作者:魏科 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/2/27 8:15:29
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气候说|突破危险的界限——“临界点”究竟是什么?

 

气候临界点是气候变化研究的热门领域,也是全球面临的最大气候风险。

关于气候临界点,2018年的诺贝尔经济学奖得主威廉·诺德豪斯曾有这样的一个比喻:一叶在水面上漂浮的独木舟开始倾斜进水的时候,尚能保持平衡;但当倾斜角达到一定程度时,独木舟就会倾覆——造成这个不可逆后果的倾斜角就是临界点。同理,气候临界点就是气候变化中的突变点,一旦跨过这个突变点,就会导致不可收拾的后果。

气候临界点的特征

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)将气候临界点定义为:“全球或区域气候从一种稳定状态到另外一种稳定状态的关键门槛。”

气候临界点一般有3个特点:

首先,临界点事件一般是不可逆的,一旦突破临界点(即被激活),系统将无法回至原来的稳定状态。这就像往山顶推石头,越过山顶,石头就会急速坠落,挡都挡不住。

其次,临界点事件难以预测,尽管人们知道有临界点,但却无从得知触发的具体点。就像“泰坦尼克”号黑夜里在浮冰区航行一样,知道有浮冰,但无法精确预测其位置,等看见浮冰的时候已经刹不住车,也拐不了弯。

最后,气候临界点事件一般都规模庞大,具有全球性和区域性影响,一旦触发就会带来毁灭性气候影响。

由此不难看出,突破临界点需要外部环境的驱使,比如现在人类活动引起全球变暖,是人类碳排放量不断增加驱动的。一旦突破临界点,仅仅凭借系统内部过程本身,就能快速产生剧烈的变化。

以高纬度永久冻土层的消融为例,俄罗斯、加拿大、北欧等地区永久冻土层内封存了大量甲烷和二氧化碳,甲烷所产生的温室效应能力大约是二氧化碳的25倍,一旦地球温度升高,导致寒冷地区的冻土融化,就会导致这些甲烷被释放进入大气,引起更强的温室效应。

再以亚马为例,大规模热带雨林的存在,本身就能够调整湿度和降水分布,即使短暂脱离平衡,也可以通过自身的调整恢复过来,使得自身的生态系统保持平衡。然而,如果全球持续升温,这种自我调节机制就会变弱,全球升温一旦超过3℃,就可能使40%的亚马孙雨林“顶梢枯死”,且这一过程一旦开始,就无法恢复,热带雨林会逐渐退化成稀树草原。

毁林使得大气低层暖干气流上升,抑制了大气层中水汽的向下混合,干旱加剧,使得水循环过程发生不可逆的转变,进一步加速植被的森林退化。而在这一过程中释放出大量的碳,又进一步加剧了温室效应。

临界点的触发

临界点的概念已提出有20年时间,20年前,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)认为临界点可能会在全球升温达到5℃时才会出现。然而,IPCC2018年发布的《全球升温1.5度特别报告》以及2019年发布的《海洋与冰冻圈特别报告》指出,一些临界点可能在1℃到2℃升温之间就会出现。

气候系统是包含多个潜在临界点元素的复杂系统,对全球具体有多少个临界点元素的科学认知近年来不断发展。在2008年前后,那时候学界认为可能有14个潜在成为临界点的元素,到2018年前后认为有15个,到了2021年之后又认为有16个。今年1月,国际期刊《自然·气候变化》(NCC)发表了北京师范大学研究人员与合作者的研究论文,指出青藏高原的冰雪可能也是一个新的临界元素,自2008年以来,这一地区冰雪覆盖稳定性减弱,临界点可能已经处于激活状态。

随着全球温度持续升高,气候系统越来越逼近临界点。2018年与2019年,澳大利亚威尔·斯特芬(Will Steffe)教授和英国蒂姆·兰顿教授(Timothy M. Lenton)等人在《美国国家科学院院刊》(PNAS)和《自然》等期刊的文章里,梳理了地球气候系统中的15个已知的气候临界点,指出其中9个关键系统已经处于或者即将处于临界点状态。

气候系统的临界点有高有低,按照触发的难易程度,可以分为三个档次:

1)  1℃~3℃,在全球增温的这个范围内,容易引起夏季北极海冰消融、格陵兰岛冰盖消融、阿尔卑斯山冰川消亡、南极洲西部冰盖消融和珊瑚礁的白化。

2)  3℃~5℃,当增温达到这个强度时,可能会导致亚马孙雨林向草原退化、北半球中高纬针叶林退化、季风区变化、全球海洋温盐环流变化。

3)  >5℃,当增温超过5℃,极可能引起北极冬季冰雪量减少、高纬度永冻土消融释放温室气体、南极洲东部冰盖消融等。

2022年,蒂姆·兰顿教授在《科学》期刊(Science)上刊文指出,如今全球升温1.1℃至1.2℃,气候临界点的风险已经逐渐凸现,全球5个临界点处于危险区(格陵兰冰盖、西南极冰盖、低纬珊瑚礁、北半球冻土、巴伦支海海冰)。如果全球升温达到1.5℃,可能会触发4个临界点,并使得另外5个临界点进入危险区;若全球升温达到2℃以上,将触发更多临界点。

临界点间的多米诺效应

当一个临界点被触发之后,可能会像推倒多米诺骨牌一样,推动地球气候系统倒向另外一个临界点,放大气候变化的影响。由于这些可成为临界点的系统自身规模宏大,要阻止整排多米诺骨牌的倒下异常困难,从而较易引起气候、人类和生物系统发生大规模灾难甚至是毁灭级的气候破坏。

这种“多米诺”骨牌式的正反馈过程,会使得地球气候系统突破一个个临界点,彻底脱离过去百万年以来的冰期-间冰期的循环,导致失控增温(runaway warming),最终导致“热室地球”(Hothouse Earth)时代的到来。

在“热室地球”状况下,全球平均气温较工业革命前高4℃至5℃,这将超过数百万年间冰期的最高温,甚至比中新世时期温度还高,届时,地球上许多地方的宜居性将大打折扣。洪涝地区的暴风雨强度和频次将大大增强,全球范围内的干旱和酷暑也会愈加剧烈。格陵兰和南极洲的冰盖融化,大量淡水注入海洋,海平面将会比今天高60米以上。这种结果是毁灭性的,因为全球三分之二的特大城市均处于海拔低于10米的区域,约24亿人生活在距离海岸线不及100千米的沿海地区。

值得警惕的是,有些区域性气候可能已经越过了自身的临界点,例如北美西部过去20年的高温和干旱几乎是过去1200年里最为严重的时期,这导致区域山火频发,大片森林消失。这些森林是在过去数百年里全球温度比现在更低的环境里生长出来的,在现在变暖的世界里,不见得能恢复原来的物种和生态。

另外,在亚洲中部的蒙古国,持续性温度升高和干旱,再加之过度放牧导致草原退化,已经使当地出现了大规模不可逆转的生态变化,被不少研究人员认为已经越过了临界点。

在希腊神话中,西西弗斯(Sisyphus)触犯了众神遭受惩罚,被迫推着一块巨石上山,每次未到山顶就又滚下山坡,即使到了山顶,巨石也无法稳定存在,又滚回山脚下面。气候临界点就像山顶,一旦越过了这个点,全球气候就会像滚落的巨石一样,不可逆转,不受控制,且加速进行,这才是全球变暖中我们得高度警惕的风险。

 

 
 
 
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