下,它们是来自化石燃料燃烧,水泥生产和土地利用变化的全球排放量的2.4%(2018年)。当然,累积二氧化碳排放是重要的,而不是个人年份,因为二氧化碳在大气中的寿命长。

然而,航空的二氧化碳排放不是该部门唯一的气候影响 - 事实上,我们计算了他们代表了该部门“有效辐射强制”(ERF)的34%。

(ERF是地球-大气能量系统的不平衡必威体育在线注册工业前时代并以每平方米的瓦特测量。它被用作气候变化的度量,以实现不同温室气体与影响气候系统的其他影响的比较 - 例如改变Albedo.- 与全局平均表面温度变化有大致线性关系。)

另外66%的ERF来自非二氧化碳影响,主要来自尾迹卷云和排放氮氧化物(NOx)。

此外,非二氧化碳排放来自烟灰和硫的潜在巨大影响,即“硫酸盐气溶胶并同时影响高层和低层云层。然而,根据目前的科学,这些影响的程度甚至迹象——它们是整体变暖还是变冷效应——还不是完全清楚。biwei6868

非二氧化碳效应

在这些非二氧化碳影响中,最大的是“尾迹卷云”。这些是由飞机尾迹形成的原型尾迹形成的高层云。

当大气中的水蒸气冷凝到从飞机的喷射发动机踢出烟灰颗粒时,颈线卷云形式。当温度冷却时 - 通常为-30℃或较低的冰晶形式。如果它们是持久的,这些冰晶可以从线状结构传播到大型卷云云层中,在巡航飞机的海拔(高8-12公里)的大气中高。

这些云在白天通过反射太阳辐射来降温,同时通过捕获流出的红外辐射来升温。然而,它们有一个整体的变暖信号,持续约18个小时(平均8个小时)。

航空对气候的第二大非二氧化碳影响是氮氧化物的排放。氮氧化物是由飞机发动机从大气中的氮和氧的结合中产生的。发动机的高压和高温为氮氧化物的生成提供了近乎完美的条件,因此减少氮氧化物的排放是一个主要的工程挑战。

Nox排放在另一个温室气体的形成中发挥作用,臭氧(o3),不直接发射,但在大气中形成和破坏,通过高度复杂的化学。

它仍然变得更加复杂。NOx排放导致增加水平羟基自由基, 哦。这些是破坏的高反应性分子甲烷在大气中。由于甲烷是一种有效的温室气体,其羟基自由基破坏具有冷却效果。

飞机排放物还会导致平流层的水蒸气减少,以及背景臭氧增多,这代表着额外的较小的降温响应。然而,总而言之,飞机NOx的强迫具有升温效应。

最后,还存在来自水蒸气和烟灰的直接排放的相当小的额外的非二氧化碳撞击,这具有温暖的冲击,以及由硫酸盐颗粒的冷却效果,从二氧化硫中的硫磺中的硫含量中形成燃料。

整体影响

下面的图表展示了2000年至2018年间飞机排放的不同排放物及其更广泛的影响。

上面的图表包含了所有这些影响。不同色调的红色条形图表明,飞机排放物对全球变暖的主要影响是尾迹卷云和二氧化碳,而NOx和烟尘的贡献较小。硫磺形成的气溶胶(蓝色条)有一个小的冷却效果。

当考虑所有这些效果时,黑线显示了航空的整体变暖影响。这一变暖的撞击从2000年的56米W / M2增加到2018年的101米W / M2。

所有航空公司占本日辐射强制的3.5%约为3.5%。因此,即使它占二氧化碳排放量的大约2%,其对气候的影响要大得多。

下图解开了NOx的特定影响,包括由臭氧(黄色条)的短期增加引起的变暖,通过破坏甲烷而导致的冷却(蓝色棒),臭氧的长期下降,以及平流层的减少水蒸气。

航空航空气候影响估计的不确定性(显示为误差栏)是由非二氧化碳排放的主导。还应该注意的是,尚未量化的一些效果 - 包括硫和烟灰排放的气溶胶云相互作用 - 这些效果仍然是科学优先事项。

从2000年到2018年计算的ERF价值数量和年度航空迫使术语的置信区间。顶部面板显示所有ERF术语,底部面板仅显示NOx术语和NET NOx ERF。正条形图(红色/橙色/黄色)表示暖化影响,而负条形图(蓝色)表示冷化影响。资料来源:Lee等人(2020)
计算的ERF值数量和年度航空迫使条款的置信区间从2000年到2018年。顶部面板显示所有ERF条款,底部面板只显示NOx条款和净NOx ERF。正条形图(红色/橙色/黄色)表示暖化影响,而负条形图(蓝色)表示冷化影响。资料来源:Lee等人(2020.

新冠肺炎后的航空旅行

虽然我们已经估算了近年来全球航空业对气候的影响,但2020年的情况可能会大不相同。

但Covid-19大流行对航空旅行的长期影响是什么?我们在研究中没有考虑未来的途径,但Covid限制表明旅行行为如何变化。

目前,有行业预测这意味着在未来几年内部的一系列恢复率,最终,该部门的流量可能会返回预科级别- 此后,继续增加。

除非在Covid后改变,否则最近的限制不会对航空二氧化碳的影响产生很大差异。它是累积的二氧化碳,而不是单一年的排放 - 以及交通恢复,非二氧化碳影响力返回。

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如果航空恢复并继续扩大,则航空排放可能会增加成为主导部分人类排放作为其他部门的脱碳剂。

或者,公司可能会发现它无法展示和昂贵的送达他们的工人,现在视频会议选项已经嵌入日常生活中。同样,随着许多假期制造商避开国际旅行,支持国内目的地,区域旅游可能成为越来越受欢迎的选择。

航空部门本身呼叫恢复和脱碳的更多投资。但是,除非还介绍了限制化石燃料使用的措施,否则该部门将与巴黎野心不相容。

Lee,D. S.等人。(2020)全球航空对2000年至2018年的人为气候的贡献,大气环境,DOI:10.1016 / J.ATMOSEV.2020.117834

本文代表了Lee和Forster教授的意见,而不是本文的共同作者的意见。

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