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《Science》杂志:气候危机下的新发现,二氧化碳变得更强大,地球面临更大的温室效应

已有 1315 次阅读 2023-12-2 14:22 |系统分类:海外观察

原创 西北院油气中心 2023-12-02 12:51 发表于北京

image.png地球的长期变暖趋势可以在NASA全球温度记录的可视化中看到,它显示了地球温度随时间的变化情况,与1951年至1980年的基线平均值相比。该记录显示为连续五年的平均值。图片来源:NASA科学可视化工作室

近日,一项由最新研究揭示了二氧化碳在气候变化中的新面貌。这项研究发现,随着更多二氧化碳被释放到大气中,它成为了一种更强大的温室气体。这一发现不仅为我们认识气候变化提供了新的视角,也对未来的气候预测和环境政策制定提出了挑战。这项研究是由美国迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋与大气科学学院的科学家牵头进行的,于11月30日在线发表在《科学》杂志上。正值《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)缔约方大会第28次会议在阿联酋迪拜召开,这一发现对气候变化的深远影响引起了全世界的广泛关注。

 传统上,科学家们认为,随着大气中CO2浓度的增加,由此引起的辐射强迫是一个恒定的常数。然而,本研究表明,这并非事实。研究发现,对于每一倍增的CO2浓度,辐射强迫的影响会增加约25%。这是由于气候基态引起的变化,特别是上层平流层的降温,使得二氧化碳成为了更为强大的温室气体。

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  • 新的发现:二氧化碳效力的增强

研究团队利用先进的气候模型和其他工具,分析了二氧化碳增加对上层大气区域(平流层)的影响。传统上,我们认为随着二氧化碳增加,平流层会降温。然而,研究发现,这种平流层降温导致的后果是二氧化碳的增加比之前更具有吸热效应,使二氧化碳成为了更强大的温室气体。

这项研究提出了一个令人担忧的反馈机制:随着更多二氧化碳进入大气,二氧化碳本身的温室效应增强。此前的理论认为,大气中的二氧化碳浓度增加对全球平均地表气温的影响是稳定的。然而,这项新的研究揭示了一个更为复杂的情况,即由于气候基态引起的变化,大气中二氧化碳浓度增加一倍会使任何给定的二氧化碳增加量的影响增加约25%。这意味着,人为排放的二氧化碳越多,大气中的二氧化碳浓度越高,其对气候的影响就越为严重。

  • 碳排放的紧急性

“我们的发现意味着,随着气候对二氧化碳的增加做出响应,二氧化碳本身变成了一种更强的温室气体,”该研究的资深作者、罗森斯蒂尔学院大气科学家Brian Soden说。“这也进一步证实了,碳排放必须尽快得到遏制,以避免气候变化带来最严重的影响。”

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这一发现对我们理解气候变化的过程和影响提出了新的挑战。传统上,人们认为大气中由于二氧化碳成比例增加而吸收的热量是一个不随时间而变化的常数。然而,这项新的发现表明,辐射强迫并非是恒定不变的,而是随着气候对二氧化碳增加的响应而变化的。这使我们必须重新审视碳排放的影响,并采取更为紧急的行动来减缓气候变化的速度。研究还揭示了二氧化碳辐射强迫的状态依赖性对气候模型的影响。这种状态依赖性解释了过去近30年来气候模型中存在的IRF2×CO2(二氧化碳浓度翻倍引起的瞬时辐射强迫)差异的一半。这也是一个长期以来困扰气候科学家的问题。

  • 对气候政策的启示:

Soden表示:“我们的发现意味着,随着气候对二氧化碳的增加做出响应,二氧化碳本身变成了一种更强的温室气体。”这也加强了对减缓气候变化的紧急性的认识。随着我们深入了解CO2在温室效应中的作用,采取更为积极的行动来减少排放,成为避免气候变化最严重影响的必要之举。

这项研究使用了先进的气候模型和辐射传输模型,并通过对比不同气候模型的数据,解释了气候模型之间存在的差异。这一新的认识为未来的气候研究提供了更为全面的视角,也为制定更有效的气候政策提供了科学支持。

  • 新认识对未来气候的重要性

文章第一作者Haozhe He指出:“未来二氧化碳的增加将比过去同等程度的增加对气候产生更强的变暖效应。这一新认识对解读过去和未来的气候变化都有重要意义,且意味着高二氧化碳气候可能本质上比低二氧化碳气侯更敏感。”这项研究使用了国际耦合模式比较计划(CMIP)提供的气候模型模拟,并使用了高精度辐射传输模型和分析模型进行了大量“离线”辐射通量计算,以确保研究的可靠性和准确性。综合而言,这项研究的发现强调了对碳排放问题的迫切性。随着气候变化的影响,我们需要更深入地理解二氧化碳在温室效应中的角色,并采取切实可行的措施来减缓气候变化对地球的潜在威胁。

更多信息:请阅读全文

He, H., Kramer, R. J., Soden, B. J., & Jeevanjee, N. (2023). State dependence of CO2 forcing and its implications for climate sensitivity. Science, 382(6674), 1051-1056. https://doi.org/10.1126/science.abq6872


关于温室效应气体

人类活动增加了大气中温室气体的含量——主要是燃烧化石燃料(煤、石油和天然气)产生的二氧化碳。额外的温室气体可能会吸收过多的热量,导致地球温度异常升高。虽然地球的平均温度是自然波动的,但目前气温的快速上升——全球变暖——对地球上的生命有潜在的危害。2003年的夏天是自1500年以来最热的,仅在法国就有11000人死亡。美国国家科学基金会预测,按照目前温室气体排放的速度,致命的热浪将持续更长时间、更频繁。

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不同种类气体对温室效应的贡献度

   温室气体(Greenhouse Gases, GHGs): 指的是大气中能吸收地面反射的长波辐射,并重新发射辐射的一些气体,如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖,类似于温室截留太阳辐射,并加热温室内空气的作用。地球的大气中重要的温室气体包括下列数种:二氧化碳(CO₂)、臭氧(O3)、氧化亚氮(N₂O)、甲烷(CH4)、氢氟氯碳化物类(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等。其中以后三类气体造成温室效应的能力最强,但对全球升温的贡献百分比来说,二氧化碳由于含量较多,所占的比例也最大,约为25%。由于水蒸气及臭氧的时空分布变化较大,因此在进行减量措施规划时,一般都不将这两种气体纳入考虑。

京都议定书中规定控制的6种温室气体为:二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)、氢氟碳化合物(HFCs) 、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。而根据生态环境部2021年3月发布的《碳排放权交易管理暂行条例》(草案修改稿)以及2021年2月1日起实施的《碳排放权交易管理办法(试行)》,在前述六种气体以外,中国还将三氟化氮(NF3)(主要用作氟化氢-氟化气高能化学激光器的氟源)也纳入了减排目标控制范围。

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另外,除了上述受到《京都议定书》管制的温室气体品种以外,广义上,因人类的生产经营及生活消费等活动排放而消耗臭氧层影响全球气候变化的气体还包含1987年《蒙特利尔议定书》所管制的其他气体:

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全球变暖潜能值GWP(global warming potential)首先,二氧化碳是主要的温室气体,主要来源于化石燃料的燃烧以及森林砍伐。甲烷则主要来自于畜牧业、废弃物处理和天然气开采。氟利昂等气体则是一些工业生产中不可避免的产物。这些气体的存在导致大气中温室效应的增强,引起了全球气温的上升。在不同的气体中,它们对全球变暖的潜在影响不同,被科学家用“全球变暖潜能”来衡量。以二氧化碳为基准,甲烷的全球变暖潜能约为二氧化碳的25倍,氟利昂更高达数千倍。因此,尽管二氧化碳排放量最大,但其他气体同样值得引起重视。


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全球主要温室气体的种类/浓度及在自然界中的寿命和全球变暖潜能
(https://grimstad.uia.no/puls/climatechange2/nns02/08nns02.htm)


   为了应对全球变暖,人类需要采取一系列综合的措施。首先,减少二氧化碳排放是至关重要的。这可以通过提高能源效率、推动可再生能源的发展以及改变工业生产方式来实现。政府、企业和个人都应当在能源使用方面寻求更加可持续的途径。其次,针对其他温室气体,特别是甲烷和氟利昂,也需要采取切实有效的措施。在畜牧业中,改变饲养方式和处理畜禽粪便的方法,可以有效减少甲烷的排放。控制氟利昂等化合物的使用,并寻找替代品,也是至关重要的措施。此外,保护和恢复森林也是应对全球变暖的有效手段。森林具有吸收二氧化碳的作用,因此保持森林的健康,不仅能够减少二氧化碳的释放,还能够提高全球环境的适应能力。

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在国际层面,全球变暖是一个共同面临的问题,需要各国共同努力。通过国际合作,制定并执行全球气候变化协议,设立减排目标,并分享清洁技术和资源,有助于全球范围内更好地应对气候变化挑战。综上所述,面对全球不同种类的温室效应气体及其全球变暖潜能差异,人类需要采取综合措施,减少二氧化碳排放、控制其他温室气体的释放、保护森林等,以期减缓全球变暖的进程,共同守护地球家园。

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责任编辑:李中平 




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