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大气中有云和彩虹。 资料来源:IX Studio / Alamy Stock Photo。
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2021年4月29日15:00

解说员:一旦达到净零排放,全球变暖会“停止”吗?

齐克Hausfather

04.29.21

齐克Hausfather

29.04.2021 |下午三点
ld体育下载 解说员: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,世界在未来将面临“持续变暖”,这意味着更高的气温将是“不可避免的”。锁定“,”在进行中”或“不可避免的,而不管当今社会的选择如何。

最可靠的证据表明,恰恰相反,一旦二氧化碳排放量达到零,气候变暖就可能或多或少地停止,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的气温将保持不变至少从2008年开始.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了具有类似发现的零排放情景。

人们对温室效应的困惑主要源于两种不同概念的混淆:一是大气中的二氧化碳水平将保持在当前水平;以及一个排放达到净零、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。硫酸盐气溶胶使地球降温,长期反馈过程和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,这意味着已经发生的气候变化将在没有大规模净负排放的情况下难以逆转。

恒定浓度vs零排放

人们对零排放影响的困惑是可以理解的。即使是一个美国国家航空航天局气候常见问题解答——最新更新于2007年——仍然表示:“即使我们今天停止排放温室气体,全球变暖至少还会持续几十年,如果不是几个世纪的话。”(美国宇航局Gavin Schmidt博士告诉Carb乐动体育下载appon Brief,这种措辞并不能反映最近的研究,更新正在进行中)。

造成混乱的一个常见原因是两种截然不同的情景的混合:一个二氧化碳浓度保持在今天水平的世界;一个所有排放都立即被削减为零的世界(或净零,这将产生同样的效果;最重要的是二氧化碳的来源和碳汇的平衡,尽管碳汇是自然的还是人为的可能是一个棘手的问题)。

直到2000年代中期,很多人气候模型无法测试排放达到零的影响。这是因为它们没有包括生物地冰晶循环的建模 - 例如碳周期——无法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,气候模型倾向于使用大气中二氧化碳浓度的情景,而不是排放的情景,并且经常检查如果大气中的二氧化碳水平保持在当前水平到未来会发生什么。

这些“恒定浓度”情景显示,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,这些“恒定浓度”方案显示出额外的变暖“。也就是说,从太阳吸收的地球吸收的能量的量等于恢复空间的量。

模型倾向于表明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,还会出现更多的变暖。

然而,一个浓度恒定的世界不是一个零排放的世界。要保持浓度不变,就需要持续排放一些二氧化碳,以抵消被陆地和海洋吸收的二氧化碳。这将相当于目前全球排放量的30%左右,尽管所需的数量会随着时间的推移而下降。

另一方面,如果排放减少到零,大气中的二氧化碳浓度将迅速下降,最终稳定在一个较低的水平。

下图改编自2010年的一篇论文自然地球科学乐动体育 英超通过H·达蒙·马修斯教授安德鲁教授韦弗,比较了在浓度不变(红线)和零排放(蓝色)的情景下,预计温度变化在2200的水平。

在恒定浓度和零排放情景下的未来变暖预估
在恒定浓度(红线)和零排放情景(蓝色)下预测的未来变暖。基于美国国家航空航天局、美国国家海洋和大气管理局、伯克利、考坦、韦和哈德利/东安格利记录的平均历史变暖(黑色)。未来的气候变暖适应于模型运行马修斯和韦弗2010.模型运行与30年的历史温度相结合当地的回归.图表由Carbon乐动体育下载app Brief使用Highcharts

马修斯和韦弗发现,在持续集中的情况下,到2200年,世界将继续变暖0.3摄氏度左右——随着深海继续缓慢变暖,未来几个世纪还会有一些额外的变暖。

考虑到全球气温已经上升了1.3摄氏度左右,这意味着如果目前的二氧化碳浓度由于一些持续排放而保持稳定,1.5摄氏度的上限将被突破。

相比之下,他们认为,在一个净零排放的世界里,气温将会稳定下来,大致保持在排放停止时的水平。

海洋变暖,大气二氧化碳下降

在碳排放达到零之后,温度将趋于稳定,这一发现来自两个相反方向的不同因素。

地球目前出现在热平衡,意味着从大气中的温室气体中捕获了阳光的更多能量而不是逃回空间。超过90%的这种额外的热量正在加热海洋。然而,随着海洋继续温暖,它们将从大气中占用较少的热量,全球平均表面温度将进一步上升。

与此同时,土地和海洋正在吸收人类每年发出的二氧化碳的一半。如果排放量为零,则这些“碳汇”继续占据过去的一些额外的二氧化碳,即首先快速地发射,然后随着时间的推移而逐步逐步升级。这降低了大气中的二氧化碳水平,从而降温它的导致变暖。

偶然的,这两个因素相互抵消.海洋持续升温导致的额外表面变暖被大气中二氧化碳下降带来的冷却所平衡。

随着时间的推移,这两个因素也会有类似的模式,在净零排放后的头几年里会更大,随着时间的推移会逐渐减弱。

在很长的时间里 - 超过数百到数千年 - 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处于净零。的一生的二氧化碳大气中二氧化碳的含量取决于碳汇吸收二氧化碳的速度;虽然我们排放的二氧化碳有一半会被相对迅速地吸收,但在大气中积累的一部分二氧化碳在数万年后仍会存在。

过去一年公布的新业绩提供了帮助更有力的证据二氧化碳净零排放对温度的影响。这些结果来自一系列现代气候模型,其中包括碳循环动力学,称为地球系统模型(esm)。

零排放承诺模型比较项目(ZECMIP)使用了18种不同的esm来模拟在全球排放了3667亿吨二氧化碳(或1000亿吨碳)后突然停止排放的世界将会发生什么——与工业化前的水平相比,这将导致大约2摄氏度的升温。它还审查了一个排放逐渐减少到净零的案例,发现了与达到净零后突然停止排放类似的结果。

(ZECMIP类似于在主持下进行的模式比较项目CMIP6IPCC的第六次评估报告将于2021-22年发布。然而,它的设计太晚,无法成为CMIP6队列的正式组成部分。)

下图显示了停止排放50年后的实验结果。上面的面板显示了来自不同来源的能量通量的变化——在地球表面聚集的能量量。底部的面板显示了50年零排放后的平均地表温度变化。

红色的条表示随着海洋变暖,海洋热量吸收减少而变暖,而蓝色和黄色的条分别表示海洋和陆地吸收二氧化碳而变冷。请注意,顶部面板中的净强迫不一定总是与预估的温度影响相匹配,因为自然变率和其他因素也会影响ESMs的地表温度变化。

排放达到零后50年的能量通量和地表温度变暖
参与ZECMIP项目的esm在排放达到零后50年的能量通量(上)和地表温度变暖(下)。图表由Carbon乐动体育下载app Brief使用Highcharts,改编自Macdougall等(2020)

在达到零排放后50年,预测的未来温度变化从降温0.3C到变暖0.3C不等,参与ZECMIP实验的所有模型的平均降温约为0.03C。其中10个模型显示预期的地表温度变化接近于零,3个模型显示显著降温,2个模型显示显著变暖。

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,其他温室气体和气溶胶的人类排放对全球表面温度也有很大影响。然而,一旦二氧化碳排放降至零,全球气温将趋于稳定,而零温室气体排放或气溶胶排放则并非如此。

政府间气候变化专门委员会的关于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的地表温度可能的演变。这些不同场景的结果如下图所示。

该报告研究了二氧化碳零排放以上的情况,用蓝线表示。但它也考虑了零二氧化碳和气溶胶排放(红色)、零温室气体排放(黄色)和零温室气体和气溶胶排放(紫色)。

在二氧化碳零排放、二氧化碳和气溶胶零排放、温室气体排放、温室气体和气溶胶零排放下的全球地表温度变化预估
在零二氧化碳排放(蓝线)、零二氧化碳和气溶胶排放(红色)、零温室气体排放(黄色)和零温室气体和气溶胶排放(紫色)下的全球地表温度变化预估。图表由Carbon乐动体育下载app Brief使用Highcharts的图1.5改编IPCC SR15.使用第一图中描述的方法估计历史温暖值(黑色)和与模型模拟的组合。

人类排放的气溶胶——悬浮在大气中的硫或氮的微小颗粒将射入的阳光反射回太空——对地球有很强的冷却作用,尽管确实有大的不确定性至于这种效果的恰当是多大的。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回。

因此,如果二氧化碳和气溶胶排放量降为零,而二氧化碳排放量为零,那么全球气温将升高0.4摄氏度左右。在这种情况下(红线),全球气温可能会超过1.5摄氏度的目标,到2100年达到1.75摄氏度左右。

其他温室气体也是全球变暖的重要驱动因素。人为造成的甲烷排放,特别是,解释约四分之一世界经历的历史变暖。

与二氧化碳不同,甲烷的大气寿命较短,因此今天排放的大部分气体将在12年后从大气中消失。这就是为什么如果所有的温室气体排放都降至零,到2100年世界将显著降温的主要原因。与只有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到零 - 包括温室气体和气溶胶 - 那么IPCC结果就会提出较近的20年的颠簸,然后是长期下降。这反映了变暖的反对冲击,因为气溶胶从气氛中脱离气氛而不是降低甲烷水平。

最终,阻止非二氧化碳温室气体排放所带来的降温,抵消了阻止气溶胶排放所带来的变暖,到2100年将导致约0.2摄氏度的降温。

当然,这些只是最好的估计。如前所述,即使仅在零二氧化碳的情况下,模型预测的任何地方的降温幅度都在0.3摄氏度到升温幅度0.3摄氏度之间(尽管这是在全球升温约2摄氏度后排放为零的情况下;在当今全球变暖1.3摄氏度的情况下,立即实现零排放的幅度可能会略小一些)。气溶胶效应的巨大不确定性意味着,将所有温室气体和气溶胶削减为零可能会导致0.25摄氏度的额外降温或升温。

综合所有这些不确定性,零二氧化碳的影响的最佳估计是在排放变为零后的一个世纪内,大约是0摄氏度+/- 0.3摄氏度,而零温室气体和气溶胶的影响将是-0.2摄氏度+/- 0.5摄氏度左右。

即使在零排放的未来,自然变化也有可能在未来的变暖中发挥作用。一个最近的论文通过陈周教授他的同事们认为,东太平洋的自然循环掩盖了历史排放造成的部分变暖。

周和同事建议介于0.2-0.5℃的额外变暖,即使在零排放世界中,曾经在海洋的这一部分的寒冷温度的历史模式逆转,尽管只有这一部分变暖可能会发生2100。

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或何时会发生改变尚不清楚。

本文的研究都着眼于当前或未来几十年零排放情景的影响。然而,如果在本世纪后期实现零排放,就有可能锁定更多碳排放以反馈流程——如永久冻土融化- 与当前的全球温度水平下。

一个比工业化前水平升高3或4摄氏度的世界,可能会在未来锁定比今天更严重的气候变暖,需要更多的研究来探索这些影响。

最后,虽然当前最佳估计表明,温度将在零排放世界中稳定,但并不意味着所有气候影响都不会停止恶化。

融化的冰川冰盖海平面上升所有这些都发生得很慢,滞后于地表温度的上升。零排放的世界仍然会导致海平面在未来的许多世纪里不断上升一些人估计这表明至少80厘米的额外海平面上升是“锁定的”。

为了阻止这些影响,最终可能需要通过降低全球气温来实现净负电,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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