為實現溫控目標、減緩氣候變化，可以從哪些方面入手？ 圖源：pexels.com
導 讀
在《知識分子》主辦的“氣候學家面對面——科學傳播公益工作坊”上，IPCC第六次科學評估報告作者、浙江大學地球科學學院教授曹龍指出，二氧化碳是全球氣候變暖的 “活躍分子”，減緩全球變暖，要對全球二氧化碳的迴圈及其氣候效應形成更清醒的科學認知。
整理 | 仲英傑 任明源
責編 | 馮灝
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二氧化碳（CO2）等溫室氣體的大量排放正在深刻地影響全球的氣候格局。11月16日結束的中美領導人影片會晤提到，氣候變化可以成為中美新的合作亮點。
11月18日，《知識分子》主辦“氣候學家面對面——科學傳播公益工作坊”，在論壇上，IPCC第六次科學評估報告作者、浙江大學地球科學學院教授曹龍分享了關於大氣二氧化碳迴圈及對氣候變化影響的最新認識，並介紹了減緩氣候變化的可能路徑。
當前大氣CO2濃度水平是工業革命前的150%
大氣最主要的組成成分是氮氣和氧氣，二氧化碳和其他溫室氣體僅僅佔很小的部分，但就是這些少量的溫室氣體卻對全球氣候起著重要作用。根據大氣二氧化碳濃度最新的觀測及預測結果，2021年CO2濃度已經達到了415 ppm（parts per million，幹空氣中每百萬個氣體分子所含的該種氣體分子數）。這意味著，每百萬個分子中就有415個CO2分子，工業革命之前，這一數值大概是280 ppm，也就是說，現在的大氣CO2濃度實際上比工業革命之前增加了約50%。
圖1 過去（80萬年前）-現在（1850年至今）-將來（不同排放情境下對未來幾百年的預測）的大氣CO2濃度 | 圖源[1]
增加的CO2從哪裡來？（碳源）
據全球碳計劃組織（Global Carbon Project，GCP）的資料，煤、石油和天然氣三大化石能源的燃燒所排放的CO2分別佔到了CO2排放總量的40%、32%和21%。總體而言，化石燃料燃燒貢獻CO2排放的約90%。
從1990年至今全球化石燃料燃燒排放的二氧化碳量的結果來看，2020年CO2排放348億噸（34.8 Gt），比1990年高出一半以上，預計2021年這一數值高達364億噸（36.4 Gt）。
圖2 全球化石源CO2排放量，紅點為2021年CO2排放量預測值 | 圖源[2]
從全球主要國家和地區排放的CO2來看，2021年中國排放的CO2總量（11.1 Gt，111億噸）約佔全球CO2排放總量（36.4 Gt，364億噸）的1/3，美國排放的CO2總量約為中國的一半。從人均CO2排放量來看，2020年中國人均排放7.4噸CO2，僅為同年美國人均CO2排放量的一半，但仍高於世界水平（人均4.5噸CO2排放量）。
圖3 不同國家/地區每年排放的化石源CO2量及人均排放水平，圖源[2]
大氣CO2到哪裡去？（碳匯）
那麼，這些排入大氣中的CO2最終去了哪裡？都留存在大氣中了嗎？
從近10年全球人為排放CO2的歸趨來看，每年排放的CO2只有近一半存留在大氣層，其他被陸地和海洋吸收。當大氣二氧化碳的源（排放）超過了大氣二氧化碳的匯（海洋和陸地吸收）的時候，大氣二氧化碳濃度將會增加。由此可以認識到碳迴圈和氣候變化的基本鏈條：人為活動（主要是化石燃料燃燒）向大氣中排放CO2，這些CO2一部分被陸地和海洋吸收，未被吸收的部分滯留在大氣中，造成大氣CO2濃度增長，進而透過影響大氣的輻射平衡（溫室效應）造成全球變暖。反過來，相關研究表明，全球變暖將會從總體上減緩海洋和陸地對CO2的吸收，從而使得大氣CO2濃度加速增長。
圖4 碳迴圈與全球變暖的基本關係鏈條 | 圖源：曹龍教授PPT
海洋生態系統也 “吃不消”
二氧化碳的排放除了造成全球變暖之外，還有許多其他方面的氣候效應。比如對於海洋生態系統來說，會引起海洋酸化（Ocean Acidification）。CO2被海洋吸收後會產生碳酸，降低海水的pH值、增加海水的酸性並減少海水中碳酸根離子的濃度。海洋酸化會對海洋生態系統產生深遠影響，尤其不利於海洋貝類生物的生長和珊瑚礁的形成。隨著海洋酸化的加劇，海洋生物受到的影響會越來越嚴重。
海洋透過吸收大氣中的CO2減緩大氣CO2增加，因此，對大氣來說，是一件 “好事”；但是，海洋對於大氣CO2的吸收造成海洋酸化，對於海洋來說是一件 “壞事”。
全球變暖的本質是大氣輻射過程，海洋酸化的本質是化學過程，但它們的罪魁禍首都是化石燃料燃燒產生的CO2排放。
減緩和人工干預氣候變化
據第六次IPCC評估報告的結果，自第一次工業革命以來，全球地表溫度與CO2累積排放量呈准線性關係，每1萬億噸（1000 Gt）CO2的排放約引起0.45℃的溫升。
圖5 全球地表溫度與CO2累積排放量呈准線性關係 | 圖源[1]
那麼，為了實現1.5℃或2℃的溫控目標，還能向大氣中排放多少CO2？
據全球碳計劃組織（Global Carbon Project，GCP）的最新估算結果，從工業革命前的1750年至今，人類已經向地球排放了約2.5萬億噸（2475 Gt）CO2，若保持現在的排放速度不變，要實現1.5℃或2℃的溫控目標分別還約能排放11年和32年。
很顯然，若不對CO2的排放加以控制，溫控目標將無法實現。IPCC AR6的評估報告中指出，溫控1.5℃和2°C需要在本世紀中葉和2070年後實現淨負CO2排放，即人為從大氣中清除的CO2量要大於人為向大氣排放的CO2量。
相應地，為了實現溫控目標、減緩氣候變化，可以從三個方面入手：
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第一是減少CO2等溫室氣體的直接排放，從源頭大幅減排。
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第二是透過CO2移除方法（Carbon dioxide removal），即透過人為方法增加海洋或陸地碳匯，或者直接從大氣中捕捉CO2並封存。CO2移除方法的除碳潛力估算有很大的不確定性，並且會對生物化學迴圈和氣候環境（例如，水資源、生物多樣性、糧食供應等）產生深遠影響，AR6第二和第三工作組將會有對不同二氧化碳移除方法的除碳潛力和正負作用更加詳盡的評估。
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第三是進行太陽輻射干預（Solar radiation modification），也稱為地球工程（或氣候工程），即透過人為方法減少到達地-氣系統的太陽輻射，或增加逃逸到太空的長波輻射，透過改變氣候地球系統的輻射平衡給地球降溫。這類技術包括向平流層注入硫酸鹽等具有散射性質的氣溶膠、增加海洋上空低雲反照率、高層捲雲變薄等。地球工程有潛力作為大幅度減排的補充措施和應對氣候變化的備用手段，但是不能作為減緩減排的理由。目前，對於地球工程的研究還停留在理論模擬研究階段。
每1度（每0.5度、每0.1度）溫升都會增加氣候變化帶來的風險；每1噸的CO2和其他溫室氣體排放都會加劇溫升和海洋酸化；現在排放的溫室氣體越多，未來應對氣候變化的難度越大。為了我們的子孫後代，為了地球的明天，大幅度減排刻不容緩。
參考文獻：
1. IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C.Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K.Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi,R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press
2.Global Carbon Project開放資料：https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/index.htm
