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煤炭发电站鸟瞰图在Walsum在莱茵,德国。
煤炭发电站鸟瞰图在Walsum在莱茵,德国。 图片来源:Hans blossom / Alamy Stock Photo
118bet金博宝
2019年8月21日15:57

解释:高排放的“RCP8.5”全球变暖情景

Zeke Hausfather.

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08.21.19
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

21.08.2019 | 3:57pm
118bet金博宝 解释:高排放的“RCP8.5”全球变暖情景

一个相当大的一部分最近关于未来气候影响的研究集中在一种被称为“RCP8.5”的变暖情景上。这种高排放情景经常被称为“一切照旧”,这表明,如果社会不共同努力减少温室气体排放,就可能出现这种结果。

近年来,用于生成RCP8.5的排放情景已经出现批评许多研究人员对其关于未来高排放量的假设提出了质疑戏剧性的扩张煤的使用。与此同时,一套新的未来情景——共享社会经济途径(SSPs),为未来没有气候政策的世界提供了一个更广阔的视角。

在本文中,Carbon Brief金宝搏bet188研究了RCP8.5基础的排放情景是如何开发的,以及它后来是如何在学术文献和媒体中使用的。根据研究人员的说法,RCP8.5意图是“非常高的基线排放场景”代表第90百分位当时的无政策基准情景。

RCP8.5的创造者并没有打算让它代表最有可能的“一切照旧”结果,强调“无可能或偏好”到任何特定方案。它随后的使用,原因在于能源系统莫德勒与气候建模界之间的通信崩溃。金博宝188备用地址

虽然对潜在最坏情况的结果进行建模很重要,但也有必要检查更广泛的无政策基准结果——其中大多数结果会导致未来的排放降低。

代表性浓度途径(rcp)

预测未来的气候变化需要评估许多不同的不确定性。其中一些与气候系统有关,例如的敏感程度气候可能会增加大气中温室气体的浓度。另一些则涉及气体排放量,使用能源系统模型来模拟未来排放的不同情景。金博宝188备用地址

为了尝试和捕捉一系列可能的未来排放,能源系统模型使用了金博宝188备用地址综合评估模型(IAMs)模拟未来能源技术和排放。金博宝188备用地址这些产生的排放情景,然后被科学家用来运行复杂的气候模型这模拟了气候如何在未来可能发生变化。随着现代气候模型采取大量计算能力来运行,可以使用的未来发射场景的数量往往有限。

在最近几十年的气候研究中,人们提出了许多不同的设想。然而,主要用于驱动气候模型运行的因素,以及在很大程度上驱动决策者和公众讨论的因素包括:

在未来的排放情景中,气候模型的需求与能源系统模型的需求有所不同。金博宝188备用地址能源系统建模金博宝188备用地址者希望在不同的社会经济假设(如未来人口和经济增长)下探索一系列不同的结果,而气候建模者希望结果导致明显不同的变暖水平,以便有效地评估和比较结果。

发表后IPCC的事2007年,人们普遍希望更新上世纪90年代末开发的旧SRES方案,以更好地反映当前的技术和社会经济状况。根据《透视》杂志上的一篇论文自然2010年理查德博士博士与同事们一起,建模人员希望确保“近十年的新经济数据、关于新兴技术的信息,以及对土地利用和土地覆盖变化等环境因素的观察……能够反映在新的情景中。”

然而,政府间气候变化专门委员会第五次评估报告预计将于2013年发布,气候模型师需要在他们的模型中使用情景到2010年.鉴于产生新情景的时间相对较短,研究人员开发了“平行方法”。因此,一组“代表浓度途径”或“RCPS”为气候莫德勒为临时使用,而在开发更彻底的情况下社会经济途径进行。

下图摘自《自然》杂志的那篇论文,展示了拟议的发展时间表。一旦这两项工作完成,它们将在2013年IPCC第五次评估报告中被整合在一起。

拟议的拟议平行发展的原理图,RCP气候情景和社会经济排放情景以及后来的IPCC AR5的时间延续。图4是来自Moss等人2010的。通过许可复制。

拟议的拟议平行发展的原理图,RCP气候情景和社会经济排放情景以及后来的IPCC AR5的时间延续。图4来自Moss等人2010年.经许可转载。

能源系统建模社区决定从创建未来情景开始,而不是像SRES情景那样从详细的社会经济故事开始生成排放和气候情景。”金博宝188备用地址辐射强迫“与任何特定的社会经济或排放情景无关的气候模型。辐射强迫是衡量温室气体、气溶胶和其他可以影响气候以捕获额外热量的因素的综合效应。

每个RCP只提供了达到该水平辐射强迫的许多可能途径中的一种。研究人员开发了rcp还强调他们的目的不是要成为“最终的、全新的、完全整合的情景”,而是简单地将重点放在温室气体和其他辐射强迫的未来浓度上,作为气候模型的输入。

根据本世纪末的辐射强迫,我们开发了四条路径:RCP2.6(表示2.6瓦特每平方米- W/m2 -强迫增加相对工业化前的条件),RCP4.5RCP6.0,RCP8.5

这四个途径的选择是一个不同优先级的数量.其中包括在科学文献中预测的未来排放和浓度范围内设置情景,但也要充分区分彼此。

不幸的是,社会经济路径的发展所花的时间比最初预计的要长得多,rcp也未能在第五次评估报告发布前及时转化为完全集成的情景。

这使它们作为建模不同潜在的气候结果的有用工具,但缺乏任何一致的社会经济假设,这些假设将允许研究人员审查不同无政策基线和缓解方案的可能性。例如,苔藓和同事特别说明“RCP8.5不能作为其他rcp的无气候政策参考情景,因为RCP8.5的社会经济、技术和生物物理假设与其他rcp不同。”

Glen Peters博士的研究主任西塞罗在挪威,他告诉Carbon Bri金宝搏bet188ef:

“事后看来,‘新的场景框架'(ssp / rcps)没有按计划起作用。气候模型与IAM(RCP和SSP)之间的整合从未真正发生;rcps仅旨在是一个捷径,2012年与SSP合并,但它是2019年,我们现在只看到集成,虽然有限。此时,我认为只有气候和能源的莫德勒才能理解为什么SSP和RCP甚至开发的背景,并导致了深深的误解。金博宝188备用地址

“rcp很好地服务于气候模拟界,他们有一致的途径运行和比较他们的模型。随着rcp的出现,对IAM社区的需求基本上消失了,因此IAM的多样性和细微差别在平行文献中得以体现。”

这种并行过程有助于对用于生成RCP的不同排放场景的相对可能性和假设的相对可能性。它可能引起使用RCP8.5作为默认的“业务 - 常规”方案的因素之一学术文献而在媒体

最坏的情况

在RCP方案开发期间引入的一个变更是将无缓解的“基线”情景与缓解方案相结合,气候政策驱动变化程度的减排程度。

在之前的建模工作中,如IS92和SRES,所有情景都是专门设计来查看一系列可能的基线“无政策”结果——也称为“参考”情景。这意味着,虽然它们考虑了社会在未来可能发展的不同方式,但它们不包括任何未来协调一致的气候减缓努力或现有承诺,例如《京都议定书》.相比之下,在四个国家中综合评估模型(IAMs)用于创建RCP场景,只有RCP8.5是不包含策略驱动缓解的“基线”场景(尽管RCP6.0与一些基线场景是一致的,即使用于生成它的特定IAM运行包含策略驱动缓解)。

他们的论文概述了RCP场景的开发,德特勒夫·范维伦教授和同事解释说,它们包括“一个导致非常低的强迫水平(RCP2.6)的缓解情景,两个中等稳定情景(RCP4.5/RCP6.0)和一个非常高的基线排放情景(RCP8.5)”。

他们建议," RCP8.5应被视为高排放情景",而" RCP6.0可被解释为中等基线或高缓解情况"。这表明,作者说没有理由认为RCP8.5比RCP6.0更有可能是“一切照旧”的结果。

RCP8.5被特别选择作为一个高端基线场景,并不想被描述为最可能的“照常营业”无策略结果。研究人员在他们的论文中强调了这一点,展示了每种情景下的排放量与当时能源模型文献中发现的范围的对比。金博宝188备用地址

从纸张中取出下图,显示了与先前由研究人员开发的文献中的90百分位数(深灰色)和98百分位数(浅灰色)的能量建模情景相比的每个RCP。金博宝188备用地址

RCP情景下的温室气体排放与已公布情景的预测范围相比较——深灰色为第90个百分位数,浅灰色为第98个百分位数。图表显示二氧化碳(左),甲烷(中)和一氧化二氮(右)。图6来自van Vuuren等人(2011)。

RCP情景下的温室气体排放与已公布情景的预测范围相比较——深灰色为第90个百分位数,浅灰色为第98个百分位数。图表显示二氧化碳(左),甲烷(中)和一氧化二氮(右)。图6范维伦等(2011)

在RCP8.5中,2000年至2100年期间的二氧化碳排放量在所有已公布情景的90 - 98百分位之间,有时甚至超过98百分位。研究人员发现,RCP8.5中的总体辐射强迫也在已公布情景的98百分位左右,在无政策基准情景的90百分位左右。然而,他们也强调,这并不是导致如此高排放和辐射强迫的唯一情景;在能量模拟文献中存在大约40种具有类似强迫水平的情景。金博宝188备用地址

因此,用于生成RCP8.5的排放情景大约是可用的无政策基准情景的最高情景。虽然它绝不被认为是不可能的结果,但它也不被认为比任何其他无政策基准情景的可能性更大或更小——其中绝大多数导致了更低的排放。

随着van Vuuren告诉碳简介:金宝搏bet188

“RCP8.5从来没有意味着是一个常见的业务场景,而是作为高端情景,与文献中的最高排放情景一致。

“显然,RCP8.5可能是一个无气候政策的世界。但它肯定不是唯一的一个,就温室气体排放水平而言,它也不是最有可能的。只有综合多种因素,例如高人口增长和大量煤炭使用(如在原始RCP8.5情景中),或高经济增长和对化石燃料的强烈依赖(在当前的SSP5版本中),才能达到如此高的水平。但是,可以通过许多情景实现6-7 W/m2左右强迫水平的排放水平,不仅可以通过许多因素的中等假设(RCP6.0),还可以通过高人口增长和低经济增长或恰恰相反。

“换句话说,即使特定的RCP6.0场景不一定比任何其他场景更可能,势级的强制级别可能更有可能基于中央限制定理。”

在详细说明RCP8.5场景中,博士Keywan Riahi他的同事将RCP8.5描述为“一个高排放的正常场景”。他们的意思是它处于文献中“照常运行”基准场景的高端,但他们对RCP8.5“照常运行”的描述最终没有任何附带的细微差别。

正如Riahi告诉Carbon金宝搏bet188 Brief的:

“由于RCP8.5假设人口多而技术进步缓慢,它处于可能的基线情景范围的高端……我希望我能更清楚地理解我在那一段中所说的一切照旧的意思。”

RCP8.5相对于其他无政策基准的高端性质没有很好地传达给更广泛的科学界,而RCP8.5作为唯一没有包含气候政策的可行的RCP方案,被广泛地称为“一切如常”的结果数百种不同的论文在IPCC AR5的后果发表。

事实上,更恰当地说,它是最糟糕的排放结果之一根据Van Vuuren及其同事,在文献中的其他无政策基线情景的90%以上导致排放较低。

新的SSP场景

2017年,共享社会经济途径(SSPs)终于出版了五年后比理查德·莫斯和同事最初设想的要多。这些sps将不同的人口、经济增长和其他社会经济假设纳入未来的排放情景。它们考虑了各种可能的无政策基线情景,以及如何在不同的社会经济途径下实现不同的缓解情景。

SSPs包含一系列基线情景,到2100年辐射强迫的范围在5.0至8.5 W/m2之间。它们还特别考虑了强迫限制在6.0、4.5、3.4、2.6和1.9 W/m2的缓解情景。由于计算上的限制,科学家们无法在每个气候模型中运行所有的ssp,因此有许多“标记”情景被选中在不同的强迫水平上使用CMIP6-在IPCC第6次评估报告之前,目前正在进行的全球气候模拟工作。

CMIP6除新的1.9、3.4和7.0强迫情景外,还将包括rcp中发现的4个强迫水平——8.5、6.0、4.5和2.6。8.5和7.0情景均取自SSP数据库,虽然所有其他强制使用排放方案在哪里一定程度的缓解是就业。

下图显示了CMIP6场景中的四个中的CO2排放 - 8.5(红线),7.0(橙色),6.0(黄色)和4.5(蓝色) - 与灰色的SSP数据库中的无策略基线方案的范围相比.

用于CMIP6强制场景的标记IAM运行(彩色线)与无策略基线运行的范围进行比较SSP数据库(灰色区域)。图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

新的8.5情景代表了在SSP过程中所开发的最高排放无政策基准情景。7.0情景接近所有情景的中间,而6.0情景接近模型所表明的在没有由气候政策推动的协调一致的缓解努力的情况下可能出现的情景的低端。

8.5情景与最初的RCP8.5相似,但其特点是到本世纪末二氧化碳排放量增加约20%,其他温室气体排放量减少。这是一个IAMs遇到了一些麻烦的场景;在研究的五种社会经济途径中,只有一种——SSP5——能够产生如此高的排放。在概述ssp的论文中,Riahi和同事们表明,“8.5 W / M2只能在相对狭窄的环境范围内出现。相反,中间基线(SSP2)仅产生约6.5W / m 2的强制信号(范围为6.5-7.3W / m2)。“

(新RCP8.5场景与旧RCP8.5场景之间的差异有几个原因。前者基于不同于后者的IAM -提醒而不是消息.新的情景也基于非常不同的社会经济假设;RCP8.5的人口增长非常高,经济增长相对较低8.5新场景人口增长缓慢——全球人口将在2050年达到顶峰,到2100年将回落到目前的水平——同时经济增长非常快。)

已经绘制的RCP8.5和新的SSP 8.5场景的一个特定方面不少的批评从能源研究金博宝188备用地址人员来说,他们对未来煤炭使用的假设。在这些情景中达到二氧化碳排放需要大规模增加煤炭 - 2100比今天更多的煤炭使用量。

下图显示了全局一次能源金博宝188备用地址在2100年,在SSP数据库中检查的每个不同的基线情景中混合。煤的使用范围广泛,从SSP1和SSP4中目前的水平,到REMIND IAM (CMIP6 8.5情景的基础)生成的SSP5基线情景中许多倍的水平。

在每个IAM (x轴)和SSP金博宝188备用地址(从SSP1到SSP5,从左到右)的基线情景中,2100年按燃料类型划分的全球一次能源使用(y轴)以exjoules (EJ)为单位。目前的能源使用(金博宝188备用地址截至2010年)显示在最左边的条作为参考。的数据SSP数据库Riahi等,2017;图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

这些模型中煤炭使用的时间序列如下图所示,其中包括所有基线和缓解SSP情景(用细线表示),CMIP6中使用的标记情景用实线突出显示。

历史数据(黑色)和SSP数据库场景中以exjoules (EJ)表示的全球煤炭使用量。粗线表示作为CMIP6强迫情景的标记模型运行。来源:格伦·彼得斯。

以exajoules (EJ)为单位的全球煤炭使用历史数据(黑色)SSP数据库场景。粗线表示作为CMIP6强迫情景的标记模型运行。信贷:格伦•彼得斯

全球煤炭使用量已经下降与2014年的峰值相比,确实是这样很难想象即使没有新的气候政策,煤炭在未来也会急剧扩张。这是特别正确的价格下跌近年来替代能源技术的发展金博宝188备用地址一个即将到来的”专家启发式——能源专家被要求评金博宝188备用地址估各种结果的可能性——给出了RCP8.5只有5%的机会在所有可能的无政策基准情景中发生。

然而,与此同时,重要的是要认识到,预测未来的排放本质上是极其不确定的。例如,一个最近的研究诺贝尔经济学奖得主之一比尔·诺霍斯认为到本世纪末,世界有35%的可能性超过RCP8.5。虽然大多数能源研究人员金博宝188备用地址认为RCP8.5中这种规模的排放是不太可能的,但它们绝不是不可能的。

模拟类似RCP8.5的高强迫情景可能是一项有用的科学努力,即使它们并不代表特别可能的结果。例如,高强迫情景有更高的发出信号 - 噪声用于探测气候系统显著变化的比率。换句话说,由于全球气温上升在这些情景中更为突出,研究人员更容易在模型模拟中分离出气候变化信号。这对以下情况特别有用:归因“旨在确定人类导致对气候影响的贡献的研究,与自然变异相比。RCP8.5也用于一致性,因为它包含在过去的IPCC建模努力中 - CMIP5 - 并且类似于在此之前的IPCC报告中包含的场景(例如A2A1F1在老的场景).

也有很大的不确定性碳循环反馈在这种情况下,即使相对较低的排放也可能导致比IAMs假设的更高的强迫。CMIP气候模式实验的设计方式限制了模式考虑碳循环反馈的能力,因为所有模式都需要使用相同的强迫集,以便于不同模式之间的比较。

当研究人员观察如果使用rcp8.5的排放场景运行气候模型,而不是CMIP中的固定强制集 - 他们发现CO2浓度平均每百万(PPM)较高和辐射迫使辐射均在0.25 w / m2更高。简单地说,鉴于RCP8.5排放,模型最终有8.75 W / M2强制平均,而不是8.5 W / M2。

这意味着,人为排放造成的变暖影响可能比IAMs假设的要高。由于CMIP6模型包含了更好的碳循环反馈的物理表征,例如北极永冻层解冻,这些碳循环反馈的幅度可能增加。

随着van Vuuren告诉碳简介:金宝搏bet188

“重要的是要有一个高端的基线情景,以探索‘可能’发生什么。实际上,8.5 W/m2左右的强迫水平并非不可信。除了RCP8.5中所涉及的社会经济因素外,强烈的温室气体反馈(例如来自苔原的甲烷排放)也可能导致高强迫水平。相对敏感的气候系统可能产生与RCP8.5一致的气候结果。因此,如果有用的话,探索高端——但显然,为了透明度,应该表明RCP8.5是一个高端场景。”

一切照旧

在气候变化研究中,基线“无政策”情景可能是有用的反事实,有助于阐明在没有气候政策的情况下世界可能发生的情况。然而,与此同时,鉴于技术进步的速度之快,很难对它们进行解释。在2010年,全球煤炭扩张有增无减可能是一个相当合理的假设,但在2019年,即使没有任何新的气候政策,似乎也不太可能。

通过技术创新和各国在过去十年中制定的气候政策的结合,世界在许多方面已经超越了“一切照旧”的局面。这些已经导致了技术的变化,这种变化是极不可能被逆转的。正因为如此,彼得斯最近将“无政策”情景描述为“有问题的”:

范维伦告诉《碳简报》,虽然RCP8金宝搏bet188.5在最初创建时看起来更可信,但过去十年的进展使它的可能性大大降低:

“与2008 - 2011年相比,rcp8.5可能变得不太可能发生在开发和发布的情况。原因是,从那时起,若干国家和公司已经采用了巴黎协定的启发的气候政策,而且太阳能光伏和风的成本比最初预期的速度更快。同样,这并不意味着场景是难以置信的 - 因此与探索高端强迫的场景不相关 - 但它可能不是最可能的商业和常用情况。它不是最初的,现在不是。“

虽然这些没有政策基准的情况对研究可能发生的情况很有用,但在预测未来气候影响时,不一定是最有用的情景。地球上所有国家弃核的几率巴黎协定承诺和返回燃烧的大量煤似乎相当低,但也许不是不可能的考虑到环境政策一些占优势的民粹主义运动

与此同时,也出现了一些主张——尤其是在美国第四次国家气候评估——目前的排放正在遵循RCP8.5情景。虽然排放量在过去几十年作出的预测中处于上半部分,但很难看出这些数据如何必然使世界朝着未来8.5、7.0或6.0强迫水平的方向迈进。

虽然很明显,世界是目前没有朝着符合《巴黎协定》目标的缓解设想方向发展在美国,要用目前的排放量来确定哪个无政策基准最有可能在本世纪后期出现,则要困难得多。

下图显示了历史排放量(黑线)与四种RCP情景以及旧的SRES和IS92情景的对比。左图为化石燃料的二氧化碳排放量,右图为包括土地利用变化在内的二氧化碳总排放量。

历史观测和RCP、SRES和IS92情景下的全球化石燃料CO2排放(左)和化石燃料和土地利用的CO2排放总量(右)。来源:格伦·彼得斯。

历史观测和RCP、SRES和IS92情景下的全球化石燃料CO2排放(左)和化石燃料和土地利用的CO2排放总量(右)。信贷:格伦•彼得斯

彼得斯告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“在最初几年,所有的情况看起来都是正常的,因为它们总是被设定在相同的基准年。我认为,就二氧化碳总量而言,不可能说我们是否在某个特定的情况下步入正轨。”

围绕RCP8.5开发的文献清楚地表明,该情景代表的是可能基线排放情景的高端,而不是最有可能的“一切照旧”结果。的原始论文概述rcpp表明,没有理由认为在无政策的世界中,高排放RCP8.5基线比低排放RCP6.0基线更有可能。

然而,地位唯一的减排方案考虑IPCC AR5连同相对贫穷的社区能源造型和气候之间的通信模型导致了普遍的误解在媒体和学术文献,RCP8.5预期的“一切照旧”的结果在一个没有任何未来的世界金博宝188备用地址气候政策。

虽然必须考虑最坏情况的结果,特别是考虑到碳循环反馈的大小的不确定性,但重要的是不能孤立地考虑这些结果。将可能的基线结果范围从6.0 W/m2到8.5 W/m2强迫将为研究无政策未来的气候影响提供一套更现实的情景。

更新:本文于2019年8月22日更新,添加了Detlef van Vuuren教授的语录

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