新场景向世界展示1.5中的2100C如何限制变暖

新场景向世界展示1.5中的2100C如何限制变暖

在2015 巴黎协定 在气候变化方面,地球上几乎所有国家都承诺将全球温度“远低于”2C以上的工业化前水平,并“努力将温度升高限制在1.5C”。

然而,当时科学家们只能模拟能源体系和碳减排路径来实现2C目标。 很少有研究调查了世界如何限制1.5C的变暖。

现在有一篇论文 自然气候变化 介绍了使用六种不同的“综合评估模型”(IAM)将全球2100温度限制在1.5C以下的新建模练习结果。

研究结果表明,如果全球排放量在未来几年达到高峰,并且在本世纪下半叶通过一种被称为碳捕获和储存生物能源的提议技术将大量碳排放到大气中,1.5C就可以实现BECCS).

定义1.5C目标

目标是将1.5C限制在高于工业化前的水平,这是一个挑战 “巴黎协定”案文中没有明确界定。 例如,科学家们对工业化前的温度究竟是什么以及什么是不同意的 如何最好地定义它们, 以及 使用什么数据集.

如果目标应该是旨在使世界达到1.5C变暖的世界几率,或试图通过以更低的变暖量试图避免温度超过2100C,也没有明确的共识。 因为 气候敏感性的不确定性 意味着每增加一倍的CO1.5排放量,我们就可能在4.5C和2C之间产生任何变化,科学家倾向于计划避免最差情况,即气候敏感性最终达到最高值。

就2C目标而言,“巴黎协定”的“远低于”的语言被解释为确保33C的概率不超过2%,并且因此66%的可能性低于1.5C。 但是XNUMXC目标 可以解释 因为要么50的机会低于1.5C,要么66%的几率与2C目标类似。 这可能听起来像是一个小小的区别,但是对它的影响很大 导致碳预算 并容易达到目标。

在他们的新论文中,一组23能源研究人员选择了更严格的目标解释,旨在66避免超过1.5C年2100C变暖的机会。 但是,只要1.5在1.5之前回落到2100C以下,它们就可以在本世纪内超过XNUMXC。 这被称为“超调”情况。

1.5C只有在未来的一些途径中才有可能

为了评估可行的途径以限制变暖对1.5C,研究人员使用新的 共享社会经济途径 (SSP),为下一届政府间气候变化专门委员会(IPCC)下一个十年初的评估报告做准备。 Carbon Brief将在未来几周内更深入地探讨这些SSPs,展示五种可能的未来世界,这些世界在人口,经济增长,能源需求,平等和其他因素方面存在差异。

每个世界都可能有多种不同的气候轨迹,但有些人会比其他人更容易减少排放。 与1.5避免超过2100C变暖相关的新气候轨迹被称为代表性浓度途径1.9(“RCP1.9”),这是一个由温室气体引起的辐射强迫限制在不超过每平方米1.9瓦特(W / m2)高于工业化前水平。 这低于气候建模者以前使用的RCP的范围,从2.6到8.5W / m2。

六个IAM都在SSP1.5中找到可行的1C情景,这是一个侧重于“包容性和可持续发展”的途径。 六个模型中的四个模型在SSP2中找到了路径,这是道路情景的中间,其中趋势主要遵循历史模式。 没有模特在SSP1.5展示可行的3C路径,这是一个“国际性竞争”和“复活的民族主义”的世界,几乎没有国际合作。

最后,只有一个模型在SSP1.5中有一个4C路径,这是一个“高度不平等”的世界,而两个模型在SSP5这个“快速经济增长”和“能源密集型生活方式”的世界中有可行的途径。

排放物必须尽快达到峰值

为了将变暖限制在1.5C以下,研究人员检查的所有模型都要求2020达到全球排放峰值并在此后急剧下降。 在2050之后,世界必须将净CO2排放量减少到零,并且在21st世纪的下半年,排放量必须越来越少。

即使在这些快速下降的情况下,考虑到1.5s中的所有情景仍然会超过2040C升温,而在1.3之前下降到高于1.4-2100C的1C高于工业化前水平。 更快速降低的模型 - 通常与SSPXNUMX相关 - 与更渐进式降低的模型相比,温度过冲更少。

下图显示了所有被检查的2C模型中CO1.5排放(左)和工业化前(右)的全球变暖。 线条根据使用的SSP进行着色。

在所有RCP2 / 2C情景中,gigatons中的CO1.9排放(Gt)CO1.5(左)和相对于工业化前(右)的全球平均表面温度包括在 Rogelj等人2018。 数据可用于 IIASA SSP数据库。 Carbon简要使用图表 Highcharts.

模型显示剩余的1.5C“碳预算“从2018到2100之间的-175和400 gigatonnes的CO2(GtCO2)。 这个范围是 与估计一致 来自 IPCC的5th评估报告.

范围广泛主要是由于非CO2温室气体(如甲烷和氧化亚氮)的排放量差异造成的,这些气体在2100的型号中相差2-3倍。 一些具有较高非CO2排放的型号的剩余碳预算小于零,需要从大气中除去更多的CO2,而不是在本世纪末增加。 在这些模拟中,1.5C的碳预算已经用完。

整个模型的中心估计是剩余的2018-2100碳预算约为230 GtCO2。 按照目前的排放速度,这将允许大约六年,直到整个1.5C预算耗尽,所有模型的零到11年范围。

用可再生能源代替化石燃料

该研究探讨了满足全球能源需求的不同方式,同时减少温室气体排放量以达到1.5C目标。 将变暖限制在1.5C以下要求世界迅速淘汰所有类型的化石燃料 - 或者至少不伴随 碳捕获和储存 (CCS)。 与此同时,世界需要迅速提高使用零碳净能源和净负碳能源--BECCS等产生能量的物质,同时实际从大气中去除CO2。

下图显示了所有1.5C模型中可再生能源(左),净负BECCS(中心)和没有CCS的煤(右)。 颜色显示模型仿真使用哪些SSP。

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在所有RCP1.9 / 1.5C情景中,非生物质能可再生能源(左),BECCS(中)和无CCS(右)的全球一次能源用于非焦耳(EJ)。 从图2中改编而来 Rogelj等人2018.

在大多数模型中,2018和2100之间的整体能源使用量实际上增加了-22%和+ 83%之间,并且22%的中心增加。

然而,这些模型还表明,能源效率在短期内相当重要 - 至少,大部分能源来自化石燃料。 这在交通和建筑领域尤其重要,因为快速脱碳比发电困难。

这些模型显示了60全球所有可再生能源的80-2050%。 有些模型也显示核电的作用更大,但其他模式则不然。

为了限制对1.5C的升温,80没有捕获碳的煤炭的使用量减少了约2040%,同样,2060也大部分淘汰了原油。 这将要求大多数汽油或柴油车辆被2060淘汰,电动或其他低碳替代燃料车辆在该日期之前占绝大多数销量。 未来天然气的使用在模型中更加混合,其中一些在本世纪中叶显示出增加和一些下降。

排放量必须消极

负排放 在本世纪下半叶需要将额外的CO2排出大气。 这是因为模型中的排放量不能够快速下降以避免超过允许的碳预算以避免1.5C变暖。

在将额外的CO50退出之前,大多数模型在本世纪的过程中排放的CO200数量大于2-2%的COXNUMX。

这些模型假设在2030和2040之间开始广泛采用BECCS,然后迅速扩大规模。 通过2050,许多型号的BECCS产量超过100 exajoules(EJ),与当今煤炭所提供的能源数量大致相当。 通过2100,BECCS将在200EJ附近与所有非生物质可再生能源的300EJ相比。

下图显示了CCS(包括BECCS和矿物燃料)在所有模型中封存的CO2数量。 碳捕获量在2020之后增加,在本世纪末可能为20 GtCO2或更高,约为2中全球CO2018排放量的一半。

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年度CO2通过碳捕获和存储在Gigatons(Gt)CO2年度和SSP跨所有RCP1.9 / 1.5C情景进行隔离。 从图3中改编而来 Rogelj等人2018.

这些模型产生了今天与2之间的全球森林覆盖率变化估计值-26%和2100%,大多数模型显示森林覆盖率显着增加。 BECCS和造林都需要大量的土地。 大多数模型显示全球农田情景的下降大致等于整个欧盟目前用于农业的面积。

然而,研究中使用的大多数模型不包括造林作为明确的减缓选择,因此造林等 “自然”负排放技术 未来可能会发挥更大的作用。 用于未来负排放的具体技术可能不同,并且对BECCS的依赖程度稍低,但由于大规模成本和有效性仍存在不确定性,非BECCS方法在很大程度上被排除在模型之外。

同样,使用BECCS的数量在型号之间和跨SSP的差别很大,SSP1要求最少的负排放,而SSP5要求最多,因为其排放减少较慢,整体能源消耗较高。

Joeri Rogelj博士,该论文的第一作者 国际应用系统分析 (IIASA)在奥地利举行的碳简报:

“这表明关注限制能源需求的可持续生活方式可以大大减少对BECCS的依赖。”

与1.5C情景相比,2C目标的一个有趣结果是化石燃料与CCS结合使用的减少。 这是因为含CCS的矿物燃料仍然会导致煤矿开采或天然气处理产生的甲烷排放,以及由于捕获和泄漏不完善而产生的CO2排放。 这些额外的排放量可能变得太重要,无法在1.5C世界大规模使用。

到达1.5C比2C要困难得多

除了探索将限制升温到1.5C的细节之外,本文还将其与现有的2C场景在多个不同类别中进行了比较。 下图显示了经济和CO1.5减排指标的2C和2C情景之间的区别。 与100C世界相比,每条虚线表示1.5C世界的成本或努力增加了2%。

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相对于各种SSP的2C方案,1.5C方案的成本和CO2减少量度相对增加。 每条虚线代表成本或减少量的100%增加,最高为500%增加。 取自图4 Rogelj等人2018.

碳价格涨幅最大,必须在200%和400%之间,而近期成本则为200%,高于300%。 短期成本的增加是由于短期内更为严重的减排所驱动的。 长期成本预计也将高出200%左右。

对于CO2减排量度标准,1.5C世界要求建筑物和交通工具的CO2减少量比2C世界减少约两到三倍。 这些部门比发电更难以脱碳,因为它们涉及不易更换的化石燃料的直接燃烧。

困难,但可能吗?

本研究中的新情景很重要,因为它们表明可能的轨迹和技术路径可能会将变暖限制在1.5中的2100C以下。 然而,所有这些模型都包括本世纪中叶过热的1.5C。 大多数还依赖于大量的 仍然未经证实 在本世纪晚些时候的负排放使近期的排放量更可行地逐步减少。

As Glen Peters博士,该高级研究员 CICERO国际气候研究中心 在没有参与研究的挪威,他告诉碳简报:

“限制1.5C的温度正在接近模型可以提供的范围,只有某些社会经济,技术和资源假设适用于1.5C路径。 如何将模型结果转化为可行的社会转型仍然是房间中的大象。 1.5C方案要求大幅度减少化石燃料的使用量,非化石能源的快速扩张和行星级二氧化碳的去除。 如果未能满足任何核心构建模块,1.5C将不可行。“

注意: 伴随该研究的发布是新近更新的 SSP排放和情景数据库其中包括所有SSP情景的数据。

Rogelj,J。等人 (2018)限制全球平均气温升高低于1.5C,自然气候变化,

doi:10.1038/s41558-018-0091-3

这篇文章最初出现在 碳简介

关于作者

Zeke Hausfather涵盖了美国关注的气候科学和能源研究。 Zeke拥有耶鲁大学和阿姆斯特丹Vrije大学的环境科学硕士学位,并正在加州大学伯克利分校完成气候科学博士学位。 他曾在10的过去几年担任清洁技术行业的数据科学家和企业家。

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