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人工林年轻成熟的植物
用年轻成熟的植物种植的森林。 来源:克里斯·范·伦内普/阿拉米股票照片。
客人的帖子
2021年6月21日16:00

客座帖子:为什么二氧化碳拆卸不平等,与减少排放相反

克里斯汀•Zickfeld教授

克里斯汀•Zickfeld教授

下午1:00 21.06.2021 |
客人帖子 客座帖子:为什么二氧化碳拆卸不平等,与减少排放相反

近年来,世界各地的国家、公司和机构都设立了“零”排放目标作为应对气候变化努力的一部分。

要求达到零二氧化碳(CO 2)的排放量,以阻止全球平均气温的上升源于长一段时间,CO2停留在大气和海洋的反应时间慢。

但是“网络”方面呢?其逻辑是,二氧化碳和其他温室气体的残余排放——消除它们具有挑战性或成本很高——可以通过以下方法来平衡直接从大气中除去CO 2并将其长期储存。

这可以通过加强天然碳“汇”从大气中去除CO 2 - 例如,通过植树或恢复泥炭地红树林林.从大气中去除二氧化碳的其他方法包括从生物能源植物中捕获二氧化碳必威体育在线注册或者设计的方法捕获二氧化碳直接并将其储存在地下或产品中。

在平衡二氧化碳排放和消除二氧化碳时,通常会做出这样一个假设:“一吨二氧化碳等于一吨二氧化碳”——也就是说,气候系统对排放和消除的反应是“对称的”。

但这一假设没有经过检验,而且——虽然对小的排放和移除可能是合理的——但由于地球系统的非线性性质,它似乎不太可能适用于大的排放和移除。

在一篇发表于自然气候变化,我和我的同事表明,气候对排放和清除实际上是“不对称” - 也就是说,碳循环和气候对二氧化碳排放量不相等,方向相反的同一量级的CO2清除。

排放和删除

我们选择用a来检验假设全球气候模型具有中等复杂性,简化了某些气候系统成分的表示,并在a粗的空间分辨率而不是完全复杂的模型。

这类模型的优点是运行速度更快,因此,允许我们运行更多和更长时间的模拟。在这种情况下的额外优势是,该模式不代表由于诸如El Niño和La Niña.这使得探测地球对二氧化碳变化的反应的“信号”变得更容易。

我们迫使该模型进行瞬时“脉冲”CO2排放和去除,范围从1000亿至5000亿吨(GtC)碳,相当于大约10至50倍目前全球每年的二氧化碳排放量

应用瞬时排放和去除是进行实验的“理想”方式,但作为气候和碳循环响应,它是气候科学的标准做法biwei6868已被证明不依赖于排放或去除的速度我们使用100GtC作为最小的脉冲大小,因为这是可用于探测温度信号的最小强迫。这甚至适用于本研究中使用的排除大气变率的模型,因为在耦合的海洋-海洋-大气系统中仍然存在变率。

基于这些模型模拟,我们发现,二氧化碳在大气中的浓度的变化是不对称的。

可以在下方的图表,其示出在200GtC的发射(灰色实线)或去除(灰色虚线)以下大气二氧化碳浓度的模拟变化的一个例子在看到这一点。蓝线代表了两者之间的差别,这是稍微正 - 表明在下面的发射的大气CO 2浓度的升高比以下去除相同幅度的下降较大。

在二氧化碳排放和去除后大气中二氧化碳浓度的变化
在平衡气候状态下,CO2排放(实灰色线)和去除(虚线灰色线)为200gtc后,大气CO2浓度的变化,其浓度为工业化前大气CO2浓度的两倍。一次排放后大气中二氧化碳浓度的上升幅度大于同样幅度的去除后的下降幅度(蓝线表示差异)。来源:基尔斯滕Zickfeld。

这种不对称性增加了更多的CO 2被发射或移除 - 从3%用于100GtC排放和清除至18%用于500GtC排放和清除(相对于排放或清除百年后的大气中二氧化碳的变化)。

这一发现意味着,如果大气中的二氧化碳浓度保持不变,就需要额外的二氧化碳去除来补偿排放。或者,换句话说,平衡二氧化碳排放和同样大小的二氧化碳去除将导致更高的大气二氧化碳排放,而不是首先避免二氧化碳排放。

大气中二氧化碳浓度的不对称性是由于陆地和海洋碳汇对排放和去除的响应方式不同造成的。决定这些碳汇反应的几个关键过程并不是线性的。

例如,二氧化碳肥料效应,通过该植物产生升高的CO2浓度下更多的生物量,在更高的大气二氧化碳浓度中饱和.还有,海洋的能力缓冲过量的二氧化碳- 这是关键的海洋从大气中占用额外的二氧化碳的能力 -随着大气中二氧化碳浓度的升高而减少.由于这些和其他非线性过程,排放导致的大气CO2浓度变化与同样大小的去除不同。

温度

表面温度如何?结果表明,温度对排放和去除的反应没有那么不对称。例如,在排放或消除200GtC后的100年里,温度的不平衡率为2%,而大气中二氧化碳的不平衡率为7%。

其原因是,在碳循环中的非线性被另一个非线性过程补偿 - 也就是说,地球上的辐射平衡,这降低了在更高的大气中的二氧化碳水平的大气中CO2变化的影响。其结果是,增加了大气中二氧化碳具有比相同幅度的减少CO2较小的辐射效应。

下图显示了全球地表气温对200GtC排放(实灰色线)和去除(虚线灰色线)的响应。两者之间的差异(由蓝线显示)表明,温度不对称与大气CO2浓度不对称是相反的符号:排放后的温度上升略小于消除相同尺寸后的温度下降。

二氧化碳排放和消除后全球平均地表气温的变化
变化在全球平均表面空气温度以下200GtC的CO2排放(灰色实线)和去除(灰色虚线)从气候状态下施加在平衡时与预工业大气中二氧化碳浓度的两倍。以下的发射加温略小(蓝线)比冷却之后的去除相同幅度的。来源:基尔斯滕Zickfeld。

然而,有理由假设温度不对称的迹象将取决于用于运行模拟的气候模型。温度对CO2排放和去除的响应是由上述CO2的辐射效应决定的,但也取决于被海洋吸收的热量气候反馈.这些过程的组合在多大程度上补偿了碳循环响应的非线性可能因模型而异。

在现实世界中

那么,这项研究中发现的不对称性是否意味着在现实世界中如何平衡二氧化碳排放和去除?

而本研究中使用的高达500GtC的排放和去除总量与文献中的场景,排放量和清除在这些场景中同时并不会发生在单独的CO2排放和清除“世界”。

由于分别应用排放和去除,在我们的模型模拟中,大气中的二氧化碳浓度比在现实世界中发散得更大,放大了不对称性。

然而,不同模式之间的碳循环和气候响应存在很大差异,一套复杂地球系统模式的初步模拟分析表明,碳循环和温度不对称的幅度可能比本研究发现的要大得多。

总之,这项研究的结果表明,平衡二氧化碳排放与消除二氧化碳可能导致不同的气候结果,而不是避免二氧化碳排放,但这种影响的大小仍不确定,需要进一步量化。

Zickfeld, K.等人(2021)气候-碳循环对二氧化碳正排放和负排放响应的不对称性,《自然气候变化》,doi: 10.1038 / s41558 - 021 - 01061 - 2

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