Fundamental Research | 黄刚：碳中和后，地球气候将通往何方？

Fundamental Research 2022-12-31

Fundamental Research 2022年第2卷第3期封面

碳中和后，地球气候将通往何方？

关键词：碳中和，气候动力学，气候碳反馈，政策，对策

工业革命以来，人类向大气中排放了大量二氧化碳，其温室效应导致地表平均温度不断升高，并使极端天气出现愈加频繁和剧烈，对我们的生产生活带来重大影响。为积极应对气候变化，2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”所谓碳中和，即碳吸收等于碳排放。事实上，碳中和是一个复杂的巨系统，广泛涉及到气候、生态、能源、社会等各个领域，是陆地、大气、海洋、冰冻圈等多圈层相互作用的结果。作为其中最重要环节之一，气候一方面受到人类和自然界碳排放的影响，另一方面又对人类和自然界产生反馈。深入理解碳中和情景下的气候变化，将关乎我国如何规划出合理的碳排放路径，实现能源、产业、生态环境等领域的优化布局，以相对小的社会经济代价实现碳中和的目标。

对历史时期，研究人员可以借助器测数据开展气候分析；但在碳中和的未来情景下，我们并没有观测数据，必须依靠地球系统模式（计算机数值模拟）和气候动力学理论进行理解。碳中和情景下的关键气候动力过程与以往所熟知的高排放情景有所不同（图1）。

在CO₂上升期，其辐射强迫是气候系统主要的驱动力。由于热容量较小，陆地随辐射强迫不断增加而快速增温；而海洋的热容量较大，增温相对缓慢。海陆热力差异加大，季风环流增强。海洋在这一阶段扮演了“储热器”的角色。而全球碳中和后，CO₂造成的辐射强迫开始稳定或者下降，陆地温度也随之稳定或者下降，但海洋仍在缓慢吸收热量并增温。届时海陆热力对比减弱，季风环流减弱。如果大气CO₂浓度下降幅度较大，陆地和上层海洋降温过快，深层海洋会向上释放热量，减缓海表和陆地降温。

目前，我们对碳中和目标下气候相关的认识和理解存在明显不足，碳中和情境下的气候动力学研究还亟待开展，特别是对东亚区域的理解。本文围绕碳中和目标下面临的关键气候问题，基于目前的科学认识和理解，从气候动力学、气候-碳互馈和中外气候关系等角度谈了一些看法，并强调解决碳中和目标下气候动力学问题是目前相当关键的任务。本文强调指出碳中和的问题绝不仅仅是技术问题，更多的是科学问题，气候的互馈是影响碳中和实现的关键问题。问题源自气候必须回归气候。碳中和是实现大气物理化学和气候等研究方向全面合作的最好机会，它需要全科学（自然和社会科学）携手解决。

图1. 大气CO₂浓度变化不同阶段的气候动力过程。图左：CO₂浓度上升期；图右：碳中和后CO₂浓度稳定或下降期。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2022年第3期发表的文章“G. Huang, Z. Xu, X. Qu, et al., Critical climate issues toward carbon neutrality targets, Fundamental Research 2(3)(2022) 396-400”。

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主要作者简介

黄刚 中科院二级研究员，博士研究生导师，中国科学院大学教授，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事与双碳目标紧密相关的全球变暖动力学、季风动力学、海气相互作用等方面研究。在国内外核心期刊发表学术论文240余篇。入选2020全球前2%顶尖科学家榜单、ESI全球地球科学领域科学家排名前1%高引用目录。

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