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2021年4月29日15:00

解释器:一旦达到零排放,全球变暖会立即“停止”?

Zeke Hausfather

04.29.21

Zeke Hausfather

29.04.2021 |下午3:00
ld乐动下载 解释器:一旦达到零排放,全球变暖会立即“停止”?

媒体报道经常声称,由于过去的排放,世界将来面临“投入变暖”,这意味着更高的温度是“锁定”,“”在管线中“ 或者 ”不可避免的”,无论社会今天所采取的选择如何。

最好的证据表明,相反,一旦二氧化碳(CO2)排放达到零,变暖可能会或多或少停止,这意味着人类有能力选择其气候未来。

当科学家最近指出这一点时,已经被报告了作为一个新的科学发现。但是,科学界已经认识到零二氧化碳排放可能暗示未来的温度平坦至少从2008年开始。政府间气候变化小组(IPCC)2018年1.5C的特别报告还包括对具有类似发现的零排放场景的特定重点。

围绕着变暖的大部分混乱源于混合两个不同的概念:一个世界,在这个世界中,大气中的二氧化碳水平仍然存在于当前水平;以及排放量达到零净和浓度开始下降的世界。

然而,即使在一个零二氧化碳排放的世界中,与非CO2温室气体(GHG)发生的情况相关的仍然存在很大的不确定性,例如甲烷和一氧化二氮,硫酸盐气溶胶这会冷却行星和长期反馈过程和气候系统中的自然变异性。

此外,排放量达到零后,预计温度将保持稳定,而不是在几个世纪内降低,这意味着在没有大规模净负负排放的情况下,已经发生的气候变化将很难扭转。

恒定浓度与零排放

围绕零排放的影响的混乱是可以理解的。甚至是NASA气候常见问题解答- 最后一次更新于2007年 - 仍然说:“即使我们今天停止发射温室气体,全球变暖至少会在至少数十年(即使不是几个世纪)中继续发生”。(NASA加文·施密特(Gavin Schmidt)博士告诉Carb乐动体育下载appon简介,此措辞并不能反映出最新的研究,并且正在进行更新)。

混乱的一个普遍原因是混合了两个截然不同的情况:一个世界上二氧化碳浓度保持在当今水平的世界;以及所有排放量立即切成零的世界(或净零,它具有相同的效果;最终重要的是二氧化碳来源和下沉的平衡,尽管沉没的程度是天然或人为的程度可能是一个棘手的问题)。

直到2000年代中期气候模型无法测试排放的影响达到零。这是因为它们不包括生物地球化学周期的建模 - 例如碳循环- 并且无法有效地将二氧化碳的排放转化为大气二氧化碳浓度。

结果,气候模型倾向于以大气中二氧化碳浓度而不是排放的情况下运行,并且经常检查如果大气中的二氧化碳水平保持在未来的水平上,会发生什么。

这些“恒定浓度”场景表明,随着海洋缓慢变暖以达到与大气相同的温度,并将地球重新恢复到辐射平衡时,还有其他温暖的“管道中”。也就是说,地球从太阳吸收的能量量等于被重新辐射回空间的量。

模型倾向于建议0.4C0.5C如果将浓度保持在相同的水平,则在接下来的几个世纪中会发生额外的变暖。

但是,恒定浓度的世界并不是零排放之一。保持浓度恒定将需要一些持续的排放,以抵消土地和海洋吸收的二氧化碳。尽管需要随着时间的流逝,但这将达到当前全球排放的30%。

另一方面,如果将排放量切成零,则二氧化碳的大气浓度将很快下降,然后最终稳定在较低水平。

下图,改编自2010年的论文自然地球科学乐动体育 英超经过H Damon Matthews教授安德鲁·韦弗教授,将预计的温度变化为2200,在恒定浓度(红线)和零排放(蓝色)的情况下进行比较。

预计未来的变暖在恒定浓度和零排放场景下
预计未来的变暖在恒定浓度(红线)和零排放场景(蓝色)下。历史变暖基于NASA,NOAA,Berkeley,Cowtan和Way和Hadley/UEA Records(黑色)的平均变暖。未来的变暖是根据模型运行的Matthews和Weaver 2010。模型运行与历史温度相结合,基于30年本地回归。碳摘要图表使用乐动体育下载app高尚

马修斯(Matthews)和韦弗(Weaver)发现,在持续的集中度中,世界将继续在2200左右的0.3°C左右保持温暖 - 随着深海继续缓慢的温暖,几个世纪以来,几个世纪以来的额外变暖。

鉴于世界已经在1.3C左右变暖,这意味着如果由于一些持续的排放,当前的二氧化碳浓度保持稳定,则将违反1.5C的限制。

相比之下,他们建议在零排放的世界中的温度将稳定,大致保持在排放停止时的水平。

温暖海洋和大气下降

在排放达到零后,温度将稳定的发现,这两个不同的因素在相反的方向上起作用。

地球目前不在热平衡状态,这意味着大气中的温室气体比逃回太空中的温室气体所捕获更多的能量。超过90%的额外热量正在加热海洋。但是,随着海洋继续变暖,它们将减少大气中的热量,全球平均表面温度将进一步升高。

同时,土地和海洋每年吸收了大约一半的二氧化碳。如果排放量为零,这些“碳汇”将继续占据过去发出的一些额外的二氧化碳 - 首先很快,然后随着时间的流逝,它们朝着新的均衡时更加缓慢。这样可以降低大气中的二氧化碳水平,从而降低其变暖。

偶然地,这两个因素互相取消。从大气下降的二氧化碳中的冷却来平衡海洋的额外表面变暖。

随着时间的流逝,这两个因素也有望具有相似的模式,在零排放后的头几年,随着时间的推移逐渐缩小。

在长期以来(数千到数千年的时间里),只要人为二氧化碳排放量仍处于零零,碳汇将成为占主导地位,全球温度最终将最终下降。这二氧化碳的寿命在大气中,取决于下沉的二氧化碳的迅速下沉的决定。尽管我们的排放量的大约一半被相对较快地吸收,但在大气中积累的一部分二氧化碳排放量仍将在数万年内出现。

过去一年报价发表的新结果更有力的证据净零二氧化碳排放对温度的影响。这些结果来自一组现代气候模型,包括碳循环动态,称为地球系统模型(ESM)。

零排放承诺模型比较项目(ZECMIP)使用18种不同的ESM模拟了一个世界中,全球排放量突然在世界上发出了总计3667 GIGATON的CO2(或1000亿枚碳),这将导致大约2C的变暖,这将导致3667 gigatons(或1000亿枚)与工业前水平相比。它还检查了一种情况,即排放逐渐减少到零净,并发现达到净零后突然截止的结果相似。

(Zecmip类似于在主持下进行的模型对比项目CMIP6,新一代的气候模型在IPCC的第六次评估报告中开发了,该报告将于2021 - 22年发布。但是,它的设计为时已晚,无法成为CMIP6队列的正式部分。

下图显示了排放量停止50年后的实验结果。顶部面板显示了来自不同来源的能量通量的变化 - 地球表面积聚的能量量。底面板显示了50年零排放后的平均表面温度变化。

当海洋变暖时,红色的条代表了减少海洋热量的变暖,而蓝色和黄色条则分别代表海洋和土地吸收CO2的冷却。请注意,顶部面板中的净强度不一定始终匹配预计的温度影响,因为自然变异性和其他因素也会影响ESM的表面温度变化。

排放达到零50年后的能量通量和表面温度变暖
能量通量(顶部面板)和表面温度变暖(底部面板)在排放量达到ZECMIP项目的ESMS 50年后。碳摘要图表使用乐动体育下载app高尚,改编自MacDougall等人的图7(2020年)

达到零排放后50年的预计未来温度变化从0.3C的冷却到变暖的0.3C不等,在所有参与ZECMIP实验的模型中,平均冷却量为0.03℃。十个型号显示出预期的表面温度接近零,而三个模型显示出显着的冷却,两种模型显示出显着的变暖。

零排放的不同含义

尽管气候缓解工作的重点是CO2,但其他温室气和气溶胶的人类排放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降至零,全球温度将稳定,但对于零温室气或气溶胶排放而言并非如此。

IPCC的有关1.5C的特别报告(SR15)使用简化的ESM来评估在零排放的不同可能定义下表面温度的可能演变。这些不同方案的结果如下图所示。

该报告查看了上面检查的案例 - 蓝线显示的零CO2排放。但它还研究了零二氧化碳和气溶胶排放(红色),零温室气(黄色)和零温室气和气溶胶(紫色)。

预计的全球表面温度在零二氧化碳排放,二氧化碳和气溶胶排放,温室气体排放以及温室气体排放下的预计全球表面温度变化
预计的全球表面温度在零CO2排放(蓝线),零CO2和气溶胶排放(红色),零气温剂排放(黄色)和零温室气和气溶胶排放(紫色)下(紫色)(紫色)。碳摘要图表使用乐动体育下载app高尚,根据图1.5改编IPCC SR15。使用第一个图中描述的方法估算了历史变暖值(黑色)和与模型模拟的组合。

人类的排放气溶胶- 悬浮在大气中的硫或氮的微小颗粒,反映了传入的阳光回太空 - 对地球具有很强的冷却作用,尽管有强烈的冷却作用大型不确定性至于此效果的确切大小。气溶胶的大气寿命也相对较短,如果排放停止,目前大气中的气溶胶将很快退出。

结果,如果二氧化碳和气溶胶排放量为零,那么与仅二氧化碳排放相比,世界将会升高0.4℃。在这种情况下(红线),世界可能会超过1.5C的目标,到2100年左右达到1.75℃。

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其他温室气体也是全球变暖的重要驱动力。人为甲烷的排放,特别是说明大约四分之一世界经历的历史变暖。

与二氧化碳不同,甲烷的大气寿命很短,因此今天发布的排放量大多将在12年后从大气中消失。这是如果所有温室气体排放量都零,世界将在2100年降温的主要原因。与仅二氧化碳降至零的情况相比,这将导致冷却约0.5C。

最后,如果所有影响气候变化的人类排放量都降至零(包括温室气和气溶胶),那么IPCC的结果表明,变暖的短期20年颠簸,然后长期下降。这反映了变暖的相反影响,因为气溶胶从大气中掉出大气而不是降落的甲烷水平。

最终,停止非CO2温室气体排放的冷却比取消变暖的气溶胶排放量更多,从而导致2100次冷却约0.2C。

当然,这些只是最佳估计。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.

将所有这些不确定性结合在一起表明,对零CO2的影响的最佳估计在排放后的世纪左右为0C +/- 0.3C,而零温室气和气溶胶的影响约为-0.2c +//--0.5C。

自然变异性也有可能在未来的变暖中发挥作用,即使在零排放量的情况下也是如此。一个最近的论文经过陈教授同事们建议,东太平洋的自然循环掩盖了一些从历史排放中发生的变暖。

周及其同事认为,即使在零排放世界中,也可能发生0.2-0.5c的额外变暖,一旦在这一部分的寒冷温度的历史模式中,这种变暖的历史模式很可能会发生到2100年。

其他一些研究人员已经怀疑在这些结论中,表明太平洋中的这些历史模式是否或何时可能发生变化。

这篇文章中的研究全部研究了当今或接下来几十年中零排放场景的影响。但是,如果零排放发生在本世纪晚些时候,则有可能锁定更多碳周期反馈过程- 如熔化多年冻土- 比目前的全球温度水平。

一个以3C或4C高于前工业水平的3C或4C温暖的世界可能会锁定比当今世界更具致力于的未来变暖 - 需要更多的研究来探索这些影响。

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

融化冰川冰盖海平面上升所有这些都会缓慢地发生,并滞后于表面温度变暖。零排放世界仍将导致许多世纪以来的海平面上升,并且一些估计表明至少80厘米的额外海平面上升是“锁定的”。

为了制止这些影响,最终可能需要通过净阴性全球排放,不仅通过达到零净零来阻止温度上升。

更新:本文在30/04/2021上进行了更新,以澄清ZECMIP实验的详细信息。

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