全球增暖1.5℃的再思考——写在SR15发表之后.pdf

气候变化研究进展 第 15 卷 第 2 期 2019 年 3 月 CLIMATE CHANGE RESEARCH V ol. 15 No. 2 March 2019 doi10.12006/j.issn.1673-1719.2018.197 赵宗慈 , 罗勇 , 黄建斌 . 全球增暖 1.5℃的再思考 写在 SR15 发表之后 [J]. 气候变化研究进展 , 2019, 15 2 212-216 Zhao Z C, Luo Y , Huang J B. Thinking again on global warming of 1.5℃ after the IPCC published SR15 [J]. Climate Change Research, 2019, 15 2 212-216 全球增暖1.5℃的再思考写在SR15 发表之后 2018 年秋季 IPCC 发布了 IPCC 全球升温 1.5℃特别报告简称 SR15，报告中指出将 全球变暖限制在 1.5℃需要社会各方进行快速、深 远和前所未有的变革。并且说明与将全球变暖 限制在 2℃相比，限制在 1.5℃对人类和自然生态 系统有明显的益处，同时还可确保社会更加可持 续和公平。本文将进一步再思考以下几点1 升 温 1.5℃特别报告与 AR5人类排放的设计的对比， 即对比全球增暖 1.5℃与人类排放的设计以及可能 出现的时间；2 人类排放以外的其他各种强迫对 全球增暖的可能贡献；3 古气候和历史时期出现 较今或工业化前，即 18501900年增暖1.5℃ 的特点；4 人类排放可控制的底线。 1 全球增暖1.5℃与人类排放的设计 到目前为止，以相对于工业化前，估算全球 增暖 1.5℃出现的时间，有三种估算方案。 第一种，IPCC 第一工作组第五次科学评估报 告简称AR5给出，大约 46 个全球气候模式考 虑典型排放路径从低到高顺序为 RCP2.6、4.5、 6.0 和 8.5，相对于 18501900 年，预计达到全 球增暖 1.5℃的时间 [1] 。需要说明的是，IPCC 之 前的各次报告都不是以 18501900 年做标准气候 赵宗慈 1,2 ，罗 勇 1 ，黄建斌 1 1 清华大学地球系统科学系，北京 100084；2 中国气象局国家气候中心，北京 100081 Thinking again on global warming of 1.5 ℃ after the IPCC published SR15 资助项目 科技部重点专项2017YFA0603700；清华大学创新科学研究项目20131089357 态，而是以工业革命开始时间1750 年后的100 年作为气候态或某 30 年作为气候态，因此不好折 算和对比。 第二种是简单的估算，即人类排放按照目前 趋势继续，则估算达到全球增暖 1.5℃相对于 18501900 年的时间 [2] 。 第三种是 IPCC 最新的特别报告 SR15 给出的 结果，根据全球增暖 1.5℃，建立模型相应设计 与计算几套人类排放情景，这些都是按照限制在 1.5℃之内的排放路径设计，第一路径是稳定全球 升温等于或小于 1.5℃相对于 18501900年， 第二路径是全球升温在瞬时超过 1.5℃后再降到 1.5℃以下。根据对温度的限制来制定排放路径， 第一套是缓减， 第二套是快减， 第三套是低减 [2] （见 表 1。 需要强调的是，三种方案的出发点不一样 AR5 先给出各种可能的人类排放方案，然后计算 全球变暖 1.5℃出现的时间；SR15 则是首先给出 全球变暖 1.5℃出现的可能时间，然后相应计算 可能的人类排放方案；简单估算则是考虑人类继 续按照目前趋势排放，估算达到增暖 1.5℃出现 的可能时间。 表 1 给出以上三种方案 SR15 和 AR5 以及 目前趋势继续全球增暖 1.5℃相对于 1850 简 讯 2 期 213 赵宗慈，等全球增暖 1.5℃的再思考写在 SR15 发表之后 1900 年出现时间与人类活动设计，从表 1 注意 到1 综合三种方案，相对于 18501900 年， 预计全球增暖 1.5℃出现的时间平均为 2030 年代 至“21 世纪末不会达到”范围为 2025 年至“21 世纪末不会达到”；2 各国和地区不采取任何 减排措施， 未来继续按照目前排放线性趋势发展， 估算大约 2040 年达到增暖 1.5℃，其后继续排放 和继续增暖；3 按照 AR5 的计算，利用大约 46 个全球气候模式考虑多种典型排放路径，预估平 均大约 2030 年代达到升温 1.5℃，范围为 2020 2040 年代达到；4 按照 SR15 预计，设计各种达 到全球增暖 1.5℃的人类排放途径，预估平均大约 “2050 年达到”至“21 世纪末不会达到”，范围 为“2025年达到”至“21世纪末不会达到”；5 注意到 SR15 设计，到 21 世纪末全球增暖预计小 于 2℃，而目前趋势继续的方案和 AR5 方案到 21 世纪末预估全球增暖都可能会超过 2℃；6 各个 地区达到变暖 1.5℃的时间和全球平均达到的时间 可能是不一样的；7 需要指出的是，最终评述何 时达到全球相对于 18501900 年升温 1.5℃，完 全取决于人类活动特别是人类排放到大气中的温 室气体的浓度，即取决于各国政策制定者和公众 采取的政策和措施。 2 其他辐射强迫对全球增暖的可能贡献 众所周知，影响气候变化的因子很多，除了 上节给出的人类活动外，气候的自然变化如太 阳活动和火山活动，地球系统内部各圈层的相互 作用如ENSO等， 人类活动产生的其他影响如 城市化热岛和冷岛效应等，都会对未来的气候变 化产生影响。本节给出根据 IPCC AR5 给出的其 他辐射强迫对全球增暖的可能贡献见表 2 [1] 。 从表 2 注意到1 这些强迫的贡献估算来自 仪器观测、卫星观测、代用资料恢复和重建，以 及气候模式对比计划 PMIP3 和 CMIP5 模拟结果； 2 自然变化中的太阳活动，主要估算是其 11 a 周期高低值之间引起的全球温度的变化，大约是 0.1℃；3 自然变化中的另一个重要成员是火山 活动，估算给出，强火山活动气溶胶进入大气 引起的表面温度降冷变化大约是 −0.3 ～ −0.1℃， 可持续 1 ～ 3 年；4 地球系统内部各圈层的相互 表 1 三种方案全球增暖 1.5℃出现时间与人类活动设计 Table 1 Occurrence time of warming of 1.5℃ and design of human activity by three schemes 方案 CO 2 辐射强迫 目前趋势继续 SR15 缓减 SR15 快减 SR15 低减 AR5 综合 非 CO 2 辐射强迫 达到增暖 1.5℃时间 2100 年的增暖 目前继续 从 2020 年开始下降，2055 年 达到净零排放排放 / 累积 从 2020 年开始下降，2040 年 达到净零排放排放 / 累积 RCP2.6、4.5、6.0、 8.5（约 46 个模式 各种方案 目前继续 2030 年后减少 2030 年后稳定不减 RCP2.6、4.5、6.0、 8.5（约 46 个模式） 各种方案 约 2040年（范围 20302050年） 上限约 2025 年继续到约 2050 年达 1.85℃后下降），下限不会 达到，平均约 2050 年 上限约 2025 年继续到约 2040 年达 1.75℃后下降），下限不会 达到，平均不会达到 上限约 2025 年继续到约 2055 年达 2.0℃后下降），下限不会达 到，平均约 2055 年 2030年代 （范围 20202040年代） 2030 年代达到至“21 世纪末不会 达到”范围 2025 年达到至“21 世纪末不会达到” 约 2.5℃ 平均 1.2 ～ 1.5℃ 范围 1.0 ～ 1.7℃） 平均 1.1 ～ 1.3℃ 范围 0.85 ～ 1.50℃） 平均 1.25 ～ 1.75℃ 范围 1.1 ～ 2.0℃） 1.0～ 3.7 （范围 0.3～ 4.8） 1.0～ 3.7 （范围 0.3～ 4.8） 注三种方案分别指 SR15、AR5 及目前趋势继续；全球增暖 1.5℃是相对于 18501900 年来说的；本表基于文献[1-2]的内容整理得到。 作用对全球温度的贡献，研究较多的是系统内部 变率，如 El Niño/La Niña 对温度变化的影响，估 算大约是 ±0.2℃，一般是年的时间尺度；5 人 类活动造成城市化的热岛效应研究很多，近些年 冷岛效应如人工湖、运河、植树造林、种草等， 改变下垫面状况也有少量研究。大体给出热岛 和冷岛效应对局地气温影响为 ±0.3℃很大不确 定性 ；6 此外，有些研究考虑在末次冰期自然 灰尘气溶胶对气温的影响，估算矿物质灰尘气溶 胶在末次冰期辐射强迫影响平均为 −1 W/m 2 ，范 围 −3.0 ～ 0.1 W/m 2 ；7 综上所述可以大致估算 其总体的可能影响。按照线性关系考虑两个极端 情况，在正辐射强迫情况下，如 El Niño 年，又 是太阳活动 11 a 周期峰值期，对全球或受影响地 区可能会使人类排放造成的增暖增强约 0.3℃；在 负辐射强迫情况下，如 La Niña 年，又是太阳活 动 11 a 周期谷值期，又处在强火山活动期，对全 球或受影响地区可能会降低人类排放温室气体增 暖的效应约 −0.5 ～ −0.3℃。当然多数情况可能是 正负辐射强迫同时发生，则会起到抵消作用，且 不是线性关系。总体来说，其他强迫是在人类排 放造成增暖的总趋势上， 增加一些正或负的贡献， 即可能影响到增暖的幅度甚至有时会造成变暖短 期停滞，但总趋势仍是由人类活动造成的增暖。 尚需指出的是，前节提到的简单的继续趋势 的估算方案，由于其从全球温度的历史演变曲线 出发，估算变化的趋势，按照继续这个趋势，估 算未来增暖 1.5℃的时间，这种估算实际上已经考 虑了气候的自然变化、各圈层的相互作用和人类 活动特别是人类排放的继续影响等全部强迫的综 合表现，只不过是按照线性趋势来估算的。 3 古气候全球增暖1.5℃发生了什么 古气候和历史时期曾经出现过全球暖期，那 时候的气候特征是值得注意的，尽管造成温暖的 原因不同，如大气中温室气体浓度很高，或地球 轨道参数的变化等。由于那时没有气象仪器观测 资料，一般是从代用资料恢复或重建，或根据简 单或复杂的气候模式来模拟与重建，近些年主要 是用 PMIP3 和 CMIP5 的气候模式，由于代用资 料的质量和气候模式的不确定性等问题，研究成 果存在很大的不确定性，但仍可以借鉴和参考。 表 3 给出几个典型暖期的特征，注意到1 始新世早期5200 万～ 4800 万年前的地球极热 期，大气中 CO 2 浓度超过 100010 -6 中等信度， 全球平均温度较工业化前高 9 ～ 14℃中等信 度，高纬度和北冰洋增温更大；2 上新世中 期 330 万～300 万年前，大气中 CO 2 浓度 为 35010 -6 ～ 45010 -6 中等信度，全球平 均表面温度较工业化前高 1.9 ～ 3.6℃中等信 度，高纬度和北冰洋增温更大，全球海面较 目前要高，极地冰盖减少，多种方法估算在其 最暖期较目前海面不会高过 20 m高信度；3 末次间冰期12.9 万～ 11.6 万年前，全球平均 温度较工业化前不超过 2℃中等信度，高纬度 增暖高于 2℃（高信度，最大全球海平面比目前 至少高 5 m（很高信度，但是没有超过 10 m高 信度，最佳估计较目前高6 m；4 全新世暖 期 8000 ～ 6000 年前，大气中 CO 2 浓度大约为 26010 -6 ～ 28010 -6 ，全球平均增暖约 0.5℃相 对于 18811980年，全球海面较目前高约 2～ 3 m，北冰洋海冰减少，大部分陆地冰川收缩，部 分地区出现大范围干旱或洪涝；5中世纪暖期 公元 9501250 年，大气中 CO 2 浓度大约为 26010 -6 ～ 28010 -6 ，全球平均温度较目前高 0.5℃，全球海面较目前高约 0.2 m [1] 。 表 2 其他强迫对全球增暖的可能贡献基于文献[1] Table 2 Potential contributions of other forcing on global warming based on [1] 其他强迫 时间尺度 空间尺度 表面气温变化 或辐射强迫 自然太阳活动 自然火山活动 自然灰尘气溶胶 城市化热岛 / 冷岛 11 年周期 1 ～ 3 年 末次冰期 2 ～ 7 年 年 全球 全球受影响地区 全球受影响地区 全球受影响地区 局地 0.1℃ −0.3 ～ −0.1℃ −3.0 ～ 0.1 W/m 2 ±0.2℃ ±0.3℃ 地球系统内部 El Niño/La Niña 气候变化研究进展 2019 年 214 简 讯 综上所述，古气候和历史时期暖气候特征显 示，全球明显增暖会导致高纬度和北冰洋增暖更 明显， 全球海平面上升， 海冰融化， 陆地冰川收缩， 大气环流和海洋环流如季风和 ENSO 等相应 会发生变化，部分地区可能出现极端事件和灾害 （如洪涝或干旱等，因此很值得重视。 4 人类排放可控制的底线 正如 IPCC 的多个评估报告和特别报告所指 出的，人类排放的多少直接关系到全球温度的变 化，排放越多，增暖越高，因此人类继续排放， 未来总趋势是继续变暖，而自然强迫和地球系统 内部的调整从长期来看，改变不了这种变暖总趋 势。而变暖会造成极端事件和灾害频发，对人类 生存是有直接影响的。那么，人类排放可控制的 底线是多少 联合国环境署每年对 2030 年预期排放水平与 实现 2.0℃/1.5℃目标所需排放水平之间的差距进 行评估，其发布的2018排放差距报告指出 [3] ， 经过了 3 年稳定期后，2017 年全球 CO 2 排放总量 出现增长趋势。这个结果警示如果不能成功地 缩小这种温室气体的排放差距，则全球温度的增 表 3 古气候和历史时期全球气候暖期特点举例（基于文献[1]） Table 3 Examples of characteristics of global climate warming periods relative to present time or pre-industrial time in paleo-climate and historical time based on [1] 时期 大气中 CO 2 浓度 /10 -6 始新世 5200～ 4800万年前） 上新世 330万～ 300万年前） 末次间冰期 12.9万～ 11.6万年前） 全新世暖期 8000 ～ 6000 年前） 中世纪暖期 公元 9501250 年） 增暖情况 海平面高度变化情况 其他特点 1000 350 ～ 450 280 接近工业化前水平） 260 ～ 280 260 ～ 280 9 ～ 14℃ 较工业化前） 1.9 ～ 3.6℃ 较工业化前） 平均不超过 2℃ 较工业化前） 0.5℃ 相对于 18811980年） 较目前暖 0.5℃ 较目前高，但不会高过 20 m 较目前至少高 5 m，最 佳 6 m， 但没有超过 10 m 较目前高 2 ～ 3 m 大约较目前高 0.2 m 高纬度和北冰洋增温更大 高纬度和北冰洋增温更大 高纬度更暖 北冰洋海冰减少，大部分陆 地冰川收缩，部分地区出现 大范围干旱或洪涝 长很可能突破 2℃临界点。 估算人类排放可控制的底线，以下几点需要 考虑1 全球人口继续增加和平衡；2 维持全 球人口必须生存与发展的需要；3 排放的正、负 影响的平衡；4 技术发展与进步致使发展可再生 能源与清洁能源的能力；5 地球工程的可行性； 6 其他新的发现和认识与创新的出现。 需要注意的是，近些年一些科学团队在研究 地球工程，希望通过地球工程能够减缓全球变暖 的速率。尽管地球工程在科学界引起很大的质疑 和争论，但是这些动向是值得关注的。本文从对比 SR15 与 AR5 不同排放设计，给 出由于设计出发点的不同， 造成达到 1.5℃或 2.0℃ 的时间的不同；SR15 报告更多地是评估人类活动 对变暖 1.5℃的贡献，本文则进一步给出非人类活 动的其他强迫因子对全球变暖的可能贡献，这样 可以更完整地分析自然和人类对全球变暖的联合 作用；尚需提示注意古气候和历史气候中类似出 现变暖 1.5℃的特征，以此可以获得一些对目前 变暖的启示；对于人类排放可控制的底线的讨论， 是希望引起科学界的重视，如何发展社会经济、 保障人民富裕生活与保护人类赖以生存的地球统 一起来。 2 期 215 赵宗慈，等全球增暖 1.5℃的再思考写在 SR15 发表之后 参考文献 IPCC. Climate change 2013 the physical science basis [M]. Cambridge Cambridge University Press, 2013 1535 IPCC. Special report on global warming of 1.5℃ SR15 [M]. Cambridge Cambridge University Press, 2018 785 UNEP. cutive summary, emissions gap report 2018 [M]. Cambridge Cambridge University Press, 2018 15 [1] [3] [2] 最后需要强调的是， 人类排放是否有序和可控， 取决于各国政策制定者和公众采取或不采取措施， 以及科学认识和科学与技术的发展，期待人类要为 自己和千秋万代造福来保护人类赖以生存的地球， 从而进一步做出更多的创新和变革。 气候变化研究进展 2019 年 216 简 讯