Przejściowa reakcja klimatu na skumulowane emisje węgla

Przejściowa reakcja klimatu na skumulowaną emisję dwutlenku węgla (TCRE) to stosunek globalnie uśrednionej zmiany temperatury powierzchni na jednostkę wyemitowanego dwutlenku węgla (CO ₂ ).

Ponieważ wyemitowany CO ₂ może pozostawać w atmosferze przez tysiące lat, reakcja ta jest wielkością, o jaką zmienia się globalna temperatura na całkowitą ilość netto dwutlenku węgla wyemitowanego do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Naukowcy są zgodni co do tego, że globalna temperatura zmienia się liniowo, niezależnie od drogi, jaką obrano do osiągnięcia szczytowej skumulowanej emisji CO ₂ . Oznacza to, że dla określonej ilości skumulowanego CO ₂ emisji, można spodziewać się znanej globalnej zmiany temperatury (w pewnym zakresie niepewności), co wskazuje, że utrzymanie globalnej zmiany temperatury poniżej określonych progów jest problemem ograniczenia skumulowanych emisji CO 2 , co prowadzi do _koncepcji budżetu węglowego .

Obliczenie

Formuły

TCRE można obliczyć na podstawie wzoru na stosunek zmiany temperatury do skumulowanej emisji węgla (mierzonej jako CO ₂ ), czyli węgla netto pozostającego w atmosferze po uwzględnieniu odpowiednich źródeł i pochłaniaczy. Jako miara zmian węgla w atmosferze, TCRE określa, jak wrażliwy jest klimat na dwutlenek węgla, aby sformułować wartość, która jest zmianą temperatury (°C) na bilion ton wyemitowanego węgla (Tt C). Jest to przedstawione za pomocą następującego wzoru:

${\ Displaystyle TCRE = \ bigtriangleup T / E_ {T} = (\ bigtriangleup T / \ bigtriangleup$

Gdzie,

ΔT = średnia globalna zmiana temperatury (°C)
E _T = skumulowane emisje dwutlenku węgla (Tt C)
ΔC _A = zmiana zawartości węgla atmosferycznego (Tt C)

oraz 1Tt C = 3,7 Tt _CO2

TCRE można również zdefiniować nie w kategoriach odpowiedzi temperaturowej na emitowany węgiel, ale w kategoriach odpowiedzi temperaturowej na zmianę wymuszenia radiacyjnego :

${\ Displaystyle TCRE = \ bigtriangleup T / RF}$

Gdzie,

RF = wymuszanie radiacyjne (W/m ² ) mierzone na szczycie atmosfery (TOA)

Tutaj TCRE jest używany do oceny zakładanego liniowego wpływu wymuszenia radiacyjnego na zmianę temperatury w analizie historycznej.

Modelowanie

TCRE jest modelowany przy użyciu modeli klimatycznych , które symulują emisję dwutlenku węgla poprzez zwiększanie emisji CO ₂ o 1% rocznie od poziomu sprzed epoki przemysłowej, aż stężenie CO ₂ w atmosferze podwoi się (2 x CO ₂ ) lub czterokrotnie (4 x CO ₂ ) . Ponieważ wszystkie te eksperymenty rozpoczynają się od tego samego początkowego atmosferycznego stężenia CO ₂ (około 285 ppm), podwojenie i czterokrotne zwiększenie następuje odpowiednio po 70 i 140 latach. Różne parametryzacje modelowania TCRE obejmują: trzymanie CO ₂ stała emisji po czterokrotnym zwiększeniu; modelowanie ujemnych emisji netto po podwojeniu lub poczwórnym zwiększeniu; zatrzymanie emisji po podwojeniu i kontynuowanie modelu nawet przez 10 000 lat; lub uruchamianie rozszerzonych RCP i ocenianie zmian temperatury na skumulowane emisje przy wysokich stężeniach CO ₂ .

Odpowiedź temperaturowa

Globalna odpowiedź

Globalna zmiana temperatury jest w przybliżeniu liniowo proporcjonalna do skumulowanej emisji dwutlenku węgla. Oznacza to, że przy danej ilości emisji dwutlenku węgla można rozsądnie oczekiwać powiązanej wielkości globalnego ocieplenia . Szósty raport oceniający IPCC , który jest najdokładniejszym oszacowaniem na 2021 r., sugeruje prawdopodobne TCRE na poziomie 1,4–2,2°C na Tt C (lub 1000 Pg C), zawężenie o 0,8° do 2,5°C na Tt Zakres C oszacowany przez IPCC w 2013 r.

Odpowiedź regionalna

Chociaż reakcja średniej globalnej temperatury na skumulowane emisje jest w przybliżeniu liniowa, reakcja ta nie jest jednolita na całym świecie. Obliczenia przeprowadzone przez Leduc i in., (2016) dotyczące geograficznego wzorca reakcji na temperaturę (regionalny TCRE lub RTCRE) pokazują wartości niskich zmian temperatury w regionach oceanów równikowych i tropikalnych oraz wysokie wartości zmian temperatury przekraczające 4 °C/Tt C w Arktyce. Podobnie wykazują wyraźną różnicę w reakcji na temperaturę między lądem a oceanem, co wynika głównie z tego, że ocean pochłania większość ciepła.

Regionalna reakcja na opady

W przeciwieństwie do pozytywnej regionalnej reakcji na temperaturę, regionalna zmiana opadów na skumulowane emisje jest dodatnia lub ujemna, w zależności od lokalizacji. Partanen i in., (2017) wykazują silną pozytywną reakcję opadów w Arktyce z negatywnymi reakcjami (co oznacza zmniejszone opady) w niektórych częściach Afryki Południowej , Australii, Ameryki Północnej i Południowej.

Budżet węglowy

Zaobserwowany i obliczony liniowy TCRE prowadzi do pojęcia budżetu węglowego. Budżet węglowy to „maksymalna wielkość skumulowanej globalnej antropogenicznej emisji dwutlenku węgla (CO ₂ ) netto, która skutkowałaby ograniczeniem globalnego ocieplenia do określonego poziomu z określonym prawdopodobieństwem, biorąc pod uwagę wpływ innych antropogenicznych czynników klimatycznych”.

Zobacz też

^ ^a ^b ^c ^d Leduc, M .; Matthews, HD; de Elia, R. (4 stycznia 2016). „Regionalne szacunki przejściowej reakcji klimatu na skumulowane emisje CO2”. Przyroda Zmiana klimatu . 6 (5): 474–478. doi : 10.1038/NCLIMATE2913 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Matthews, HD; Zickfeld, K.; Knutti, R.; Allen, MR (12 stycznia 2018). „Skoncentruj się na skumulowanych emisjach, globalnych budżetach emisji dwutlenku węgla i implikacjach dla celów łagodzenia zmiany klimatu” . Listy z badań środowiskowych . 13 : 010201. doi : 10.1088/1748-9326/aa98c9 .
^ ^a ^b ^c ^d Canadell, JG, Monteiro, PMS, Costa, MH, Cotrim da Cunha, L., Cox, PM, Eliseev, AV, Henson, S., Ishii, M., Jaccard, S., Koven, C ., Lohila, A., Patra, PK, Piao, S., Rogelj, J., Syampungani, S., Zaehle, S., Zickfeld, K. (2021). „Zmiana klimatu 2021: podstawy nauk fizycznych. Wkład I grupy roboczej w szóste sprawozdanie oceniające Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu”. W Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pirani, A., Connors, SL, Péan, C., Berger, S., Caud, N., Chen, Y., Goldfarb, L., Gomis, MI , Huang, M., Leitzell, K., Lonnoy, E., Matthews, JBR, Maycock, TK, Waterfield, T., Yelekçi, O., Yu, R., Zhou, B. (red.). Globalny węgiel i inne cykle biogeochemiczne oraz sprzężenia zwrotne (PDF) . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge.
^ ^a ^b Matthews, JBR, Fuglestvedt, JS, Masson-Delmotte, V., Möller, V., Méndez, C., van Diemen, R., Reisinger, A., Semenov, S. (2021). „Zmiana klimatu 2021: podstawy nauk fizycznych. Wkład I grupy roboczej w szóste sprawozdanie oceniające Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu”. W Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pirani, A., Connors, SL, Péan, C., Berger, S., Caud, N., Chen, Y., Goldfarb, L., Gomis, MI , Huang, M., Leitzell, K., Lonnoy, E., Matthews, JBR, Maycock, TK, Waterfield, T., Yelekçi, O., Yu, R., Zhou, B. (red.). Załącznik VII: Glosariusz (PDF) . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge.
^ ^a ^b Allen, MR; Rama, DJ; Huntingford, C.; Lowe, JA; Meinshausen, M.; Meinshausen, N. (30 kwietnia 2009). „Ocieplenie spowodowane skumulowanymi emisjami w kierunku bilionowej tony”. Natura . 458 (7242): 1163–1166. doi : 10.1038/natura08019 . PMID 19407800 . S2CID 7459207 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Matthews, HD; Gillett, NP; Stott, Pensylwania; Zickfeld, K (11 czerwca 2009). „Proporcjonalność globalnego ocieplenia do skumulowanej emisji dwutlenku węgla”. Natura . 459 (7248): 829–832. doi : 10.1038/natura08047 . PMID 19516338 . S2CID 4423773 .
^ ^ab ^Zickfeld , K.; MacDougall, AH; Matthews, HD (12 maja 2016). „O proporcjonalności między globalną zmianą temperatury a skumulowanymi emisjami CO2 w okresach ujemnych emisji CO2 netto” . Listy z badań środowiskowych . 11 (5): 055006. doi : 10.1088/1748-9326/11/5/055006 .
^ ^ab ^Tokarska , KB; Gillett, NP; Tkacz, AJ; Arora, VK; Eby, M. (23 maja 2016). „Reakcja klimatu na pięć bilionów ton węgla” . Przyroda Zmiana klimatu . 6 (9): 851–855. doi : 10.1038/NCLIMATE3036 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e Collins, M .; Knutti, R.; Arblaster, J.; Dufresne, J.-L.; Fichefet, T.; Friedlingstein, P.; Gao, X.; Gutowski, WJ; Johns, T.; Krinner, G.; Shongwe, M.; Tebaldi, C.; Tkacz, AJ; Wehner, M. (2013). Stocker, TF; Qin, D.; Plattner, G.-K.; Tignor, M.; Allen, SK; Boschung, J.; Nauels, A.; Xia, Y.; Bex, V. (red.). „Długoterminowe zmiany klimatyczne: prognozy, zobowiązania i nieodwracalność”. W: Zmiany klimatu 2013: Podstawy nauk fizycznych. Wkład I grupy roboczej w piąty raport oceniający Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu . Cambridge University Press, Cambridge, Wielka Brytania i Nowy Jork, NY, USA.
^; ^ ^abc ^Myhre , Gunnar Boucher, Olivier; Bréon, François-Marie; Forster, mola; Shindell, Drew (marzec 2015). „Spadająca niepewność co do przejściowej reakcji klimatycznej, ponieważ wymuszanie CO2 dominuje w przyszłych zmianach klimatu” (PDF) . Przyroda Nauka o Ziemi . 8 (3): 181–185. doi : 10.1038/ngeo2371 . ISSN 1752-0908 .
Bibliografia _ Goodwin, Filip; Roussenov, Vassil M.; Bopp, Laurent (2016). „Ramy do zrozumienia przejściowej reakcji klimatu na emisje” . Listy z badań środowiskowych . 11 (1): 015003. doi : 10.1088/1748-9326/11/1/015003 . ISSN 1748-9326 .
^ ^abc ^Gillett ^, Nathan P.; Arora, Vivek K.; Mateusz, Damon; Allen, Myles R. (2013-09-09). „Ograniczanie stosunku globalnego ocieplenia do skumulowanych emisji CO2 za pomocą symulacji CMIP5 *”. Dziennik klimatu . 26 (18): 6844–6858. doi : 10.1175/jcli-d-12-00476.1 . S2CID 129808331 .
^ Frölicher, Thomas L.; Paynter, David J. (2015). „Rozszerzenie związku między globalnym ociepleniem a skumulowanymi emisjami dwutlenku węgla na wielotysięczną skalę czasową” . Listy z badań środowiskowych . 10 (7): 075002. doi : 10.1088/1748-9326/10/7/075002 . ISSN 1748-9326 .
^ Rama, David J.; Macey, Adrian H.; Allen, Myles R. (21.09.2014). „Skumulowane emisje i polityka klimatyczna”. Przyroda Nauka o Ziemi . 7 (10): 692–693. doi : 10.1038/ngeo2254 .
^ ^a ^b ^c Partanen, Antti-Ilari; Leduc, Martin; Matthews, H. Damon (2017). „Sezonowe wzorce zmian klimatu spowodowane skumulowanymi emisjami CO 2” . Listy z badań środowiskowych . 12 (7): 075002. doi : 10.1088/1748-9326/aa6eb0 . ISSN 1748-9326 .
Bibliografia _ Komro, FG; Manabe, S.; Spelman, MJ (1 stycznia 1982). „Przejściowa reakcja klimatu na rosnący poziom dwutlenku węgla w atmosferze” . nauka . 215 (4528): 56–58. doi : 10.1126/science.215.4528.56 . PMID 17790468 . S2CID 10552825 .
Bibliografia _ _ Forster, Piers M.; Kriegler, Elmar; Smith, Christopher J.; Seferian, Roland (2019-07-18). „Szacowanie i śledzenie pozostałego budżetu emisji dwutlenku węgla dla rygorystycznych celów klimatycznych” . Natura . 571 (7765): 335–342. doi : 10.1038/s41586-019-1368-z . ISSN 0028-0836 . PMID 31316194 . S2CID 197542084 .

[Leduc_et_al,_2016-1] Leduc, M .; Matthews, HD; de Elia, R. (4 stycznia 2016). „Regionalne szacunki przejściowej reakcji klimatu na skumulowane emisje CO2”. Przyroda Zmiana klimatu . 6 (5): 474–478. doi : 10.1038/NCLIMATE2913 .

[Matthews_et_al,_2018-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Matthews, HD; Zickfeld, K.; Knutti, R.; Allen, MR (12 stycznia 2018). „Skoncentruj się na skumulowanych emisjach, globalnych budżetach emisji dwutlenku węgla i implikacjach dla celów łagodzenia zmiany klimatu” . Listy z badań środowiskowych . 13 : 010201. doi : 10.1088/1748-9326/aa98c9 .

[IPCC_AR6_WGI_Ch5-3] Canadell, JG, Monteiro, PMS, Costa, MH, Cotrim da Cunha, L., Cox, PM, Eliseev, AV, Henson, S., Ishii, M., Jaccard, S., Koven, C ., Lohila, A., Patra, PK, Piao, S., Rogelj, J., Syampungani, S., Zaehle, S., Zickfeld, K. (2021). „Zmiana klimatu 2021: podstawy nauk fizycznych. Wkład I grupy roboczej w szóste sprawozdanie oceniające Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu”. W Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pirani, A., Connors, SL, Péan, C., Berger, S., Caud, N., Chen, Y., Goldfarb, L., Gomis, MI , Huang, M., Leitzell, K., Lonnoy, E., Matthews, JBR, Maycock, TK, Waterfield, T., Yelekçi, O., Yu, R., Zhou, B. (red.). Globalny węgiel i inne cykle biogeochemiczne oraz sprzężenia zwrotne (PDF) . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge.

[IPCC_AR6_WGI_Glossary-4] Matthews, JBR, Fuglestvedt, JS, Masson-Delmotte, V., Möller, V., Méndez, C., van Diemen, R., Reisinger, A., Semenov, S. (2021). „Zmiana klimatu 2021: podstawy nauk fizycznych. Wkład I grupy roboczej w szóste sprawozdanie oceniające Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu”. W Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pirani, A., Connors, SL, Péan, C., Berger, S., Caud, N., Chen, Y., Goldfarb, L., Gomis, MI , Huang, M., Leitzell, K., Lonnoy, E., Matthews, JBR, Maycock, TK, Waterfield, T., Yelekçi, O., Yu, R., Zhou, B. (red.). Załącznik VII: Glosariusz (PDF) . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge.

[Allen_et_al,_2009-5] Allen, MR; Rama, DJ; Huntingford, C.; Lowe, JA; Meinshausen, M.; Meinshausen, N. (30 kwietnia 2009). „Ocieplenie spowodowane skumulowanymi emisjami w kierunku bilionowej tony”. Natura . 458 (7242): 1163–1166. doi : 10.1038/natura08019 . PMID 19407800 . S2CID 7459207 .

[Matthews_et_al,_2009-6] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Matthews, HD; Gillett, NP; Stott, Pensylwania; Zickfeld, K (11 czerwca 2009). „Proporcjonalność globalnego ocieplenia do skumulowanej emisji dwutlenku węgla”. Natura . 459 (7248): 829–832. doi : 10.1038/natura08047 . PMID 19516338 . S2CID 4423773 .

[Zickfeld_et_al,_2016-7] Zickfeld , K.; MacDougall, AH; Matthews, HD (12 maja 2016). „O proporcjonalności między globalną zmianą temperatury a skumulowanymi emisjami CO2 w okresach ujemnych emisji CO2 netto” . Listy z badań środowiskowych . 11 (5): 055006. doi : 10.1088/1748-9326/11/5/055006 .

[Tokarska_et_al,_2016-8] Tokarska , KB; Gillett, NP; Tkacz, AJ; Arora, VK; Eby, M. (23 maja 2016). „Reakcja klimatu na pięć bilionów ton węgla” . Przyroda Zmiana klimatu . 6 (9): 851–855. doi : 10.1038/NCLIMATE3036 .

[Collins_2013-9] Collins, M .; Knutti, R.; Arblaster, J.; Dufresne, J.-L.; Fichefet, T.; Friedlingstein, P.; Gao, X.; Gutowski, WJ; Johns, T.; Krinner, G.; Shongwe, M.; Tebaldi, C.; Tkacz, AJ; Wehner, M. (2013). Stocker, TF; Qin, D.; Plattner, G.-K.; Tignor, M.; Allen, SK; Boschung, J.; Nauels, A.; Xia, Y.; Bex, V. (red.). „Długoterminowe zmiany klimatyczne: prognozy, zobowiązania i nieodwracalność”. W: Zmiany klimatu 2013: Podstawy nauk fizycznych. Wkład I grupy roboczej w piąty raport oceniający Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu . Cambridge University Press, Cambridge, Wielka Brytania i Nowy Jork, NY, USA.

[Myhre_2015-10] ; ^ ^abc ^Myhre , Gunnar Boucher, Olivier; Bréon, François-Marie; Forster, mola; Shindell, Drew (marzec 2015). „Spadająca niepewność co do przejściowej reakcji klimatycznej, ponieważ wymuszanie CO2 dominuje w przyszłych zmianach klimatu” (PDF) . Przyroda Nauka o Ziemi . 8 (3): 181–185. doi : 10.1038/ngeo2371 . ISSN 1752-0908 .

[11] Bibliografia _ Goodwin, Filip; Roussenov, Vassil M.; Bopp, Laurent (2016). „Ramy do zrozumienia przejściowej reakcji klimatu na emisje” . Listy z badań środowiskowych . 11 (1): 015003. doi : 10.1088/1748-9326/11/1/015003 . ISSN 1748-9326 .

[Gillett_2013-12] Gillett ^, Nathan P.; Arora, Vivek K.; Mateusz, Damon; Allen, Myles R. (2013-09-09). „Ograniczanie stosunku globalnego ocieplenia do skumulowanych emisji CO2 za pomocą symulacji CMIP5 *”. Dziennik klimatu . 26 (18): 6844–6858. doi : 10.1175/jcli-d-12-00476.1 . S2CID 129808331 .

[Frölicher_2015-13] Frölicher, Thomas L.; Paynter, David J. (2015). „Rozszerzenie związku między globalnym ociepleniem a skumulowanymi emisjami dwutlenku węgla na wielotysięczną skalę czasową” . Listy z badań środowiskowych . 10 (7): 075002. doi : 10.1088/1748-9326/10/7/075002 . ISSN 1748-9326 .

[Frame_2014-14] Rama, David J.; Macey, Adrian H.; Allen, Myles R. (21.09.2014). „Skumulowane emisje i polityka klimatyczna”. Przyroda Nauka o Ziemi . 7 (10): 692–693. doi : 10.1038/ngeo2254 .

[Partanen_2017-15] Partanen, Antti-Ilari; Leduc, Martin; Matthews, H. Damon (2017). „Sezonowe wzorce zmian klimatu spowodowane skumulowanymi emisjami CO 2” . Listy z badań środowiskowych . 12 (7): 075002. doi : 10.1088/1748-9326/aa6eb0 . ISSN 1748-9326 .

[16] Bibliografia _ Komro, FG; Manabe, S.; Spelman, MJ (1 stycznia 1982). „Przejściowa reakcja klimatu na rosnący poziom dwutlenku węgla w atmosferze” . nauka . 215 (4528): 56–58. doi : 10.1126/science.215.4528.56 . PMID 17790468 . S2CID 10552825 .

[17] Bibliografia _ _ Forster, Piers M.; Kriegler, Elmar; Smith, Christopher J.; Seferian, Roland (2019-07-18). „Szacowanie i śledzenie pozostałego budżetu emisji dwutlenku węgla dla rygorystycznych celów klimatycznych” . Natura . 571 (7765): 335–342. doi : 10.1038/s41586-019-1368-z . ISSN 0028-0836 . PMID 31316194 . S2CID 197542084 .