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森林种植园与年轻成熟植物
有年轻成熟植物的森林种植园。 信用:克里斯范Lengep / Alamy股票照片。
客人帖子
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

Kirsten Zickfeld教授

Kirsten Zickfeld教授

21.06.2021 |4:00 PM
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,世界各地的各国,公司和机构都设定了“净零”排放目标作为解决气候变化的努力的一部分。

达到零二氧化碳(CO2)排放的要求停止全球平均气温的兴起从长期以来,二氧化碳留在大气中和海洋的缓慢反应时间。

但是“净”方面怎么样?逻辑是CO2的剩余排放 - 以及消除挑战或非常昂贵的温室气体 - 可以平衡直接从大气中移除二氧化碳并将其存放在长期内。

这可以实现增强天然碳的“水槽”从大气中删除CO 2 - 例如,通过植树或恢复泥炭地红树林林。从大气中删除二氧化碳的其他方法包括捕获生物能源植物的二氧化碳必威体育在线注册或工程方法直接捕获二氧化碳从大气层中,将其存放在地下或产品中。

一种假设在平衡二氧化碳排放时通常制造的二氧化碳排放是“一吨等于一个吨位” - 即气候系统的行为响应于排放和去除的“对称”。

但是,这种假设尚未测试,而且 - 对于小排放和去除可能是合理的 - 由于地球系统的非线性性质,似乎不太可能持有较大的排放和清除。

在一篇新的论文中,发表在自然气候变化,我的同事和我表明,对排放和去除的气候响应实际上是“不对称” - 即碳循环和对二氧化碳排放的气候响应不等于同一幅度的二氧化碳去除。

排放和清除

我们选择使用a测试我们的假设全球气候模型中间复杂性,具有一些气候系统组件的简化表示,并在A中运行较粗糙的空间分辨率比全面复杂的模型。

这类模型的优势在于它们更快地运行,因此允许我们运行更长的模拟。在这种情况下,额外的优点是由于现象,模型不表示大气变异性elniño和laniña。这使得更容易检测地球如何响应改变二氧化碳的“信号”。

我们强迫模型,具有二氧化碳排放的瞬时“脉冲”,除去从100亿吨至500亿吨(Gigatonnes或GTC)的碳,相当于约10至50倍目前全球二氧化碳排放量

瞬时排放和去除的应用是一种运行实验的“理想化”方式,但气候科学的标准做法是气候和碳循环响应biwei6868已经显示过独立于排放或移除率。我们使用100GTC作为最小的脉冲尺寸,因为它是可以应用于可检测的温度信号的最小强制。这是甚至如本研究中使用的模型的情况,其中仍然在耦合的海洋冰气体系统中仍然有变异性排除了大气变异性。

基于这些模型模拟,我们发现大气中CO2浓度的变化是不对称的。

您可以在下图中看到这一点,该图显示了在发射(固体灰线)或200GTC的排出(虚灰线)之后的大气CO2浓度的模拟变化的示例。蓝线表示两者之间的差异,这略有正向 - 表明发射后的大气CO 2浓度的上升大于去除相同幅度后的下降。

在二氧化碳排放和去除后大气压浓度的变化
在二氧化碳排放(固体灰线)后的大气CO2浓度的变化和200GTC的去除(虚灰线)从气候状态施用于平衡,其预工业预测大气CO 2浓度。发射后的大气二氧化碳浓度的上升大于去除相同幅度后的下降(蓝线表示差异)。信用:Kirsten Zickfeld。

该不对称性增加或除去更多的CO 2 - 从3%的5%发射,除去500GTC发射和去除(相对于发射后100年的大气),去除为18%(相对于大气二氧化碳)。

该发现意味着如果大气二氧化碳浓度保持不变,则需要额外的CO 2去除来补偿发射。或者,换句话说,平衡与CO 2的CO2发射相同尺寸的切除将导致较高的大气二氧化碳,而不是避免首先避免CO2发射。

大气二氧化碳浓度的不对称性来自陆地和海洋碳汇对排放和移除的差异。确定这些下沉反应的几个关键过程不是线性的。

例如,二氧化碳施肥效应,植物在高常压CO 2浓度下产生更多生物质,在较高的大气二氧化碳水平下饱和。而且,海洋的能力缓冲过量二氧化碳- 这是海洋从大气中占用额外二氧化碳的关键 -在较高的大气二氧化碳水平下减少。由于这些和其他非线性过程,发射导致不同的大气CO 2浓度变化而不是移除相同尺寸。

温度

表面温度怎么样?事实证明,温度与排放的反应和除去的反应具有较少的这种不对称性。例如,在200GTC发射或去除后100年在温度下的温度2%不平衡,而大气二氧化碳的7%相比。

原因是碳循环中的非线性由另一种非线性过程补偿 - 即大气二氧化碳的变化对地球辐射平衡的影响,这在较高的大气压二氧化碳水平下减少。结果,大气CO2的增加具有比同一幅度的CO2降低的辐射效果较小。

下图显示了全局表面空气温度响应于200GTC的排放(实心灰线)和除去(虚线灰线)。两者之间的差异(由蓝线表示)显示温度不对称性与大气CO 2浓度不对称的相反标志:发射后的温度增加略小于除去相同尺寸后的降低。

在CO2排放和移除后全局平均表面空气温度变化
在二氧化碳排放(固体灰线)之后的全局平均表面空气温度和从气候状态施加的二氧化碳施加(虚线灰线)在均衡中施加两倍,具有预工业预测的常压CO 2浓度。发射后的变暖略小(蓝线)比除去相同的幅度后的冷却。信用:Kirsten Zickfeld。

然而,有的原因是假设温度不对称的迹象取决于用于运行模拟的气候模型。对CO2发射和去除的温度响应由上述二氧化碳的辐射效果确定海洋吸收热量气候反馈。这些过程组合的程度补偿了碳循环响应中的非线性可能因模型而变化。

在现实世界

那么,本研究中发现的不对称是否有影响了二氧化碳排放和去除在现实世界中的均衡?

虽然本研究中使用的最高可达500GTC的总排放和去除符合文学中的情景在这些情况下,这些情景中的排放和删除同时发生,而不是单独的二氧化碳排放和移除“世界”。

由于分别施加排放和除去,大气二氧化碳浓度在我们的模型模拟中更强烈地分流,而不是在现实世界中放大不对称性。

然而,碳循环和气候响应在模型之间广泛不同,并且使用一组复杂的地球系统模型的模拟初步分析表明碳循环和温度不对称的幅度可能大于本研究中的含量。

总之,本研究的结果表明,通过CO 2去除平衡二氧化碳排放可能导致不同的气候结果,而不是避免CO2排放,但这种效果的大小仍然不确定并要求进一步定量。

Zickfeld,K。等。(2021)气候 - 碳循环响应正负二氧化碳排放,自然气候变化的不对称性,DOI:10.1038 / S41558-021-01061-2

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