《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)下未來碳排放空間的準(zhǔn)確估算問題辨析

周天軍 陳曉龍

1 中國科學(xué)院大氣物理研究所 大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100029

2 中國科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院 北京 100049

氣候變化是人類社會面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。2015 年，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）第 21 次締約方大會（COP21）通過了《巴黎協(xié)定》，明確溫控目標(biāo)是“將全球平均氣溫較前工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在 2℃ 以內(nèi)，并努力將溫度上升幅度限制在 1.5℃ 以內(nèi)”[1]。2021 年 11 月 1—12 日，UNFCCC 第 26 次締約方大會（COP26）在英國格拉斯哥召開，會議簽署了《格拉斯哥氣候公約》，完成了對《巴黎協(xié)定》實(shí)施細(xì)則遺留問題的談判；強(qiáng)調(diào)要迅速采取行動，全面落實(shí)《巴黎協(xié)定》，開始全球盤點(diǎn)，并對碳交易市場、透明度和共同時(shí)間框架做出了規(guī)定。

根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報(bào)告（AR6）第一工作組報(bào)告——《氣候變化 2021：自然科學(xué)基礎(chǔ)》，最近 10 年（2011—2020年），全球平均表面溫度比 1850—1900 年升高 1.09℃（0.95℃—1.20℃）。除非進(jìn)行快速和大規(guī)模的溫室氣體減排，否則較之 1850—1900 年的全球平均升溫在未來 20 年可能達(dá)到或超過 1.5℃，從而使得《巴黎協(xié)定》1.5℃ 的溫控目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)[2]。

在碳達(dá)峰、碳中和勢在必行的形勢下，“有多少、誰來減、減多少”是目前急需解決的問題。據(jù)IPCC AR6 估計(jì)，1850—2019 年，人類活動已經(jīng)釋放了 2390 Gt CO2，若在 21 世紀(jì)末把全球升溫控制在 1.5℃ 以內(nèi)，則 2020 年開始的未來碳排放空間是 400—500 Gt CO2①本文給出的碳排放空間都是概率為50%—67%的分位數(shù)范圍。；若把溫控目標(biāo)設(shè)定為 2℃，則 2020 年開始的未來碳排放空間是 1 150—1 350 Gt CO2[2]。不管設(shè)定哪種目標(biāo)，若以當(dāng)前每年排放大約40 Gt CO2的速率，剩余的排放空間都將在幾十年內(nèi)耗盡。

未來碳排放空間的估算問題，事關(guān)氣候變化減緩政策的制定和 UNFCCC 締約國的氣候談判。那么，我們關(guān)于特定溫控目標(biāo)下未來碳排放空間估算的依據(jù)是什么？結(jié)果存在多大的不確定性？需要開展哪些研究來提高估算的準(zhǔn)確性？本文對此進(jìn)行討論。

1 地球系統(tǒng)碳循環(huán)和全球升溫的關(guān)系

地球氣候系統(tǒng)的碳循環(huán)過程如圖1 所示。化石燃料使用所導(dǎo)致的人為 CO2排放進(jìn)入大氣后，與海洋和陸面存在 2 種反饋過程：① 氣候反饋，即大氣通過輻射、溫度、降水、風(fēng)應(yīng)力等的變化來影響海表和陸面；② 碳反饋，包括大氣-陸面、大氣-海洋間的多種生物化學(xué)正、負(fù)反饋過程。在這些反饋過程的綜合作用下，地球系統(tǒng)的人為 CO2收支結(jié)果如表1 所示，包括 1750—2019 年、1850—2019 年、1980—1989 年、1990—1999 年、2000—2009 年 和 2010—2019 年共 6 個(gè)時(shí)間段的收支統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表1 可以看出，海-陸-氣的收支比例因統(tǒng)計(jì)時(shí)段而異，就 2010—2019 年平均而言，人為的 CO2排放最終約有 46% 存留在大氣中，23% 被海洋吸收，31% 被陸地吸收[3]。

圖1 地球系統(tǒng)的碳循環(huán)和碳-氣候反饋過程示意圖Figure1 Schematic of carbon cycle and carbon-climate feedback of Earth system

表1 1750—2019 年分時(shí)間段累積碳排放和年平均增長率對比結(jié)果Table 1 Comparison results of cumulative carbon emissions and annual average growth rate by time period from 1750 to 2019

為了更好地服務(wù)于溫控目標(biāo)下的氣候變化減緩決策，需要設(shè)計(jì)一個(gè)指標(biāo)來描述 CO2排放和全球升溫的關(guān)系。分析表明，工業(yè)化以來的人為累積 CO2排放和全球表面升溫之間存在近似線性的關(guān)系（圖2），這種關(guān)系被稱為“累積 CO2排放的瞬態(tài)氣候響應(yīng)”（TCRE）。該指標(biāo)被用來定量化描述每排放 1 000 Gt CO2所對應(yīng)的全球表面平均氣溫的變化。TCRE 綜合反映了累積 CO2排放最終余留在大氣中的份額②即CO2排放總量中最終留在大氣中的部分，它由碳循環(huán)過程決定。和瞬態(tài)全球平均氣溫對大氣 CO2濃度的敏感性——表示為瞬態(tài)氣候響應(yīng)（TCR）③TCR是重要的氣候敏感度指標(biāo)，表示CO2濃度每年增加1%直至達(dá)到工業(yè)化前2倍時(shí)全球平均表面溫度的瞬態(tài)變化。的信息[7]。圖2 所展示的這一準(zhǔn)線性關(guān)系，至少在 5 500 Gt CO2的累積排放下都是穩(wěn)定的[4]，這意味著對應(yīng)特定的升溫幅度，人為 CO2的總排放量是有限的。若要在某個(gè)時(shí)間段實(shí)現(xiàn)某個(gè)溫控目標(biāo)，則必須在一定時(shí)期實(shí)現(xiàn) CO2的凈零排放。因此，準(zhǔn)確估算《巴黎協(xié)定》1.5℃ 和 2℃ 溫控目標(biāo)下的未來 CO2排放空間，對于科學(xué)規(guī)劃減排路徑、及時(shí)出臺有效的減排政策、推動國際氣候變化談判、最終實(shí)現(xiàn)溫控目標(biāo)，都具有重大意義。

圖2 1850—2050年累積CO2排放和全球平均表面溫度變化之間近似線性的關(guān)系Figure 2 Near-linear relationship between cumulative CO2 emissions and increase in global surface temperature from 1850 to 2050

從 IPCC 第五次評估報(bào)告（AR5）到 IPCC《全球升溫 1.5℃ 特別報(bào)告》（SR1.5）和 IPCC AR6，科學(xué)界多次評估了溫控目標(biāo)下的碳排放空間。由于 IPCC AR5、SR1.5 和 AR6 的發(fā)布時(shí)間不同④分別是2013年、2018年和2021年。，因此它們估算的碳排放空間在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段上存在差異，數(shù)據(jù)彼此不可比[4-6]。為了便于和 IPCC AR6 的數(shù)據(jù)作比較，我們把 IPCC AR5 和 SR1.5 估算的碳排放空間統(tǒng)一折算⑤折算方法見附錄1。為從 2020 年開始，結(jié)果如圖3 所示。其中：IPCC AR5報(bào)告對應(yīng)的 1.5℃ 溫控目標(biāo)下，未來排放空間是 ?60—140 Gt CO2，2℃ 溫控目標(biāo)下為 620—870 Gt CO2；IPCC SR1.5 報(bào)告對應(yīng)的 1.5℃ 溫控目標(biāo)下未來碳排放空間是 340—500 Gt CO2，2℃ 溫控目標(biāo)下為 1 090—1 420 Gt CO2。；IPCC AR6 給出的 1.5℃ 溫控目標(biāo)下的排放空間為400—500 Gt CO2，2℃ 溫控目標(biāo)下的排放空間為 1 150—1 350 Gt CO2。IPCC AR6 結(jié)果和 IPCC SR1.5 彼此接近，但都與 IPCC AR5 差別較大。為何估算結(jié)果在前后幾年間差別如此之大？這與我們在若干重要環(huán)節(jié)上科學(xué)認(rèn)知水平的提升和數(shù)據(jù)證據(jù)的日益豐富有關(guān)。以下從排放空間估算方法學(xué)的角度進(jìn)行討論。

圖3 1.5℃和2℃溫控目標(biāo)下2020年后的全球碳排放空間Figure 3 Global remaining carbon budgets after 2020 under temperature control targets of 1.5℃ and 2℃

2 未來碳排放空間的估算方法

自 IPCC SR1.5 以來，科學(xué)界發(fā)展了新的框架來估算未來 CO2排放空間（圖4）。該框架以估算 TCRE 為基礎(chǔ)，分別考慮歷史升溫、非 CO2溫室氣體的排放、達(dá)到凈零排放后的慣性升溫⑥即盡管CO2排放不再增加，但由于海洋的慣性作用，氣溫可能依然會繼續(xù)升高到一定水平。、地球系統(tǒng)反饋等因素的影響。通過單獨(dú)評估這些因素的作用，最終得到未來 CO2排放空間的范圍。

圖4 IPCC AR6中估算剩余CO2排放空間的概念框架Figure 4 Conceptual framework of estimating remaining CO2 budget

（1）TCRE 的估算。估算 TCRE有多種方法，包括基于不同復(fù)雜度的地球系統(tǒng)模式的模擬、使用簡單的氣候模型、利用觀測約束等。其中一種重要方法是先把 TCRE 估算結(jié)果的不確定性分解為 TCR 和人為排放的 CO2留在大氣中的百分比 2 個(gè)方面，然后再對二者分別評估。IPCC AR6 中基于過程理解、器測數(shù)據(jù)、古氣候資料、萌現(xiàn)約束等多種來源的證據(jù)，對 TCR 的值進(jìn)行了綜合而細(xì)致的評估，把 TCR 的可能范圍（不低于 66% 的概率）從 AR5 中的 1.0℃—2.5℃ 縮減為 IPCC AR6 中的 1.4℃—2.2℃，最優(yōu)估計(jì)值為 1.8℃，這顯著減小了 TCR 的不確定性范圍。進(jìn)一步把新的 TCR 用于 TCRE 的估算，并結(jié)合基于地球系統(tǒng)模式的專家判斷所給出的人為排放 CO2最終留大氣中的百分比（53%±6%），得到 TCRE 的最優(yōu)估計(jì)值為 0.45 ℃/(1 000 Gt CO2)，可能范圍是 0.27—0.63 ℃/(1 000 Gt CO2)⑦基于1 Pg C= 3.667 Gt CO2的關(guān)系，乘上3.667，可完成TCRE以“℃/(1 000 Pg C)”為單位的換算：可能范圍是1.0—2.3 ℃/(1 000 Pg C)，最優(yōu)值為1.65 ℃/(1 000 Pg C)。。隨著全球增暖，未來海洋和陸面過程對碳的吸收比例會降低，因此，這里采用的人為排放 CO2留在大氣中的比例（53%）要略高于 1960—2019 年的觀測平均值（44%）。TCRE 這一最新估算結(jié)果的不確定性范圍，比 AR5 給出的 0.22—0.68 ℃/(1 000 Gt CO2) 的范圍明顯縮小，這主要得益于減小了 TCR 的不確定性。

（2）利用觀測記錄準(zhǔn)確度量歷史升溫幅度，并利用檢測歸因技術(shù)準(zhǔn)確估算人類活動的貢獻(xiàn)。工業(yè)化后直至當(dāng)前的歷史升溫已達(dá) 1℃ 左右，即使對 2℃ 溫控目標(biāo)而言，歷史升溫也占據(jù)了 50% 的升溫空間，因此歷史升溫估計(jì)的準(zhǔn)確度對未來碳排放空間的估算影響很大。在 IPCC AR6 中，由于新數(shù)據(jù)集的出現(xiàn)和趨勢估算方法的完善，估算的最新歷史升溫較 IPCC AR5 高約 0.1℃，這壓縮了未來的升溫空間。需要注意的是，未來碳排放空間估算中用到的升溫不能直接用觀測數(shù)據(jù)來表示，因?yàn)樗侵溉藶榕欧艑?dǎo)致的那部分升溫，這需要從觀測升溫?cái)?shù)據(jù)中扣除掉自然氣候波動的部分。采用多種觀測資料、氣候模擬和檢測歸因方法，IPCC AR6 指出 2010—2019 年由人為導(dǎo)致的全球平均表面溫度相對于 1850—1900 年的變化的最優(yōu)估計(jì)值為 1.07℃，可能范圍是 0.8℃—1.3℃。結(jié)合 TCRE 的最優(yōu)估計(jì)值 0.45℃/(1000 Gt CO2)，±0.25℃ 溫度變化范圍所對應(yīng)的未來碳排放空間的不確定性范圍為 ±550 Gt CO2。

（3）準(zhǔn)確估算其他非 CO2 溫室氣體和短壽命氣候強(qiáng)迫因子的貢獻(xiàn)。非 CO2溫室氣體包括 N2O（生命期約 116±9 年）等長壽命氣體，以及 CH4（生命期約9.1±0.9 年）、氣溶膠等短壽命氣候強(qiáng)迫因子，它們都對全球溫度變化有影響。例如，CH4在 20 年時(shí)間尺度內(nèi)的增溫效應(yīng)是同等質(zhì)量 CO2的 80 倍以上。這些非 CO2溫室氣體壓縮了特定溫控目標(biāo)下的剩余升溫空間，從而減少了未來碳排放空間。IPCC AR6 采用綜合了氣候和碳循環(huán)信息的模式仿真器來評估非 CO2溫室氣體的排放對碳排放空間的影響。結(jié)果表明，在 CO2達(dá)到凈零排放時(shí)，相對于 2010—2019 年，非 CO2溫室氣體排放對升溫的貢獻(xiàn)為 0.1℃—0.2℃。不確定性來源于非 CO2強(qiáng)迫的地域分布及 TCR 的值，產(chǎn)生的影響是 ±0.1℃。在低排放情景下，減緩氣候變化策略的差異使非 CO2排放產(chǎn)生額外 ±0.1℃ 的不確定性。綜上，這部分因素（±0.2℃）造成的碳排放空間的不確定性范圍為 ±440 Gt CO2。

（4）準(zhǔn)確估算 CO2 實(shí)現(xiàn)凈零排放后的慣性升溫的幅度。受物理氣候系統(tǒng)各成員（包括海洋、冰凍圈和陸地表面）的慣性和碳循環(huán)的慣性影響，人為 CO2排放降至零后，全球變暖可能依然會延續(xù)一段時(shí)間并升高一定幅度。由于 TCRE 反映的是“瞬態(tài)”氣候響應(yīng)，基于 TCRE 來估算剩余 CO2排放空間時(shí)，需要考慮凈零排放下的慣性升溫的影響。在 IPCC AR6 中，針對《巴黎協(xié)定》1.5℃ 和 2℃ 溫控目標(biāo)的氣候情景，設(shè)定的實(shí)現(xiàn) CO2凈零排放（即“碳中和”）的時(shí)間是 2050 年。由于《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo)時(shí)間節(jié)點(diǎn)是 21 世紀(jì)末，因此可用 50 年作為評估慣性升溫的時(shí)間尺度。IPCC AR6 的評估顯示，這 50 年內(nèi)的慣性升溫在 0℃ 附近。不過 IPCC AR6 報(bào)告同時(shí)指出，評估結(jié)果存在 ±0.19℃ 的不確定性。這意味著凈零排放后溫度仍可能變化，對應(yīng)碳排放空間的不確定性范圍為 ±420 Gt CO2。

（5）估算過程需要考慮地球系統(tǒng)反饋過程的影響。地球系統(tǒng)反饋是指全球變暖后多年凍土消融、野火、濕地變化等釋放溫室氣體的過程，以及氣溶膠、臭氧和沙塵等的變化對溫度的影響。當(dāng)前，用于氣候預(yù)估的地球系統(tǒng)模式對地球系統(tǒng)反饋過程的描述不夠完善，特別是沒有考慮最為重要的多年凍土消融向大氣釋放溫室氣體的過程。不同的地球系統(tǒng)反饋過程在影響氣候變化的機(jī)理、量值和不確定性方面都差異很大。IPCC AR6 評估了多年凍土的 CO2和 CH4反饋，以及氣溶膠和大氣化學(xué)方面的反饋，并給出這些反饋的綜合作用為 26±97 Gt CO2/℃，不過 IPCC AR6 同時(shí)也指出這一數(shù)字是低信度的。地球系統(tǒng)反饋過程給準(zhǔn)確估算未來碳排放空間從而實(shí)現(xiàn)全球溫控目標(biāo)帶來難度。

（6）注意 TCRE 分布假設(shè)對估算結(jié)果的影響。若 TCRE 的可能范圍呈對數(shù)正態(tài)分布，那么碳排放空間比標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布下要多出 100—200 Gt CO2。不過，現(xiàn)有證據(jù)并不支持 TCRE 呈對數(shù)正態(tài)分布這一假設(shè)，因此 IPCC AR6 最終采取標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布假設(shè)，這壓縮了對未來碳排放空間估算的范圍。衡量歷史升溫的指標(biāo)不同也會影響估算結(jié)果。例如，采用全球平均表面溫度（GMST）⑧即陸地用表面氣溫資料、海洋上用表層海溫資料來計(jì)算全球平均溫度。比全球平均表面氣溫（GSAT）在 1.5℃ 溫控目標(biāo)下的排放空間多 150—200 Gt CO2[6]。

綜上所述，如圖4 所示，要準(zhǔn)確估算未來碳排放的空間，首先要從溫控目標(biāo)中扣除歷史升溫、凈零排放后的慣性升溫及非 CO2排放產(chǎn)生的升溫，以得到未來剩余的升溫空間；然后，再基于 TCRE 所揭示的升溫和碳排放的關(guān)系，初步估算出剩余碳排放空間；接著，扣除地球反饋過程的可能影響；最終，得到溫控目標(biāo)下的未來 CO2排放空間及其不確定性的范圍。上述任何一個(gè)環(huán)節(jié)的偏差，都會影響到最終估算結(jié)果的準(zhǔn)確性（表2）。

3 IPCC AR6 給出的碳排放空間估算結(jié)果

3.1 最低和最高排放空間及其中間值

基于圖4 的計(jì)算框架，綜合 5 個(gè)方面的影響因素，IPCC AR6 給出《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)下的未來碳排放空間（表2）。針對 1.5℃ 和 2℃ 溫控目標(biāo)自 2020 年開始的未來碳排放空間中位數(shù)分別為 500 Gt CO2和 1350 Gt CO2。同時(shí)，提供的還有最低和最高估算結(jié)果：對 TCRE 的分布取標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，對應(yīng) 83%和 17% 2 個(gè)高、低分位數(shù)，2℃ 溫控目標(biāo)下的未來碳排放空間最低是 900 Gt CO2、最高是 2 300 Gt CO2，1.5℃ 溫控目標(biāo)的對應(yīng)結(jié)果是 300 Gt CO2和 900 Gt CO2。

表2 1.5℃ 和 2℃ 溫控目標(biāo)下未來 CO2 排放空間及其不確定性Table 2 Remaining CO2 budget and related uncertainties under limiting 1.5℃ and 2℃ warming targets

基于上述估算結(jié)果，對應(yīng)最為嚴(yán)峻的下限情形，若考慮到非 CO2強(qiáng)迫和響應(yīng)、非 CO2強(qiáng)迫因子的減排水平、歷史升溫等影響因素的巨大不確定性，2℃ 溫控目標(biāo)下的排放空間將在未來幾十年內(nèi)耗盡。特別是對于 1.5℃ 溫控目標(biāo)而言，存在一個(gè)較小的概率使實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的碳排放空間為 0，即在此情況下，只有立即停止當(dāng)前所有人為碳排放才有可能實(shí)現(xiàn) 1.5℃ 溫控目標(biāo)，這無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。反之，在最為樂觀的上限情況下，未來碳排放的空間較大，氣候變化減緩和應(yīng)對工作在時(shí)間上就相對從容。

3.2 IPCC AR6 較之 AR5 在未來排放空間上的差異及主要影響因素

造成 IPCC AR5 與 SR1.5、AR6 在未來碳排放空間上存在差異的原因，主要是估算方法的不同。IPCC AR5 中采用了多種估算碳排放空間的方法，而且難以相互比較和統(tǒng)一。以 2℃ 溫控目標(biāo)為例，IPCC AR5 首先給出了直接基于 TCRE 估算的 2℃ 溫控目標(biāo)下自 1861—1880 年開始的總 CO2排放空間，數(shù)值為 3 670—4 440 Gt CO2。由于 1870—2011 年的累積歷史排放量為（1890±260）Gt CO2，在合理的概率分布假設(shè)下，扣除歷史排放量后，計(jì)算得到 2012 年后的剩余排放量為 1 720—2 650 Gt CO2；再進(jìn)一步扣除 2012—2019 年的實(shí)際碳排放量 320 Gt CO2，得到換算為 2 020 年后的排放空間為 1 400—2 330 Gt CO2⑨計(jì)算方法見附錄1。，這一數(shù)值要顯著高于 IPCC SR1.5 和 AR6 的評估結(jié)果。

由于 TCRE 只與 CO2有關(guān)，但升溫卻是多種氣候強(qiáng)迫因子共同作用的結(jié)果。例如，CH4等非 CO2溫室氣體也會造成部分升溫。因此，上述算法高估了未來碳排放空間。為合理考慮非 CO2溫室氣體的影響，IPCC AR5 還直接給出 RCP8.5 情景下地球系統(tǒng)模式達(dá)到升溫 2℃ 時(shí)的累積碳排放結(jié)果，數(shù)值為 2 900—3 010 Gt CO2[5]。在合理的概率分布假設(shè)下，扣除到 2011 年的歷史累積排放量和 2012—2019 年的實(shí)際排放量⑨，最終得到 2020 年后的排放空間為 620—870 Gt CO2，這又顯著低于 IPCC SR1.5 和 AR6 的評估結(jié)果（圖3）。RCP8.5 情景中非 CO2溫室氣體的輻射強(qiáng)迫過強(qiáng)可能給這一結(jié)果帶來較大偏差。此外，IPCC AR5 未考慮未來土地利用變化的碳排放，這會造成低估碳排放的結(jié)果；同時(shí)，由于未考慮多年凍土消融釋放溫室氣體等地球系統(tǒng)反饋過程的影響，這又會造成高估碳排放的結(jié)果。上述不足均影響了 IPCC AR5 結(jié)果的可信度。

2015 年，《巴黎協(xié)定》簽訂后，1.5℃ 和 2℃正式成為 UNFCCC 框架下由締約國談判達(dá)成的溫控目標(biāo)，使未來碳排放空間的估算得到高度重視。2018 年公布的 IPCC SR1.5 發(fā)展了新的估算未來碳排放空間的框架，其中單獨(dú)考慮了歷史升溫的影響，即估算未來碳排放空間首先要估算未來的升溫空間。在這個(gè)框架下，可以自然引入其他強(qiáng)迫因子對升溫的影響。IPCC SR1.5 沿用了 IPCC AR5 估算的 TCRE 數(shù)值，同時(shí)對地球系統(tǒng)反饋過程（如多年凍土消融排碳）只給出了粗略估計(jì)，僅作為未來碳排放空間的修正項(xiàng)，并未納入估算值中；認(rèn)為未來碳排放空間（以 CO2計(jì)）在 20 世紀(jì)內(nèi)可能要因此減少 100 Gt CO2。

在 IPCC SR1.5 所發(fā)展的新框架基礎(chǔ)上，IPCC AR6 采用了多種約束手段以減小 TCRE 的不確定性范圍，使用了最新的排放和溫度觀測數(shù)據(jù)，同時(shí)綜合評估了各種地球系統(tǒng)反饋過程對碳排放空間的影響，包括多年凍土中 CO2和 CH4反饋，以及與氣溶膠和大氣化學(xué)有關(guān)的反饋過程。在此基礎(chǔ)上，估算的未來碳排放空間值較之以往更為準(zhǔn)確。

4 建議加強(qiáng)的研究領(lǐng)域

未來碳排放空間估算結(jié)果存在較大不確定性，這給碳減排政策的制定帶來難度和風(fēng)險(xiǎn)。因此，提升估算的準(zhǔn)確性具有迫切的決策支撐需求?；诋?dāng)前的科學(xué)認(rèn)知水平，關(guān)于未來碳排放空間的估算誤差，按照不確定性的大小排序，分別是：工業(yè)革命以來歷史升溫的不確定性、海洋慣性升溫的不確定性、非 CO2排放情景和對非 CO2強(qiáng)迫響應(yīng)的不確定性。因此，以提高未來碳排放空間估算的準(zhǔn)確度為目標(biāo)，提出 6 點(diǎn)建議。

（1）加強(qiáng)歷史資料整編和檢測歸因研究，減小人為歷史升溫估算結(jié)果的不確定性。由表2 可以看出，在估算人為外強(qiáng)迫導(dǎo)致的歷史升溫方面，其結(jié)果的不確定性是幾種影響因子中最大的（±550 Gt CO2）。這一方面需要提高歷史強(qiáng)迫數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，包括人為氣溶膠排放；另一方面則需要提高檢測歸因方法的準(zhǔn)確性。檢測歸因依賴于氣候模式，這就需要提高氣候模式性能，使其能夠準(zhǔn)確模擬氣候系統(tǒng)對不同種類強(qiáng)迫因子的響應(yīng)。目前，亟待提升的是對氣溶膠響應(yīng)過程、氣溶膠與云的相互作用過程描述的準(zhǔn)確性。

（2）加強(qiáng)氣候系統(tǒng)反饋過程研究，準(zhǔn)確估算敏感度指標(biāo) TCRE。TCRE 的不確定主要來自氣候敏感度 TCR 的不確定性?；诙喾N來源的證據(jù)，IPCC AR6 給出的 TCR 估算結(jié)果的不確定性范圍比 IPCC AR5 明顯減小。若要繼續(xù)提高精度，首先需要加強(qiáng)氣候反饋機(jī)制的研究。其中，云短波反饋是導(dǎo)致氣候敏感度不確定性的最大來源，也是當(dāng)前氣候模式發(fā)展完善的難點(diǎn)[8-14]；它與目前認(rèn)識薄弱的云-對流相互作用過程密切相關(guān)[15-18]，并和其他反饋過程（如海冰反照率）存在復(fù)雜的相互作用[19]。云反饋過程還能影響我國氣候的模擬和未來季風(fēng)氣候的預(yù)估[20-22]，因此尤其值得關(guān)注。同時(shí)，要加強(qiáng)深層海洋的觀測研究，以及未來增暖空間型和海洋熱吸收型預(yù)估的研究。海洋慣性升溫的大小和增暖型有關(guān)，高緯度海洋熱吸收要比低緯度海洋熱吸收對全球增暖的減緩作用更強(qiáng)。明晰未來的增暖型和海洋熱吸收型、減小海洋熱吸收估算的不確定性、提高 TCR 的估算精度，將有助于提升未來碳排放空間估算的準(zhǔn)確性。

（3）加強(qiáng)地球系統(tǒng)碳源、碳匯過程與全球增暖關(guān)系的研究。隨著累積碳排放的增加和全球溫度的升高，海洋和陸地作為碳匯的功能將減弱，表現(xiàn)為海洋和陸面對人為排放 CO2的吸收比例將逐漸下降[2]，每升溫 0.5℃，吸收率降低約 5%（圖5）。此外，目前認(rèn)為隨著大氣 CO2濃度的升高，CO2的輻射強(qiáng)迫也會降低，這又會抵消海陸碳匯減弱的作用——不過這種抵消作用在多少碳排放空間內(nèi)成立尚不清楚。面向更為長遠(yuǎn)的未來，在累積碳排放超過 5 500 Gt CO2后，升溫幅度和累積排放間的關(guān)系將變得更為復(fù)雜，目前相關(guān)研究鮮有報(bào)道。

圖5 5種未來社會經(jīng)濟(jì)情景下到2100年累積人為CO2排放被陸面和海洋吸收的比例及對應(yīng)全球平均地表氣溫相對于1850—1900年的變化Figure 5 Cumulative anthropogenic CO2 emissions taken up by land and ocean, and global mean surface air temperature change relative to 1850–1900 by 2100 under five shared socioeconomic pathways

（4）加強(qiáng)非 CO2溫室氣體和多年凍土等對全球增暖的影響研究。包括 CH4在內(nèi)的非 CO2溫室氣體的排放，能夠通過侵占升溫空間而造成未來碳排放空間的減少，因此需要加強(qiáng) CH4、N2O 等非 CO2溫室氣體對全球增暖的影響研究。這在中美簽署的《關(guān)于在 21 世紀(jì) 20 年代強(qiáng)化氣候行動的格拉斯哥聯(lián)合宣言》中我國表示要在控制和減少 CH4排放方面取得顯著效果的背景下顯得尤為重要。隨著氣候增暖，多年凍土消融將通過釋放 CH4和 CO2對升溫產(chǎn)生顯著影響，這是一種重要的地球系統(tǒng)反饋過程。我國擁有約 1.6×106km2的多年凍土區(qū)[23-25]，亟待加強(qiáng)對這些區(qū)域的監(jiān)測和氣候影響預(yù)測研究。

（5）加強(qiáng)對高于 1.5℃ 和 2℃ 溫控目標(biāo)的升溫閾值下碳排放空間的研究?！栋屠鑵f(xié)定》的 2℃ 和 1.5℃溫控目標(biāo)，是 UNFCCC 締約方通過談判設(shè)定的政治目標(biāo)。科學(xué)研究需要不囿于政治目標(biāo)。例如，IPCC AR6在 1.5℃ 和 2℃ 溫控目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還給出了 3℃—4℃ 升溫閾值下的氣候預(yù)估結(jié)果。學(xué)術(shù)界應(yīng)對升溫的各種可能情景做好前置性研究準(zhǔn)備。

（6）加強(qiáng)我國地球系統(tǒng)模式研發(fā)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，推動其在包括碳排放空間預(yù)估等地球系統(tǒng)碳循環(huán)研究中的應(yīng)用。氣候模式在反饋過程研究、氣候敏感度估算、歷史溫度變化的檢測歸因研究中發(fā)揮著不可替代的作用。氣候系統(tǒng)模式在近 30 年來取得了快速發(fā)展。以“國際耦合模式比較計(jì)劃”（CMIP）為例，參加 CMIP1 的研究機(jī)構(gòu)有 11 家，參加 CMIP5 的有 19 家，參加 CMIP6 的則有 28 家[26]。在參加 CMIP6 的模式中，最終數(shù)據(jù)被 IPCC AR6 正式采用的模式版本有 39 個(gè)，其中我國的 6 家機(jī)構(gòu)貢獻(xiàn)了 8 個(gè)模式版本[27]。我國參加 CMIP6 的模式數(shù)量是世界各國中最多的，但是最終為 IPCC AR6 提供了碳循環(huán)數(shù)據(jù)的模式只有 1 個(gè)。地球系統(tǒng)模式是支撐氣候變化和地球系統(tǒng)科學(xué)研究的重要平臺，也是國際競爭的前沿[28]。建議加強(qiáng)我國在地球系統(tǒng)模式研發(fā)領(lǐng)域的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，發(fā)揮新時(shí)代舉國體制的優(yōu)勢，盡早實(shí)現(xiàn)“由多到強(qiáng)”的轉(zhuǎn)變，從而在碳排放空間預(yù)估、碳收支平衡估算等支撐國際氣候變化治理談判的前沿領(lǐng)域提高話語權(quán)。

5 結(jié)語

應(yīng)對氣候變化是中國可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是負(fù)責(zé)任大國應(yīng)盡的國際義務(wù)。2020 年 9 月 22 日，在第 75 屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，國家主席習(xí)近平宣布“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。這彰顯了我國負(fù)責(zé)任大國的形象，是推動構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的具體舉措?！栋屠鑵f(xié)定》溫控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，依賴于碳減排方面的國際行動。UNFCCC 將于 2023 年 11 月完成第一次全球碳盤點(diǎn)，此后每 5 年更新一次盤點(diǎn)工作。全球盤點(diǎn)和未來碳排放空間估算數(shù)據(jù)，將是 UNFCCC 框架下包括《巴黎協(xié)定》和《格拉斯哥氣候公約》履約等氣候治理國際談判的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

作為全球碳排放的參考基準(zhǔn)，《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)下的未來碳排放空間可以逐年核算，能夠?qū)H氣候變化談判和氣候變化應(yīng)對工作形成有效支撐?；诋?dāng)前的估算數(shù)據(jù)，考慮到結(jié)果的不確定性，目前各主要國家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)的碳排放總和，有可能超過 1.5℃ 甚至 2℃ 所要求的剩余排放空間[29]。因此，要實(shí)現(xiàn)國家間碳排放空間的公平分配、保持全球目標(biāo)的協(xié)調(diào)一致，科學(xué)界首先需要提供精準(zhǔn)的碳排放空間核算數(shù)據(jù)。推動和引導(dǎo)建立公平合理、合作共贏的全球氣候治理體系，需要堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐，氣候科學(xué)界在這方面責(zé)任重大。

致謝感謝中國科學(xué)院前沿科學(xué)與教育局段曉男對本文撰寫和修改提供的富有建設(shè)性的建議！