2100年地球会有多热?
2020-06-23 14:42

2100年地球会有多热?

本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Jeff Tollefson,题图来自:IC photo


当全球领导人齐聚一堂,庆祝2050年的到来时,他们回顾了30年前的冠状病毒大流行,这是遏制全球变暖的一个转折点。各国齐心协力战胜了这次疫情,开启了一个合作预防气候灾难的新时代。对绿色能源和新技术的投资使二氧化碳排放量迅速减少,全球变暖也被限制在比工业化前高1.5°C左右的水平。


又或者并非如此。到了2050年,回首过去,这次疫情不过是遏制全球变暖漫长而徒劳努力中的昙花一现。尽管2020年的疫情让碳排放量短暂下降,但各国在危机后为恢复经济纷纷转向廉价的化石燃料。碳排放随之猛增,气温不断升高,朝着本世纪末5°C升温的方向不断迈进。


以上仅是设想未来的两个可能场景。没人知道当前的大流行将如何收尾,或是人类最终是否会齐心协力对抗潜在的气候灾难。但气候研究人员需要搞清楚不同程度的全球变暖会导致什么样问题。因此,他们开发出了一系列的情景,意图模拟可能会到来的各种未来[1]。他们的目标是研究不同的政策会如何影响碳排放,而这些温室气体又会如何改变地球。


最乐观的情景:各国政府携手发展低碳技术,同时致力于减少贫困和不平等现象。最悲观的情景:各国加大对廉价化石燃料的使用,不惜一切代价追求经济增长。


研究团队首次使用了一些主要气候模型来模拟这些情景,对不同社会经济发展道路下的地球未来进行了预测。这些模拟将为未来几年的气候研究提供参考,并将在政府间气候变化专门委员会(IPCC)于明年发布的下一次全球变暖重大评估中发挥核心作用。在围绕2015年巴黎气候协定的减排承诺所展开的新一轮谈判中,这些研究也会扮演重要角色。


来源:改编自图3,B. C. O’Neill et al. Geosci. Model Dev. 9, 3461–3482 (2016)


这些情景是对过去十年来使用的一组情景的更新,其中包括一个备受争议的极端情景:到2100年,气温将比工业化前的水平高出约5°C。十多年来,这种情景在气候研究中占据着重要位置,但批评者指责其具有误导性,因为它包括的煤炭使用量并不符合实际——到2100年煤炭使用量大约会增加五倍。不过,很多研究者对批评声不予理会,认为只要人们了解其基本假设和局限性,这样的高碳排放情景仍然有其价值。例如,北极多年冻土中大量释放的甲烷可能与大量使用化石燃料具有相似的效果。


“我们是在试图了解风险,而非预知未来。”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的大气科学家Donald Wuebbles表示。Wuebbles是2017年发布的最新版《美国国家气候评估》[2]第一卷的主要作者。这些情景的目的不是去简单地预测排放量,而是研究各种不同程度的气候变暖和不同类型的经济发展方式会产生什么影响。这些情景可为各类研究人员所用:经济学家可根据它们研究政策成本,生态学家则用它们来预测全球生态系统的变化。


“这不是科幻故事,”华盛顿大学环境健康研究员、这次新气候情景开发的委员会联合主席Kristie Ebi说,“我们需要这些建模结果来了解我们所做的选择会带来怎样的后果,现在我们有能力做到这一点。”


不寻常的工作


1989年4月,一组负责预测可能未来情景的专家在荷兰的比尔特霍芬召开会议,为次年要制定出的首个IPCC评估做准备。他们创建了一些情景,以描述下一个世纪里各国可能的二氧化碳、甲烷和其他温室气体的排放量[3]。从重度污染到异常清洁,这些未来世界的可能情景为气候建模师提供了原始资料,让他们可以预测地球会如何反应。


自那以后,IPCC多次更新主要的温室气体排放情景。但是在2006年,情况发生了变化。当时,美国等国家认为IPCC应该评估科学,而不是指导科学。迫于压力,IPCC决定退出情景开发的工作。


因此,在2010年,在当时的马里兰大学帕克分校全球气候变化联合研究所,由气候科学家Richard Moss领导的一个自我任命的小组发布了一个全新的框架,旨在创建并利用有关情景来指导最近的一次IPCC气候评估工作[4],该评估报告于2013~2014年发布。


该团队提供了一组由四个情景组成的未来碳污染水平预测结果,称为“代表性浓度路径”(Representative Concentration Pathway,RCP),世界各地的气候模拟小组都可以通过运行这些情景来生成他们对地球未来命运的预测[5]。该团队选出了能描绘不同辐射强迫(radiative forcing)水平的RCP,辐射强迫可以反映温室气体排放会造成多少额外的气候变暖。这些RCP并不是用来描述特定的排放趋势或预测经济与技术的变化,这是其他研究人员的工作,他们会另外生成符合相应RCP的一系列排放趋势。


Moss说,设计这些RCP是为了获取研究文献中出现的可能变暖程度范围,在高预测值和低预测值之间建立一个足够大的区间,使得气候建模师能够把不同的情境区分开来。其中,“全球温度升高5°C”的情景(被称为RCP8.5)引发了诸多争议,但其主要作用是为气候建模师提供一个强大的信号。“我们想为气候建模师提供足够多的细节,好让他们开展工作。”Moss说,“我们从没想让哪个场景得到特殊对待。”


但是,RCP逐渐有了自己的意义。尽管业内人士知道这些定义的准确含义和适用范围,很多科学家与其他人士却开始用RCP8.5来表示不采取积极气候行动的情景。


“人们很喜欢用RCP8.5这个概念,这是有原因的,但这个情景也是非常不现实的。”Glen Peters说。他是奥斯陆国际气候研究中心的气候政策研究员,也是最近关于该问题的一篇评论文章的共同作者[6]。“问题在于,我们如何平衡这些问题并准确传达RCP8.5所代表的含义。”


科罗拉多大学博尔德分校的科学政策研究人员Roger Pielke Jr说,认为RCP8.5代表了政府气候政策失灵之后的未来世界,是一种错误的解读,而这种解读目前却颇为流行。Pielke说,就连《美国国家气候评估》这种主流的科研综述,都将RCP8.5默认为排放量持续飙升的基准情景。他说,这就将全球变暖的可能影响放大了,同时也将不作为的代价放大了。


Wuebbles解释了为什么要在美国的评估中使用RCP8.5[2]。该报告仅将RCP8.5作为一种“高排放水平”的情景。报告指出,排放量在15至20年内都与这种情景相一致,直到2014年左右才稳定下来。


此外,法国国际环境与发展研究中心(CIRED)的气候变化经济学家Céline Guivarch 表示,RCP8.5为科学家提供了一个帮助他们理解极端气候所构成风险的高风险情景。许多科学家认为,即使煤炭使用量不会灾难性地增加,其他原因(包括永冻土融化)也可能让温度升高5°C。


在2010年RCP发布后,原先的计划是在两年内准备一套新的、更为详尽的社会经济情景,并纳入2013年和2014年的IPCC报告中。该报告发现自1950年以来的升温速度在数百年到数千年的时间范围内都是空前的,这也成为了2015年巴黎气候协定的制定基础。


但是这个过程比预期的要困难和耗时得多。一直到2015年才引入了新一代情景,即“共享社会经济路径”(Shared Socioeconomic Pathway,SSP)。今天,随着世界主要气候模拟中心都开始进行2021年IPCC评估的实验,SSP终于走上了气候变化研究的舞台中心。


尽管这组新的情景是基于旧的RCP创建的,但新情景首次呈现出了对世界发展路径的完整详尽的描述。每个情景都为世界将如何变化、地球上每个国家的人口变化趋势(包括人口数量、经济生产率、城市化和教育程度)提供了广泛而具体的情况,建模师可以用它们来模拟温室气体排放和对地球的影响。


创建出SSPs的团队特地没有将气候政策纳入这些情景中。Ebi说,这种方法可以让科学家各自进行自己的实验,并测试政府和社会的不同决定所能带来的影响。这种灵活性使她和其他公共卫生研究人员能够比较出可以同时减少碳排放并提高空气质量的气候政策对于人类健康的好处。


“在过去这些是做不到的,” Ebi说。“这使气候研究领域能够提出我们之前没能提出的问题。”


坎坷的道路


尽管SSP情景的提出不过几年而已,但如今的世界和当初开发这些情景的世界已相去甚远。这些情景是在2016年发生政治剧变之前形成的——在那之后,英国公投决定退欧,特朗普当选美国总统并大呼美国第一,还扬言退出巴黎气候协定。


不过,起草SSP的团队设想的一个情景非常接近美国和其他主要国家正在走的道路。这个SSP3情景被称为“区域竞争——坎坷的道路”,是从民族主义抬头的角度来定义的。这种情景预计,对经济竞争力和国家安全的担忧会引发贸易战。在几十年后,各国采取的限制能源和食品供应的措施会使全球发展陷入困境。教育和技术投资随之下降。在这样的世界里,控制温室气体排放将是尤为困难的,但任由气候变化也绝非易事。在这种情景下,全球平均温度预计将比工业化前水平高出4°C以上。


对于Ebi来说,这是一次关于谦卑的教训,因为在创建这种情景时,人们还觉得它是不切实际的。而这恰恰是问题所在。


“当我们开始研究这些时,还没有美国优先、英国脱欧和中美贸易战。”她说。 “这令人不安,但我们必须要考虑到这些可能的路径。我们并不知道未来将会怎样。”


参考文献:

1. O’Neill, B. C. et al. Glob. Environ. Change 42, 169–180 (2017).

2. US Global Change Research Program. Fourth National Climate Assessment, Vols I–II (US Global Change Research Program, 2017–18).

3. Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change: The IPCC Scientific Assessment [IPCC First Assessment Report] (Cambridge Univ. Press, 1990).

4. Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2014).

5. Moss, R. H. et al. Nature 463, 747–756 (2010).

6. Hausfather, Z. & Peters, G. P. Nature 577, 618–620 (2020).


原文以How hot will Earth get by 2100?为标题发表在2020年4月22日的《自然》新闻特写上,原文链接:https://www.nature.com/articles/d41586-020-01125-x  


本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Jeff Tollefson   

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