作者:Safa Motesharrei 来源:《国家科学评论》 发布时间:2017/4/19 13:47:54
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人类对地球影响的增长速度是工业化前700倍
新研究表明气候变化只是威胁人类依赖的地球自然系统的众多因素之一

 

美国马里兰大学知名科学家带领的一个国际团队(包括五名美国科学院院士)发表新的研究论文指出目前广泛应用于环境、气候和经济政策的气候模式缺少了关键性的双向反馈,没有充分考虑到重要社会系统变量如不平等性、消费和人口。

作者们在论文中展示了大量证据表明在模型中亟需包括地球系统对人类的一系列反馈机制,并且提出一种未来建模的新框架,可为政府决策和可持续发展提供更现实的指导。

论文的合作者来自于不同大学(美国马里兰大学、美国东北大学、哥伦比亚大学、乔治•梅森大学、约翰•霍普金斯大学和布朗大学)和研究机构主要(联合全球变化研究所JGCRI、大学大气研究所组织UCAR、全球环境与社会研究所IGES、日本RIKEN研究所和美国航空航天局的戈达德太空飞行中心)。

这篇以"Modeling Sustainability: Population, Inequality, Consumption, and Bidirectional Coupling of the Earth and Human Systems"(https://academic.oup.com/nsr/article-lookup/doi/10.1093/nsr/nww081)为题的文章指出,地球系统组分(大气、海洋、土地和生物圈等)不仅为人类社会系统(人类及其生产、分配和消费活动)提供水、能源、生物和材料等输入,也吸收和处理着人类系统排出的污染和其它废物。论文指出资源利用、土地利用变化、排放和污染的快速增长使人类己成为地球自然系统变化的主要驱动力。这些变化同时也会反馈给人类造成严重后果,影响人类健康和福祉、经济增长和发展,带来移民和社会冲突问题。然而这种双向反馈作用(双向耦合)并未包括在当前模型中。

论文所发表期刊 National Science Review 在同一期中对该文章进行了亮点报道,指出绿色革命后(1950年)温室气体CO2、CH4、N2O的大气浓度变化速率相比工业化前增加了700、1000和300倍(见下图)。

论文的主要作者,马里兰大学地球系统科学家 Safa Motesharrei 表示,从大气温室气体浓度变化中可以看出,人口数量在很大程度上决定了人类对地球的总影响程度。这在1750年工业革命和1950年绿色革命的前后对比非常明显。1950至2010年其间人类总影响(总人口数量与GDP的乘积)年均增长4%,其中人口增长(1.7%)与人均GDP增长(2.2%)的贡献十分接近。这相当于人类总影响每过17年会翻一番,其增长速度之快令人震惊。

论文作者之一、联合全球变化研究所政治学家 Jorge Rivas 表示,要理解这些人类影响则必须考虑到经济的不公平性。发达国家的人均资源使用量是发展中国家的5到10倍,1850到2000年的累积温室气体排放量中超过四分之三都是发达国家造成的。

论文作者之一、马里兰大学地理学家 Klaus Hubacek 补充说,如果将国家内部的不平等考虑在内的话,这种贫富差距就更大。例如,全球有50%人口的日收入不足3美元,75%人口不足8.5美元,90%人口不足23美元。这种不平等造成了前10%人口带来的碳排放量几乎和后90%人口一样多。

这项研究表明经济不平等、人均消费和总人口的增长都会导致人类影响的快速增加,但是地球-人类系统模型中的地球组分未与这些人类系统变化的主要驱动力(人口结构、不平等、经济增长和迁移)实现相互作用以及双向耦和。

现有模式中一般都是使用外生、独立变量来表征这些驱动力。本文作者之一,美国工程院院士以及马里兰大学著名教授 Eugenia Kalnay 指出,缺少双向耦合使得当前模式在模拟地球-人类系统时遗漏重要的反馈机制,这就如同试图使用复杂的大气模式来预测厄尔尼诺,然而其中海洋表面温度却来源于外部、独立的预测值(例如由联合国做出预估)。如果没有包括真正的反馈机制,那么就无法对耦合系统进行预测,模型会很快与现实脱离。

论文作者之一,哥伦比亚大学教授 Mark Cane(最近荣获了Vetlesen奖以表彰为开发出首个成功预测厄尔尼诺现象的海气耦合模式)指出,忽略地球和人类系统之间的双向耦合会导致我们错失一些对地球和人类命运至关重要,甚至起决定性的东西。

论文作者之一,美国东北大学公共政策和城市学院主任Matthias Ruth教授表示,如果不对人地系统之间这些关键反馈实现动态模拟,那么人类所面临的环境挑战可能会被大大低估了。此外,政策和投资在系统动态中的主动作用也没有被明确的反映出来。相反,模型中的干预中几乎都被设计为一种外部成本。这种建模思路对解决一些最紧迫挑战时作用有限。

国际知名地球系统科学家 Carlos Nobre(最近获得Volvo可持续发展环境奖,表彰其在理解和保护亚马逊做出的贡献)表示:该文章强调了人类所面临除气候变化外的其他压力,以及对长期可持续发展至关重要的因素,包括减少不平等必要性。社会和经济公平可促进实现可持续发展道路。可持续发展不仅包括对自然资源的可持续利用,同时也要减缓人口增长速度,主动减少人类的环境足迹。

瑞典皇家科学院院士,哥德堡大学August Röhss讲席教授陈德亮先生评论到:地球系统经历了持久的和最近增强的人类活动的干扰。我们的未来将取决于我们是否能正确理解和合理管理我们对地球系统的影响。这项研究用一个耦合模型对人与自然之间的相互作用进行了有益的探索,为实现全球可持续发展迈出了重要的一步。

宾州州立大学地球系统科学中心主任和杰出教授 Michael Mann评论到:我们不能将人口增长、资源消耗、化石燃料燃烧和气候风险等问题分开。他们都是耦合动态系统的一部分,如论文作者所示,这些因素都具有造成社会崩溃的潜在后果。这种影响意义非常重大。

可持续性的建模:人口、不公平性、资源消费,地球和人类系统的双向耦合。网址:https://academic.oup.com/nsr/article/3/4/470/2669331/Modeling-sustainability-population-inequalityhttps://doi.org/10.1093/nsr/nww081 和 PDF https://academic.oup.com/nsr/article-pdf/3/4/470/10871064/nww081.pdf (来源:科学网)

 
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