科研研究

npj CAS:气候系统自然属性对CO2移除降温效应的影响

发布时间:2023-12-25 来源:无 72

      为减缓气候变化,联合国气候变化框架公约达成了《巴黎协定》,提出了“将全球温度上升很好地限制在工业革命前水平2°C以下,并努力将其限制在1.5°C以内”的目标。科学界发现,本世纪内实现该目标需要借助CO2移除手段。一些自然属性,如平衡气候响应、海洋垂直混合,会调节该CO2移除的降温效果。然而,目前的研究仍然没有回答哪些自然属性对该降温效果起到主要的调节作用。借助复杂气候模式研究该问题是领域内的难点,原因有二:(1)目前开展CO2移除降温效果研究的复杂气候模式数量少,不足以分离单个自然属性的独立贡献;(2)自行开展数值试验的成本巨大,不具备可行性。

  为此,中国科学院大气物理研究所的屈侠副研究员和黄刚研究员基于43个耦合模式比较计划第六阶段模式的全球地表气温演变数据,构建了一一对应的、重现能力好的、简化的替代一维温度模型。研究发现,即使在相同的CO2移除强度下,这些替代模型的降温幅度呈现出一定的变化范围;这些模型中所有自然属性的变化范围及其独立贡献的量化结果显示,两个自然属性对CO2移除的降温幅度起主要调节作用(图1):(1)海洋垂直热交换系数。强的系数,可增强深层海洋的热量蓄水池能力,在CO2移除前期增强地球表面向深层海洋的热量传输,减弱地球表面对CO2浓度下降的感知;在CO2移除后期,深海热量蓄水池将提供更多热量至地球表面,对地球表面降温起到更强的抵抗作用,最终削弱CO2移除的降温效应(图2a-c)。(2)有效辐射强迫的估值。该估值的大小将直接影响该一维温度模型各个能量过程强度的表达,包括了CO2浓度下降过程的降温效应。

  以上结果显示,如果科学界对海洋垂直热交换系数和有效辐射强迫有更加准确的认识和理解,将缩小CO2移除下全球地表气温预估的不确定性,有助于设计出更加科学的实现《巴黎协定》温度目标的CO2路径。

  该结果刊登于Nature合作刊物npj Climate and Atmospheric Science 2023年影响因子9.0),得到了国家自然科学基金(4214101942175055)的资助。 

参考文献:Qu, X. and G. Huang, 2023: The primary factors influencing the cooling effect of carbon dioxide removal. npj Clim Atmos Sci, 6, 215, doi:10.1038/s41612-023-00547-4

网站链接:https://www.nature.com/articles/s41612-023-00547-4 

1 43个替代一维温度模型(Rec)中CO2移除降温效应的变化范围和模型参数变化引起的降温效应的调整范围。x轴从左到右的7个参数分别为有效辐射强迫的估值、有效辐射强迫非线性系数、平衡气候敏感度、地球表层热容量、深层海洋热容量、海洋垂直热交换系数和海洋热吸收因子。黑点为平均值,误差线的上下两端表示正负一个标准差。单位:K

图2 第1-140、141-200、261-280年各能量过程的平均值和第161-280年各能量过程随时间导数的平均值。红、蓝、绿和灰色柱分别表示有效辐射强迫、由地表损失至深海的能量通量、气候反馈和地表净能量通量。x轴上从左到右表示海洋垂直热交换系数从大到小。a、b和c的单位为W m-2,d的单位为W m-2 year-1


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