Переходная реакция климата на кумулятивные выбросы углерода - Transient climate response to cumulative carbon emissions

В переходная реакция климата на совокупные выбросы углерода (TCRE) - отношение глобально усредненного изменения температуры поверхности на единицу углекислый газ (CO2) испущен.[1][2][3][4][5] Как выделено CO2 показывает время жизни в атмосфере в тысячелетнем масштабе, этот отклик понимается как величина, на которую глобальная температура изменяется в зависимости от общего количества двуокиси углерода в атмосфере.[6][1][3] Что касается совокупного CO2 выбросов со временем, глобальная температура, по разумным оценкам, будет линейно изменяться независимо от пути, выбранного для достижения пика CO2 выбросы.[6][1][7][8][3] Это означает, что для определенного количества накопленного CO2 выбросов, можно ожидать известного глобального изменения температуры (в пределах диапазона неопределенности), что указывает на то, что удержание глобального изменения температуры ниже определенных пороговых значений является проблемой ограничения совокупного CO2 выбросов, что привело к идее углеродный бюджет.[3][4]

Расчет

Формулы

TCRE рассчитывается на основе формулы отношения изменения температуры к совокупным выбросам углерода (измеряется как CO2), который представляет собой чистый углерод, остающийся в атмосфере после учета соответствующих источников и поглотителей.[1] В качестве меры изменения углерода в атмосфере TCRE параметризует чувствительность климата и чувствительность к углероду для определения величины, которая представляет собой изменение температуры (° C) на триллион тонн выбрасываемого углерода (Tt C).[1][6] Это представлено следующей формулой из Matthews et al., 2009:

[1]

куда,

  • ΔT = среднее изменение глобальной температуры (° C)
  • EТ = совокупные выбросы диоксида углерода (Tt C)
  • ΔCА = изменение содержания углерода в атмосфере (Tt C)

и, 1Tt C = 3,7 Tt CO2

TCRE также можно определить не с точки зрения температурной реакции на выделяемый углерод, а с точки зрения температурной реакции на изменение радиационное воздействие как в Myhre et al., 2015:[9]

[9]

куда,

  • RF = радиационное воздействие (Вт / м2) снято в верхней части атмосферы (TOA)

Здесь TCRE используется для оценки предполагаемого линейного воздействия радиационного воздействия на изменение температуры в историческом анализе.[9]

Моделирование

TCRE моделируется с использованием климатические модели которые имитируют выбросы углерода за счет увеличения CO2 выбросы на 1% в год от доиндустриальных уровней до концентрации CO2 в атмосфере удваивается (2 x CO2) или учетверенный (4 x CO2).[10][1][3][4] Поскольку все эти эксперименты начинаются с одной и той же начальной концентрации CO в атмосфере.2 (около 285 частей на миллион[5]), удвоение и учетверение происходят через 70 и 140 лет соответственно. Различные параметризации моделирования TCRE включают: удержание CO2 выбросы постоянны после четырехкратного увеличения;[5] моделирование чистых отрицательных выбросов после удвоения или четырехкратного увеличения;[7] прекращение выбросов после удвоения и сохранение модели до 10 000 лет;[11] или работает расширенный RCP сценарии и оценка изменения температуры по совокупным выбросам при высоком уровне CO2 концентрации.[8]

Температурный отклик

Глобальный ответ

Изменение глобальной температуры приблизительно линейно пропорционально кумулятивным выбросам углерода.[4][3] Это означает, что для данного количества выбросов углерода соответствующее количество глобальное потепление разумно ожидать.[1][12] Модельные данные, синтезированные IPCC Пятый оценочный отчет из доступных исследований предполагает скорее всего TCRE от 0,8 ° до 2,5 ° C на Tt C (или 1000 Pg C).[4] В фокусном обзоре TCRE Matthews et al. (2018) оценивают TCRE от 0,8 ° до 2,4 ° C на Tt C и предлагают лучшую оценку с ограничениями по наблюдениям в 1,35 ° C на Tt C.[3]

Региональный ответ

Хотя реакция средней глобальной температуры на кумулятивные выбросы приблизительно линейна, эта реакция неоднородна во всем мире.[3][2][13] Расчеты Leduc et al., (2016) географической модели температурного отклика (региональный TCRE или RTCRE) показывают значения низких изменений температуры в экваториальных и тропических регионах океана и высокие значения изменения температуры, превышающие 4 ° C / Tt C. в Арктике.[2] Точно так же они демонстрируют явную разницу температурных откликов между сушей и океаном, которая в значительной степени является результатом круговорота тепла океана.[2][5][14]

Реакция на региональные осадки

В отличие от положительной региональной температурной реакции, изменение региональных осадков к кумулятивным выбросам может быть положительным или отрицательным, в зависимости от местоположения.[13] Partanen et al., (2017) показывают сильную положительную реакцию осадков в Арктический с отрицательными отзывами (имеется в виду уменьшение количества осадков) в некоторых частях Южная Африка, Австралия, Северная и Южная Америка.[13]

Углеродный бюджет

Основная статья: Бюджет выбросов

Наблюдаемые и рассчитанные линейные TCRE и RTCRE приводят к понятию углеродного бюджета.[1][4][12][15] Углеродный бюджет - это совокупное количество CO2, излучаемый антропологически как земной шар, что приводит к установленному пределу глобального потепления.[1][4][12][15] МГЭИК оценивает СО2- только углеродный баланс (с вероятностью 50%) при температуре ниже 2 ° C при 1210 PgC (или 1,21 Tt C).[4] Учет 515 ПгС CO2 испущен между 1870 и 2011 годами, это оставляет CO2- только углеродный баланс 695 ПгС, что дает 50% шанс остаться ниже глобального изменения средней температуры на 2 ° C.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Matthews, H.D .; Gillett, N.P .; Stott, P.A; Зикфельд, К. (11 июня 2009 г.). «Пропорциональность глобального потепления кумулятивным выбросам углерода». Природа. 459 (7248): 829–832. Дои:10.1038 / природа08047. PMID  19516338.
  2. ^ а б c d Leduc, M .; Matthews, H.D .; де Элиа, Р. (4 января 2016 г.). «Региональные оценки переходной реакции климата на кумулятивные выбросы CO2». Природа Изменение климата. 6 (5): 474–478. Дои:10.1038 / NCLIMATE2913.
  3. ^ а б c d е ж грамм час Matthews, H.D .; Zickfeld, K .; Knutti, R .; Аллен, М.Р. (12 января 2018 г.). «Сосредоточьтесь на совокупных выбросах, глобальном углеродном балансе и последствиях для целей по смягчению последствий изменения климата». Письма об экологических исследованиях. 13: 010201. Дои:10.1088 / 1748-9326 / aa98c9.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я Коллинз, М .; Knutti, R .; Arblaster, J .; Dufresne, J.-L .; Fichefet, T .; Friedlingstein, P .; Gao, X .; Gutowski, W.J .; Johns, T .; Krinner, G .; Shongwe, M .; Тебальди, С .; Weaver, A.J .; Венер, М. (2013). Stocker, T.F .; Qin, D .; Платтнер, Г.-К .; Тиньор, М .; Allen, S.K .; Boschung, J .; Nauels, A .; Xia, Y .; Бекс, В. (ред.). «Долгосрочное изменение климата: прогнозы, обязательства и необратимость». В: Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
  5. ^ а б c d Gillett, Nathan P .; Arora, Vivek K .; Мэтьюз, Дэймон; Аллен, Майлз Р. (09.09.2013). «Ограничение отношения глобального потепления к совокупным выбросам CO2 с помощью моделирования CMIP5 *». Журнал климата. 26 (18): 6844–6858. Дои:10.1175 / jcli-d-12-00476.1.
  6. ^ а б c Allen, M.R .; Frame, D.J .; Хантингфорд, С .; Lowe, J.A .; Meinshausen, M .; Мейнсхаузен, Н. (30 апреля 2009 г.). «Потепление вызвано кумулятивными выбросами до триллионной тонны». Природа. 458 (7242): 1163–1166. Дои:10.1038 / природа08019. PMID  19407800.
  7. ^ а б Zickfeld, K .; MacDougall, A.H .; Мэтьюз, H.D. (12 мая 2016 г.). «О пропорциональности между глобальным изменением температуры и совокупными выбросами CO2 в периоды чистых отрицательных выбросов CO2». Письма об экологических исследованиях. 11 (5): 055006. Дои:10.1088/1748-9326/11/5/055006.
  8. ^ а б Tokarska, K.B .; Gillett, N.P .; Weaver, A.J .; Арора, В.К .; Эби М. (23 мая 2016 г.). «Реакция климата на пять триллионов тонн углерода». Природа Изменение климата. 6 (9): 851–855. Дои:10.1038 / NCLIMATE3036.
  9. ^ а б c Мюре, Гуннар; Буше, Оливье; Бреон, Франсуа-Мари; Форстер, Пирс; Шинделл, Дрю (март 2015). «Снижение неопределенности в переходной реакции климата, поскольку воздействие CO2 будет доминировать в будущем изменении климата» (PDF). Природа Геонауки. 8 (3): 181–185. Дои:10.1038 / ngeo2371. ISSN  1752-0908.
  10. ^ Уильямс, Ричард Дж .; Гудвин, Филип; Русенов, Васил М .; Бопп, Лоран (2016). «Структура для понимания переходной реакции климата на выбросы». Письма об экологических исследованиях. 11 (1): 015003. Дои:10.1088/1748-9326/11/1/015003. ISSN  1748-9326.
  11. ^ Frölicher, Thomas L .; Пэйнтер, Дэвид Дж. (2015). «Расширение взаимосвязи между глобальным потеплением и кумулятивными выбросами углерода на несколько тысячелетий». Письма об экологических исследованиях. 10 (7): 075002. Дои:10.1088/1748-9326/10/7/075002. ISSN  1748-9326.
  12. ^ а б c Кадр, Дэвид Дж .; Мейси, Адриан Х .; Аллен, Майлз Р. (21 сентября 2014 г.). «Накопленные выбросы и климатическая политика». Природа Геонауки. 7 (10): 692–693. Дои:10.1038 / ngeo2254.
  13. ^ а б c Партанен, Антти-Илари; Ледук, Мартин; Мэтьюз, Х. Дэймон (2017). «Сезонные изменения климата из-за совокупных выбросов CO 2». Письма об экологических исследованиях. 12 (7): 075002. Дои:10.1088 / 1748-9326 / aa6eb0. ISSN  1748-9326.
  14. ^ Брайан, К .; Komro, F.G .; Manabe, S .; Спелман, М.Дж. (1 января 1982 г.). «Переходная реакция климата на увеличение содержания двуокиси углерода в атмосфере». Наука. 215 (4528): 56–58. Дои:10.1126 / science.215.4528.56. PMID  17790468.
  15. ^ а б Миллар, Ричард; Аллен, Майлз; Рогель, Джоэри; Фридлингштейн, Пьер (01.01.2016). «Совокупный углеродный бюджет и его последствия» (PDF). Оксфордский обзор экономической политики. 32 (2): 323–342. Дои:10.1093 / oxrep / grw009. ISSN  0266-903X.