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1.5C.
2018年10月8日12点19分

分析:为什么IPCC 1.5C报告扩大了碳预算

齐克Hausfather

齐克Hausfather

10.08.18.
齐克Hausfather

齐克Hausfather

08.10.2018 | 12:19pm
1.5C. 分析:为什么IPCC 1.5C报告扩大了碳预算

自工工业时间以来,人类活动的温室气体排放已经提高了大约1C的全球温度。这留下了快速缩小的“碳预算”,以保持在巴黎气候变化协定的愿望1.5℃内。

这一预算是一种简化的方法,用于测量进入大气的额外排放,以保持在1.5摄氏度以下,或任何其他温度限制。它被视为政策制定者的一个关键数字,但掩盖了很多复杂性,而且对所使用的方法很敏感。

新出版的气候变化政府间委员会(联合国政府间气候变化专门委员会) 1.5摄氏度特别报告(SR15)显着扩展预算为66%的机会,避免1.5℃的最低限度10年的当前排放。这与IPCC的第五次评估报告相比(AR5.),因此它是大约三年。

然而,尽管这一研究速度较大,但本研究的关键信息仍然是相同的:全球二氧化碳排放需跌至世纪中期净零,以避免1.5℃的变暖。

在这里,碳简金宝搏bet188短涉及新的,较大的碳预算的细节,并探讨了这种转变背后的原因。

介绍

如果世界希望将全球变暖限制在1.5摄氏度以内,那么碳预算是衡量可能进入大气的额外排放的一种简化方法。它们是基于这样一个事实,即将发生的变暖量可以近似于二氧化碳排放总量。

但在实践中,他们掩盖了很多复杂性。由于科学家们努力达成一致的1.5C限额,这已经变得显而易见的是。巴黎协议关于2015年的气候变化。因为世界已经是大部分方式变暖的1.5℃,剩余预算相对较小,因此对所用方法非常敏感。

根据联合国政府间气候变化专门委员会的第五次评估报告(AR5.),从2018年初或周围留下了大约120千年二氧化碳(GTCO2)相当于目前三年的排放量- 有66%的几率避免1.5℃变暖。对于超过1.5℃的50/50,剩余的预算是适度更大的268gtCO2 - 或大约七年的当前排放。

政府间气候变化专门委员会的新SR15显着修改这些数字。它提高了66%的预算,避免了1.5℃至420gtCo2 - 或10年的当前排放。同样,50/50机会超过1.5℃的预算增加到580gtCO2 - 14年的当前排放。

然而,考虑到仍然存在的大量不确定性,即便是修订后的1.5摄氏度碳预算也不太可能是辩论的结束。这些包括:

  • 1.5摄氏度目标的确切含义。
  • 对于“表面温度”到底指的是什么存在分歧。
  • “预产业前”期的定义。
  • 应使用哪些观察温度数据集。
  • 影响气候的非二氧化碳因素发生了什么。
  • 是否是地球系统的反馈永久冻土融化被考虑在内。

最后,发射方案在新SR15中考虑的排放也往往远远超过预算,但通过大规模使用来弥补负排放在将来。大碳预算不确定性和对负排放的依赖 - 基本上,从大气中吸入二氧化碳并永久存储它 - 表明碳预算的想法可能是有限的,对于严格的缓解目标,如1.5℃。

关于碳预算的报告

关于政府间议会第48届气候变化小组的碳预算介绍,大韩民国仁川,03/10/2018。西恩·吴(Sean Wu

旧的碳预算问题

IPCC第五次评估报告中提出的未来气候预测是基于一项全球协调的模拟工作,称为“耦合模式相互比较项目5”(CMIP5.)。接近40种不同气候模型来自世界各地科学团体的数据被用于研究过去和未来的气候变化。

为了做到这一点,给气候模型提供了一套过去和未来的温室气体浓度,以及其他影响气候的因素,包括太阳输出的变化、火山活动、土地利用变化和气溶胶。这些模型既没有使用过去的二氧化碳排放,也没有预测未来的二氧化碳排放,只使用大气浓度。

这是因为只有大约一半的气候模型包括“耦合”的土地和海洋化学元件,允许建模的碳循环:海洋或土地的排放方式碳汇多少钱残留在大气中

含有碳周期的气候模型 - 称为“地球系统模型”(ESMS.)——可以用来估计产生用于运行气候模型的大气二氧化碳浓度所需的排放量。

IPCC第五次评估报告中的碳预算是基于这20个气候模型的子集,这些模型可以计算过去的温度变化和排放量,而不是基于对温度和排放量的实际观测。由于其中一些模型的排放和温度变化与观测结果有显著差异,因此在计算碳收支时造成了一些问题。

过去的排放问题

碳收支的基础是一个相对简单的想法:全球表面温度变暖的幅度往往与(累积)二氧化碳排放。这意味着,如果一个模型中的累积排放或温度变化是不准确的,那么由此产生的碳预算也将是不准确的。

事实证明,累计排放的基于ESM的估计值得注意的是,来自所提供的实际排放的最佳估计全球碳计划这是一个由气候科学家组成的国际联盟,每年发布一份全球二氧化碳排放和碳汇的评估报告。下面的图表显示了ESM(黑线)和GCP(蓝线)估算的年二氧化碳排放量(左)和累积二氧化碳排放量(右)之间的比较。

1850-2017年,来自ESMs和观测的估算年二氧化碳排放量(左)和累积排放量(右)。累积排放量是按1854-1865年的基准计算的。提供给Carbon Brief的ESM数据金宝搏bet188理查德·米勒博士.观测数据来自全球碳计划.通过碳简短使用图表金宝搏bet188高级园林

平均而言,ESMs显示自1860年以来已经排放了1,989GtCO2,相比之下,估计的实际排放量约为2,267GtCO2。这表明esm低估了历史排放量约280亿吨二氧化碳。由于碳收支是基于温度和累积排放量之间的关系,低估累积排放量将导致碳收支过小。

ESM和GCP累计排放之间的大部分差异是从1940年左右出现的,其中ESMS表明GCP数据集中不存在的排放量大。作为Glen Peters博士全球碳计划《碳简报》表金宝搏bet188示,20世纪40年代是GCP数据存在很大不确定性的时期,在排放和估计的碳汇之间存在“巨大的预算失衡”。

虽然ESMs累积排放量的平均估算值明显低于GCP,但仍处于GCP累积排放量的不确定性范围内(上图中以蓝色“须状”分枝出2017年GCP值)。对历史排放的广泛估计是总体碳预算计算中不确定性的一个主要来源,也是经常被忽视的一个来源。

模型和基于观测的对过去排放量的估计之间的不匹配对最终的碳收支有很大的影响,因为这意味着模型每排放一吨二氧化碳就会使气候变暖太多。

然而,这并不一定意味着气候模型实际上会表现出过多的变暖,如前所述金宝搏bet188碳简短的文章.气候模型使用的是过去和未来预测的二氧化碳浓度,而不是排放量。如下图所示,对未来二氧化碳浓度的估计(彩色线)横跨四个不同代表浓度通路在IPCC AR5中考虑的(RCPS)已经非常接近观察(黑线)。

观察(黑线)和代表性浓度途径(RCP)(彩色线)全局平均二氧化碳浓度。观察来自美国国家海洋和大气管理局;RCP数据来自Meinshausen等人,2011年.通过碳简短使用图表金宝搏bet188高级园林

过去温度的问题

气候模型跑步两者都是项目未来的变暖和其他气候变化,以及“追算“过去的气候变化。每个模型都对自19世纪中期以来的变暖程度进行了估计。这些估计值被用于评估气候模型的性能和计算剩余的碳预算。

模型可以以多种不同的方式估算全球变暖。最常用的方法是使模型计算整个世界的表面略高于表面,称为表面空气温度(SAT)的值。

然而,历史的观察温度变化并不完全相当于全球坐线估计 - 相反,它们结合在海洋表面温度(SST)的土地上。为了准确地比较模型到观察,需要模型坐在地上的模型与海洋模拟的SST。这对于碳预算计算的重要因素是,在气候模型中,SAT的温暖靠近0.1℃,而不是SAT / SST。

下图检验了自19世纪中期以来,在气候模型和观测中已经发生了多少变暖。自19世纪中期以来,CMIP5所有模式(实心黑线)变暖的平均值一直很相似对观察记录(三个不同的数据源通过黄色,蓝色和紫色细线显示。

RCP4.5 CMIP5.混合SAT/SST多模式平均值(实黑色)、二西格玛模式范围(灰色)、CMIP5 SAT多模式平均值(黑色虚线)、ESM SAT多模式平均值(红色虚线)和33%碳收支最小的ESM的平均值(红色虚线)。观测温度记录HadCRUT戴船和方式伯克利地球.根据1861-1880年间的数据绘制出异常。通过碳简短使用图表金宝搏bet188高级园林

然而,CMIP5模式的ESMs子集(红色虚线)预测自19世纪后期以来,比CMIP5模式的全集合(黑色虚线)对sat的升温大约多0.1摄氏度。由于IPCC第5次评估报告中的碳预算仅基于这些esm,它们的平均温度升高了约0.1摄氏度,这意味着最终的预算可能少了约200GtCO2。

当第五次评估报告的作者计算出有66%的机会避免超过1.5摄氏度的碳预算时,它是基于温度达到1.5摄氏度时累积排放量最小的最温暖的三分之一的esm(红色虚线)。作为理查德·米勒博士牛津大学碳简报说,“金宝搏bet188这些[esm]中最温暖的三分之一(它们完全决定了可能低于预算的气候变化)几乎肯定是太暖了”,其中许多气候变化到2017年已经超过1.5摄氏度。

观察改善预算

在新的IPCC SR15报告中计算碳预算的主要变化是使用观察 - 而不是来自ESMS的价值 - 确定1800年代中期和现在之间的变暖和排放量。然后,基于IPCC AR5的ESMS和观察限制的累积排放与温度之间的关系来计算出现剩余的预算。

这种方法,最初提议由millar和同事2017年的一篇论文,有效地消除了与ESMs低估历史累积二氧化碳排放和预测温度高于观测值有关的问题。

纠正这两个问题是广泛的接受被科学界所接受。毫无疑问,使用观察而不是模型估计可以更准确地估计1.5摄氏度和2摄氏度目标的剩余预算。

定义碳预算

在里面巴黎协议,各国致力于“将全球平均气温的增长远低于2℃以上的预工业水平,并追求将温度提高到1.5℃以上预工业水平”。然而,1.5C目标已原因在实践中定义有些难以存在。

对于目标是指目标是指50%的机会或66%限制升温至1.5℃。虽然围绕2C的“良好”语言通常被解释为> 66%的机会避免2C,但1.5C目标周围的语言更为暧昧。

同样,《巴黎协定》也没有说明全球平均温度是指全球SAT还是全球SAT/SST。它也没有指定前工业化时期或应用作参考的表面温度数据集。

DataSet最重要的选择。有些人,包括梅德利中心Hadcrut4.和美国国家海洋和大气管理局的GlobalTemp.,排除历史记录稀疏的北极等区域。其他人,如美国宇航局Gistemp.戴船和方式, 和伯克利地球,使用各种技术来填补缺失的数据区域。

为了反映这些不确定性,新的IPCC SR15提供了根据SATs和混合SATs/ sst计算的全球温度碳预算。他们还为50%和66%的回避场景制定预算。

为了考虑观察温度记录的差异,它们创建了四种不同记录的综合 - Hadcrut4,Noaa的GlobalTemp,Gistemp和Cowtan和Way - 以用作最佳估算。它们提供了历史温度估计的±250gtCO2的碳预算不确定性范围。

如何定义表面温度的影响,以及观察温度数据集的选择,如下图所示,碳预算有66%的机会避免超过1.5℃的变暖。使用全局表面空气温度(SAT,Orange Bar)将570gtCO2至420gTCO2的预算减少。使用全球完整的表面记录将进一步将碳预算减少29,59和162gtCO2,用于分别用于NASA(黄色),牛棚和方式(浅蓝色)和伯克利地球(深蓝色)。

剩余2018年的碳预算为66%的机会避免1.5℃变暖。IPCC AR5 1.5C预算(左)与混合SAT / SST,SAT和SAT +全球完全温度记录相比,与各种SR15预算(右)相比。通过碳简短使用图表金宝搏bet188高级园林

这些差异表明,为了确保温度不超过1.5摄氏度的目标,对自前工业化时期以来的温度变化进行精确估计是很重要的。

大的不确定性仍

定义碳预算的不同方式可能导致结果非常不同。但即使在精确定义时,碳预算中的大不确定性也仍然存在。SR15表示“对CO2和非二氧化碳排放的气候响应的不确定性贡献±400gtCO2”。

这种不确定性很大一部分与非二氧化碳气候因素有关。未来甲烷、一氧化二氮、气溶胶和其他气候的排放”营力“未知,并且可以对剩余的碳预算产生很大影响。SR15表明,非二氧化碳温室气体可能导致升温增加或降低,高达0.1℃,将所得碳预算改变为±250gtCO2。

对于非二氧化碳气候强迫的影响有多大,尤其是气候变冷气溶胶,有温度。这种强迫的不确定性可能减少高达400亿吨二氧化碳的碳预算,或增加高达200亿吨二氧化碳的碳预算。

SR15建议,由于地球系统的反馈,例如通常不包括在气候模型中的永久冻土融化所释放的碳,到2100年,预算可能会进一步减少100亿吨二氧化碳。然而,这些反馈在短期内不那么重要,因为它们的影响将主要在本世纪后期发挥作用。

负排放的问题

简而言之,碳预算反映的是,将排放控制在预算之内,以将升温控制在1.5摄氏度以下的目标。然而,几乎所有未来的排放情景由综合评估模型“SR15中的IAMs并未将正排放保持在碳预算之内。

相反,这些情景减少排放的速度要慢得多,化石燃料的正排放被来自化石燃料的负排放抵消具有碳金博宝188备用地址捕获和储存功能的生物能源(BECCS)和自然气候解决方案,如造林。这些情景一般过冲1.5C,在中期达到1.8℃的全球气温,在增加的负排放量行动,以吸引温度。

下图显示了“共享的社会经济路径”(见碳简报)提供的不同1.5C IAM情景下的二氧化碳排放(左)和由此产生的全球温度变化(右)金宝搏bet188最近的讲解员数据库在SR15报告中举报。对于每个IAM情况,CO2排放图显示了每个IAM场景的正排放(零线)和负排放(低于零)。

来自所有RCP1.9 / 1.5C的PIGATONNES(GT)二氧化碳(GT)二氧化碳(GT)二氧化碳(左图)(左图)和全局平均表面温度的总阳性(顶部)和负(左侧)和负金博宝188备用地址面表面温度IAM情景包括在内Rogelj等人2018.通过碳简短使用图表金宝搏bet188高级园林

在1.5摄氏度的情景下,负排放量的范围很大——从400GtCO2到1600 gtco2(当前10-40年的排放量)。使用负排放有效地使剩余的420GtCO2碳预算增加了90%至380%,到2100年总正排放将达到800 gtco2至1600 gtco2。

如果未来的发射方案粘在一起,碳预算不提供大量目的。负排放可以使碳预算在很大程度上毫无意义,因为大大超过预算的排放可以通过假设的未来负排放来抵消。虽然可以通过减去积极排放的所有负排放来计算有效的碳预算,但这并不代表近期实际排放的简单约束。

此外,使用负排放开始打破依据碳预算的假设,累积排放和变暖之间存在线性关系。作为克里斯汀•Zickfeld教授西蒙弗雷泽大学和他的同事们这一发现出现在2016年的一篇论文中,通常需要更多的负排放来降低温度,而不是正排放来提高温度,如下图所示。对于给定的温度,当排放量为正时(箭头指向右上),允许的累计排放量要大于排放量为负时(箭头指向左下)。

图表显示累积二氧化碳排放与增加(净积极)的温度与温度(净负数)排放的关系,不同发射情景。从Zickfield等人2016中获取图2。

不同排放情景累积二氧化碳排放与温度下降(净积极)和减少(净负数)排放的关系。取自图2Zickfield等人2016

这反映在IAM;较大1.5℃温暖过冲和更多负排放的情景往往相应较少的总碳预算。

围绕碳预算的巨大不确定性——以及几乎没有(如果有的话)缓解方案实际上限制预算中的二氧化碳正排放的事实——导致了这一问题彼得斯和别的建议剩余的碳预算的想法对于严格的缓解目标如1.5℃来说根本不是非常有用的概念。

奥利弗Geden博士,欧盟/欧洲研究部门负责人德国国际和安全事务研究所在柏林,警告说新修订的碳预算可能不会鼓励决策者采取快速减排措施:

“不能指望决策者把突然的碳预算延长作为加快减缓努力的好机会,仅仅因为现在达到1.5摄氏度似乎不那么不现实。相反,这种延长强化了他们长期以来的信念,即永远是“午夜前五分钟”,尽管全球排放仍没有减少。

明确的是,如果世界希望有任何机会将升温控制在1.5摄氏度以内,就需要非常迅速的减排,并大规模部署负排放。

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