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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人工林。 资料来源:Chris Van Lennep / Alamy Stock Photo。
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

克里斯汀•Zickfeld教授

克里斯汀•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”排放目标作为应对气候变化努力的一部分。

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“网络”方面呢?其逻辑是,二氧化碳和其他温室气体的残余排放——消除这些排放难度很大或代价高昂——可以通过以下方式加以平衡直接从大气中移除二氧化碳并将其存放在长期内。

这可以实现增加天然碳“汇”从大气中删除CO 2 - 例如,通过植树或恢复泥炭地红树林林.其他从大气中去除二氧化碳的方法包括从生物能源植物中捕获二氧化碳金博宝188备用地址或者设计方法捕获二氧化碳直接从大气中提取并储存在地下或产品中。

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”。

但是这个假设还没有经过测试,而且——虽然对于小排量和排量可能是合理的——但由于地球系统的非线性性质,这个假设似乎不太可能适用于大排量和排量。

在一篇新论文中,发表于自然气候变化,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El Niño和La Niña.这使得探测地球对二氧化碳变化的反应的“信号”变得更容易。

我们以二氧化碳排放和碳去除量的瞬时“脉冲”(即1000亿吨至5000亿吨碳的排放量)来强迫该模型,这相当于大约10至50倍目前全球二氧化碳排放量

应用瞬时排放和去除是一种“理想化”的实验方式,但作为气候和碳循环的响应,它是气候科学的标准做法188bet博彩公司怎么样已被证明不受排放或去除速率的影响。我们使用100GtC作为最小的脉冲大小,因为这是可用于可检测的温度信号的最小压力。甚至像本研究中所使用的那种排除大气变化的模型也是如此,因为在海洋-海洋冰-大气耦合系统中仍然存在变化。

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。

二氧化碳排放和去除后大气中二氧化碳浓度的变化
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)。

这一发现意味着,如果大气中的二氧化碳浓度保持不变,就需要额外的二氧化碳去除来补偿排放。或者,换句话说,平衡二氧化碳排放和同等规模的二氧化碳去除将导致更高的大气二氧化碳排放,而不是在一开始就避免二氧化碳排放。

大气中二氧化碳浓度的不对称性是由于陆地和海洋碳汇对排放和清除反应的不同方式造成的。决定这些沉淀物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,大气中二氧化碳的饱和水平较高.还有,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 -在大气中二氧化碳水平较高时减少.由于这些和其他非线性过程,排放导致大气中二氧化碳浓度的变化不同于同等规模的去除。

温度

地表温度呢?结果表明,温度对排放和去除的反应减少了这种不对称性。例如,在排放或去除200GtC后的100年里,温度会有2%的不平衡,而大气中的二氧化碳则有7%的不平衡。

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。

下图显示了全球地表气温对排放(实灰线)和去除(灰虚线)200GtC的响应。这两者之间的差异(如蓝线所示)表明,温度的不对称性与大气中二氧化碳浓度的不对称性是相反的符号:排放后的温度上升略小于同等大小的去除后的温度下降。

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.这些过程的组合补偿碳循环响应的非线性的程度可能因模型而异。

在现实世界中

那么,这项研究中发现的不对称性是否对现实世界中二氧化碳排放和去除的平衡有影响呢?

而本研究中使用的总排放量和清除量高达500GtC文献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,不同模型之间的碳循环和气候响应差异很大,用一套复杂的地球系统模型进行模拟的初步分析表明,碳循环和温度不对称性的幅度可能比本研究中发现的要大得多。

总之,这项研究的发现表明,与避免二氧化碳排放相比,平衡二氧化碳排放和去除二氧化碳可能导致不同的气候结果,但这种影响的程度仍不确定,需要进一步量化。

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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