IPCC AR6报告解读：气候系统对太阳辐射干预响应

IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组报告评估了太阳辐射干预（Solar radiation modification,SRM）对气候系统和碳循环的影响。在大幅度减排基础上,太阳辐射干预有潜力作为应对气候变化的备用措施。目前,对于太阳辐射干预气候影响的评估都是基于模式模拟结果。评估主要结论如下：太阳辐射干预可以在全球和区域尺度上抵消一部分温室气体增加造成的气候变化（高信度);但是太阳辐射干预无法在全球和区域尺度上完全抵消温室气体增加引起的气候变化（几乎确定);有可能通过适当的太阳辐射干预设计,同时实现多个温度变化减缓目标（中等信度);在高强度温室气体排放情景下,如果太阳辐射干预实施后突然终止,并且这种终止长时间持续,将会造成快速的气候变化（高信度);如果在减排和CO₂移除的情况下,太阳辐射干预的实施强度逐渐减小至零,将显著降低太阳辐射干预突然终止产生的快速气候变化风险（中等信度);太阳辐射干预会通过降温作用,促进陆地和海洋对大气CO₂的吸收（中等信度),但是太阳辐射干预无法缓解海洋酸化（高信度);太阳辐射干预对其他生物化学循环影响的不确定性大。由于对云-气溶胶-辐射过程的相互作用和微物理过程认知有限,目前对平流层气溶胶注入、海洋低云亮化、高层卷云变薄等太阳辐射干预方法的冷却潜力和气候效应的认知还有很大的不确定性。     

工业部门污染物治理协同控制温室气体效应评价——基于重庆市的实证分析

以高能耗为主要特征的工业部门是大气污染物和温室气体的重要排放源。为推动协同管控,文中结合生态环境部在重庆市组织开展的试点工作,对工业企业NOx污染治理协同控制温室气体的效应进行了量化分析。结果表明,以末端治理为手段的NOx治理措施协同控制温室气体的效果为负,即工业企业去除1 t NOx会直接或间接增加CO₂排放1.811 t,采用SNCR技术且选择氨水等非尿素类脱硝剂有助于减少工艺过程和电力间接CO₂排放。2017年工业企业NOx减排导致CO₂排放增加52.57万t,占重庆市能源活动CO₂排放总量的0.3%。电力碳排放因子降低1%和降低5%情景下,NOx减排的总协同度将分别提高0.9%和4.3%,尤以水泥制造业的协同效果改善最明显。减少尿素使用和提高电力低碳化程度有助于降低工业领域NOx减排对CO₂排放的负协同效果。     

CMIP6二氧化碳移除模式比较计划（CDRMIP）概况与评述

地球工程是指通过人工方法在大规模尺度上干预气候系统,使地球气候降温的一种手段。CO₂移除是地球工程的主要途径之一。文中概述了CO₂移除地球工程的科学背景、各种CO₂移除方法的利弊、大尺度应用CO₂移除方法可能产生的气候效应和风险,以及CO₂移除方案在未来气候情景研究中的现状。在第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）框架下开展的CO₂移除模式比较计划（CDRMIP),为深入研究CO₂移除地球工程减缓气候变化的效能和气候系统对其的响应提供了统一试验方案和平台。CDRMIP的开展,对地球工程和气候变化研究具有重要的促进作用。     

长江三角洲地区净生态系统二氧化碳通量及浓度的数值模拟

净生态系统碳通量(NEE)的计算对于准确模拟区域碳通量和大气CO₂浓度的时空变化至关重要。本文利用中尺度大气-温室气体耦合模式WRF-GHG(Weather Research and Forecasting Model with Greenhouse Gases Module),对2010年7月28日至2010年8月2日期间影响长江三角洲地区大气CO₂浓度及时空分布的各种过程进行了详尽模拟。结果表明,植被光合呼吸模型(VPRM)能模拟不同植被下垫面NEE的日变化;WRF-GHG模拟的大气CO₂浓度日变化与观测相吻合,但低估了大气CO₂浓度5~15 ppm(ppm表示10-6),这可能与人为排放源的低估、VPRM参数的不确定性以及气象场模拟的不准确性有关。太湖和植被覆盖较好的地区如浙江北部山区是该地区的主要碳汇,而城市为CO₂的主要排放源。太湖和陆地生态系统对区域内碳循环起到一定的调节作用,减缓区域大气CO₂浓度的升高。此外,局地气象条件如湖陆风对太湖周边地区大气CO₂浓度有显著影响。     

高光谱遥感仪器的光谱参数和信噪比需求

卫星短波红外CO₂遥感获得大气低层CO₂浓度信息,已成为目前国际热点研究领域。结合气候变化及碳源、汇观测需求,利用高精度大气辐射传输模式研究了高光谱分辨率、高精度CO₂探测目标的可实现性。针对高光谱CO₂探测器光栅分光、阵列探测器特点,分析了光谱分辨率、光谱采样率等关键技术指标对CO₂探测的可能影响;基于辐射敏感度因子分析了不同探测精度要求下的信噪比需求。结果表明:高光谱CO₂探测器首先应具有足够高的光谱分辨率,以便从太阳反射连续谱段中分辨出CO₂吸收线;为保证CO₂光谱的准确性,光谱仪所用探测器面元应该保证光谱采样率大于2;尽管探测边界层内CO₂浓度1%变化所要求的信噪比难以达到,但探测整层大气CO₂浓度1%的变化所需要的信噪比是可以实现的。     

卫星高光谱大气CO2探测精度验证研究进展

卫星高光谱大气CO₂遥感探测对全球气候变化研究意义重大,卫星CO₂反演产品的地基观测验证是获得产品精度评价、发现算法可适用范围和局限性的重要环节,因此地基高光谱CO₂的观测验证研究对提高卫星产品定量精度至关重要。本文综述了当前国际上大气CO₂探测卫星的研制进展,短波红外大气CO₂的反演方法进展,重点阐述了地基高光谱CO₂探测技术进展及其对卫星大气CO₂的定量探测精度验证方法和技术研究进展,并对该研究领域未来的发展提出展望。     

一个地球系统模式模拟的气候变化对海洋碳循环的影响

使用维多利亚大学的地球系统模式进行模拟,选取1800-2500年间较高的CO₂浓度情景（RCP8.5）,分析由于CO₂增加引起的气候变化对海洋碳循环的影响。当气候敏感度为3.0 K时,相对于无气候变化,到2100年,由于大气CO₂增加造成的气候变化导致海表面温度升高2.7 K,北大西洋深水流量减少4.5 Sv,海洋对人为碳的年吸收减少0.8 Pg C;比较人为溶解无机碳在海洋中的垂直累积分布,发现气候变化对海洋吸收大气CO₂的影响在北大西洋区域最明显。1800-2500年,相对于不考虑气候变化的情景,模式模拟的气候变化导致整个海洋对人为碳的累积吸收总量减少23.1%,其中北大西洋减少32.0%。此外,比较不同气候敏感度（0～4.5 K,间隔为0.5 K）的模拟结果发现,气候敏感度越高,气候变化对海洋吸收CO₂能力的抑制作用越明显。     

中国煤化工行业开展CO2强化深部咸水开采技术的潜力评价

中国是煤转化的技术引领者,已建、拟建和审批了大量煤转化企业;随之带来了严峻的CO₂排放和水资源缺乏的问题。CO₂强化深部咸水开采（CO₂-EWR）技术是大规模CO₂减排和水资源开采的方法,特别适合缺水区域的煤化工行业。煤化工企业工艺排放的高浓度CO₂结合CO₂-EWR技术可以较低成本实现CO₂减排,并部分解决工业缺水的问题。研究首先建立了行业尺度的包括源汇匹配、技术经济评价、CO₂排放量评估和封存场地适宜性评价等方法的全流程碳捕集、利用和封存技术经济评估方法（ITEAM-CCUS),然后采用该方法对2018年的煤化工企业排放的高浓度CO₂开展全流程CO₂-EWR项目的源汇匹配、成本范围及减排潜力进行评价并得到：大部分的源汇组合分布在中国西北、华北及北部等干旱地区;基于煤化工厂2018年的实际产量和100%总产能计算,高浓度CO₂年排放量分别是190 Mt和1726 Mt;当全流程CO₂-EWR项目的平准化成本低于200元/t CO₂时,累计CO₂减排量分别为160 Mt/a与1569 Mt/a,地下水产量分别为241 Mt/a与2353 Mt/a。研究结果表明煤化工CO₂-EWR技术是中国煤化工行业低碳可持续发展的关键技术,也为中国部署大规模CCUS提供了低成本机会。     

北京城区二氧化碳时空分布及湍流谱特征

利用北京325 m气象塔上安装的7层CO₂涡动相关系统在2014年12月到2015年11月的观测资料,分析了北京城区不同高度上CO₂浓度、通量时空分布及湍流谱的特征。结果表明:城市CO₂浓度日变化除了冬季都呈现双峰型,冬季由于人为碳源排放的大幅增加,双峰型不明显。每层的CO₂浓度、通量都有明显的季节变化:冬季最高,春末、夏季最低。CO₂浓度整体随高度的增加而降低。北京城区是CO₂源,CO₂通量的日变化不如CO₂浓度日变化规律明显。CO₂通量在47 m以下为负,47 m以上为正。通量在140 m以下随高度的增加而增加;140m以上随高度的增加而减少。根据对CO₂时空分布的分析可知:边界层CO₂浓度、通量强烈受到碳源、下垫面植被、大气稳定度、环境温度和天气过程等因素的影响。各变量谱与Kaimal等的研究结果接近:归一化速度谱和CO₂谱在惯性子区有－2/3的斜率,在低频区与稳定度参数（Z/L）有一定的关系。这说明复杂地形的城市下垫面的湍流谱结构与平坦地形相比没有太大的实质性差异。     

中国氟化工行业HFC-23减排潜力分析

我国是全球二氟一氯甲烷（HCFC-22）的主要生产国,在HCFC-22的生产过程中,会产生大量的温室气体--三氟甲烷（HFC-23）。通过分析我国11个HFC-23减排清洁发展机制（CDM）项目的监测数据,确定HFC-23的排放因子,估算我国2000-2010年HFC-23的排放量,并预测了2011-2020年HFC-23的排放量和减排潜力。预计到2020年,我国HFC-23的排放量将达到2.3亿t CO₂当量。如果HCFC-22企业能够实现自主减排,那么将为我国2020年CO₂排放强度下降40%～45%的减排目标贡献3.2%～3.6%。     

海洋环流的长期变化和预估

IPCC第六次评估报告(AR6)于2021年8月在IPCC第一工作组第14次联合大会上得到审议通过,并得到了IPCC第54届全会接受和批准.文中主要对该报告第九章"海洋、冰冻圈和海平面"中与海洋环流的相关评估内容进行解读.与以前的IPCC报告相比,AR6进一步确认人类活动对海洋环流的影响,并基于最新的数值模式给出对未来...     

IPCC AR6报告关于气候变化适应措施的解读

适应举措对降低人类和生态系统的气候变化风险有着积极的影响。IPCC第六次评估报告（AR6）第二工作组（WGII）报告全面评估了适应的可行性和有效性,深入评估了适应局限性和不良适应。报告认为,个人、地方、区域和国家各级的适应行动都在增加,但是在做决策时需考虑不良适应的风险。报告从经济、技术、制度、社会、环境和地球物理这6个维度,对23个适应措施的可行性进行了评估;这些适应措施分布在陆地、海洋与生态系统,城乡与基础设施系统,能源系统以及跨部门等四大系统,其中,基于森林的适应、具有恢复力的电力系统、能源可靠性等适应措施具有高信度的高可行性。适应措施的可行性和有效性会随着气候变暖的增加而降低,需要采用多种措施来降低未来气候变化风险。     

Interpretation of IPCC AR6 on mitigation in industry北大核心CSCD

IPCC第六次评估报告(AR6)第三工作组(WGⅢ)报告对全球工业部门碳排放现状、减排需求、主要措施等情况做了系统全面评估。报告指出,工业部门是2000年以来碳排放增长最快的部门;到21世纪中叶,工业部门实现CO净零排放是可能的,但面临巨大挑战,需要在持续推动工业节能的同时注重提升材料效率、推进电气化与燃料替代、发展CO捕集利用与封存(CCUS)等减排措施的应用。报告相关结论,对我国工业部门碳减排工作的部署具有重要参考价值。     

从科学和政策视角看碳预算对全球气候治理的作用

IPCC第五次评估报告进一步阐述和明确了全球平均地表温升与累积CO₂排放之间的近似线性关系。尽管在科学上仍存在一定的不确定性,国际社会对2℃温升目标及所对应的全球累积碳排放空间(即全球碳预算目标)已达成一定的科学认知和政治共识。但如何将碳预算从目标要求转变为各国决策和实际行动,仍是政策制定者们所面临的一个重要问题。在此背景下,提出建立一个有效的碳预算综合管理框架,努力避免人为温室气体排放导致气候系统危害,并利用其科学和政策的双重内涵,来推动谈判进程和加大行动力度,在新型气候治理模式下推动全球减排目标的实现。     

气候系统对CO2强迫和太阳辐射强迫在不同时间尺度的响应

使用HadCM3L气候模式,针对突然增加的4倍CO₂浓度和增加4%的太阳辐射强迫进行一系列理想化模拟试验,分析并比较了CO₂强迫和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制和异同。模拟结果表明,突然增加的4倍CO₂浓度和增加4%的太阳辐射造成的长期全球表面平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大。气候系统对CO₂和太阳辐射的响应可以分为快响应和慢响应两个部分,而降水的差异主要体现在大约1个月时间尺度内的快响应阶段,在这一时间段,陆地区域CO₂的气孔效应减少了植被的蒸腾作用,导致降水受到抑制;海洋区域CO₂的辐射效应会首先导致大气长波吸收增强,而海洋的比热较大,所以海表温度变化落后于低层大气,低层大气的垂直稳定度增加,海表向上蒸发受到抑制。此外,比较不同时间尺度上CO₂对气候系统的影响,可以发现在1个月的短时间尺度上,对陆地而言,CO₂的气孔效应对气候系统的影响占主导地位,但在数年以上更长的时间尺度上,CO₂的辐射效应是导致地气系统温度升高的主要原因。     

Feedback mechanisms and sensitivities of ocean carbon uptake under global warming

Global warming simulations are performed with a coupled climate model of reduced complexity to investigate global warming–marine carbon cycle feedbacks. The model is forced by emissions of CO₂ and other greenhouse agents from scenarios recently developed by the Intergovernmental Panel on Climate Change and by CO₂ stabilization profiles. The uptake of atmospheric CO₂ by the ocean is reduced between 7 to 10% by year 2100 compared to simulations without global warming. The reduction is of similar size in the Southern Ocean and in low‐latitude regions (32.5°S‐32.5°N) until 2100, whereas low‐latitude regions dominate on longer time scales. In the North Atlantic the CO₂ uptake is enhanced, unless the Atlantic thermohaline circulation completely collapses. At high latitudes, biologically mediated changes enhance ocean CO₂ uptake, whereas in low‐latitude regions the situation is reversed. Different implementations of the marine biosphere yield a range of 5 to 16% for the total reduction in oceanic CO₂ uptake until year 2100. Modeled oceanic O₂ inventories are significantly reduced in global warming simulations. This suggests that the terrestrial carbon sink deduced from atmospheric O₂/N₂ observations is potentially overestimated if the oceanic loss of O₂ to the atmosphere is not considered.     

Will the tropical land biosphere dominate the climate–carbon cycle feedback during the twenty-first century?

Global warming caused by anthropogenic CO₂ emissions is expected to reduce the capability of the ocean and the land biosphere to take up carbon. This will enlarge the fraction of the CO₂ emissions remaining in the atmosphere, which in turn will reinforce future climate change. Recent model studies agree in the existence of such a positive climate–carbon cycle feedback, but the estimates of its amplitude differ by an order of magnitude, which considerably increases the uncertainty in future climate projections. Therefore we discuss, in how far a particular process or component of the carbon cycle can be identified, that potentially contributes most to the positive feedback. The discussion is based on simulations with a carbon cycle model, which is embedded in the atmosphere/ocean general circulation model ECHAM5/MPI-OM. Two simulations covering the period 1860–2100 are conducted to determine the impact of global warming on the carbon cycle. Forced by historical and future carbon dioxide emissions (following the scenario A2 of the Intergovernmental Panel on Climate Change), they reveal a noticeable positive climate–carbon cycle feedback, which is mainly driven by the tropical land biosphere. The oceans contribute much less to the positive feedback and the temperate/boreal terrestrial biosphere induces a minor negative feedback. The contrasting behavior of the tropical and temperate/boreal land biosphere is mostly attributed to opposite trends in their net primary productivity (NPP) under global warming conditions. As these findings depend on the model employed they are compared with results derived from other climate–carbon cycle models, which participated in the Coupled Climate–Carbon Cycle Model Intercomparison Project (C4MIP).

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O),是重要的人为温室气体排放源。基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH₄和N₂O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景（低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050年排放趋势和时空变化。结果表明：2005—2015年间污水处理厂温室气体排放量呈稳定增长趋势,CH₄从1135.37万t CO₂e上升至1501.45万t CO₂e,N₂O从2651.08万t CO₂e上升为2787.05万t CO₂e,年均增速分别为2.8%和0.5%。3种减排情景下,2020—2050年CH₄和N₂O排放量时间上呈先增后减趋势,低减排情景下CH₄和N₂O排放量分别于2036年和2025年达到峰值,分别为2431万和2819万t CO₂e;中减排情景和高减排情景下CH₄峰值点分别出现在2027和2025年,而N₂O排放峰值均出现在2025年。2050年中减排和高减排情景下CH₄排放量相较于低减排情景减排率约为47%和94%;2050年低减排、中减排和高减排情景下N₂O排放量相较于2015年分别减排了12%、53%和95%。CH₄和N₂O排放量在空间上差异显著,华东地区排放量高,西北地区排放量低,东南区域所在省份排放量整体高于西北区域省份。影响因素中的经济发展程度与温室气体排放量密切相关。