當(dāng)你和你的愛人伴著婚禮進行曲交換戒指，許下陪伴一生的諾言，在這個時候如果我們預(yù)測未來，那么有很大的概率在未來半個世紀(jì)，你和你的愛人將攜手共同度過，這就是commitment（承諾、保證等意思）。當(dāng)然，人的社會屬性給予了你們反悔的機會，你可以離婚。

今天，小編想和大家聊一聊人類和自然界的commitment：人類過去百年不斷排放溫室氣體，不可逆的改變了大氣成分，2018年大氣中的二氧化碳（CO2）濃度已經(jīng)跨過410ppm門檻，遠超1850-1990年間280ppm的量。那么，這些已經(jīng)在大氣中的過量的溫室氣體是否可以對未來有何意義？是否可預(yù)測未來的氣候變化？這就是全球變化commitment相關(guān)研究的核心問題。

地表溫度

我們先從地表溫度開始說起。

人類和大量各種動植物生活在地表，地表溫度變化對人類和社會發(fā)展有重要意義，也是目前各種氣候變化政策設(shè)置的目標(biāo)變量：比如《巴黎協(xié)定》設(shè)置的目標(biāo)是努力把全球平均氣溫上升幅度控制在2℃以內(nèi)，并努力實現(xiàn)1.5℃控溫目標(biāo)。那么，我們就想知道地表溫度對溫室氣體的響應(yīng)如何：給定的溫室氣體升高何時會造成溫度變化、對應(yīng)多少溫度上升？

科學(xué)家很久以前就發(fā)現(xiàn)，地表溫度對溫室氣體變化響應(yīng)很快（很快的意思是10年內(nèi)的尺度），基本是實時的響應(yīng)。這個實時的響應(yīng)也很好理解：中午太陽大的時候氣溫就高、太陽一落山晚上氣溫就降下來了。原因是大氣和陸地比熱容比較低，存儲不了熱量，所以給定外源***的情況下氣溫變化很快。

圖1.地表溫度（紅色）和海平面變化（綠色）對CO2排放（黑色）的不同響應(yīng)概念圖。CO2不斷排放使得大氣中累積CO2（藍色線）。圖自IPCC-TAR,2001。

圖1為地表溫度（紅色）和海平面變化（綠色）對CO2排放（黑色）的不同響應(yīng)概念圖。可以看到隨著CO2排放高時，溫度上升快；排放降低時升溫較慢。這導(dǎo)致大氣中累積的CO2濃度和地表溫度變化有很好的對應(yīng)關(guān)系（藍色和紅色）:當(dāng)溫室氣體含量穩(wěn)定時，溫度也維持穩(wěn)定。

一個更直觀的圖是圖2：地表溫度（縱軸）和累積溫室氣體排放（橫軸）的實時對應(yīng)關(guān)系。不要管圖里的各種細節(jié)，你會發(fā)現(xiàn)，二者基本是呈線性關(guān)系：大概500Gt的碳排放會對應(yīng)1℃的平均溫度上升。因為這個圖是統(tǒng)計二者實時的關(guān)系，表示排放500Gt碳，就立刻會使得溫度上升1℃。

圖2.地表溫度（縱軸）和累積溫室氣體（CO2）排放（橫軸）的關(guān)系。黑色為過去百年觀測數(shù)據(jù)，不同顏色的線和圈表示基于氣候模型在不同未來溫室氣體排放情景（不同RCP）下二者的關(guān)系。溫度單位是攝氏度（oC），溫度氣體累積排放單位為（GtC：109噸碳，橫軸）圖自IPCC-AR5決策者摘要。

上述“實時響應(yīng)”導(dǎo)致的一個基本的事實是：過去的排放決定了過去的溫度上升：自工業(yè)革命以來的大氣溫室氣體排放使得過去氣溫不斷攀升，累積到現(xiàn)在就使得現(xiàn)在的氣溫達到了1℃的升溫（IPCC1.5℃特別報告）。所以，現(xiàn)在達1℃的升溫“罪魁禍?zhǔn)住敝饕前l(fā)達國家，因為他們過去的排放最多。

而“實時響應(yīng)”的另一個基本的事實是：未來的溫度變化就主要取決于未來的排放，所以未來要達到《巴黎協(xié)定》設(shè)置的目標(biāo)：最多只能再升溫1℃，就必須要求最多只能再有大概1000GtC的碳排放。所以，《巴黎協(xié)定》已經(jīng)限定了未來人類能夠用掉多少化石燃料，排放多少碳！換句話說，《巴黎協(xié)定》已經(jīng)限定了未來人類基于化石燃料的經(jīng)濟發(fā)展量，這也是為什么人們一般都說氣候變化問題到最后都會變成社會經(jīng)濟問題。

雖然控制了未來總的溫室氣體排放量,但人類可以控制什么時候完成給定額度的碳排放：我們可以盡快開始減排，然后緩慢減排（圖3藍色線），只要本世紀(jì)累積排放不超過約1000GtC的碳就好。我們也可以維持現(xiàn)在的發(fā)展和高溫室氣體排放，到某一個時間迅速減排（圖3紅色線），也可保障本世紀(jì)總的碳排放不超過1000GtC。

這就是科學(xué)家們提出的不同的未來社會經(jīng)濟發(fā)展路徑，但如何實現(xiàn)、哪些方式最佳依然需要社會經(jīng)濟學(xué)家研究。但迅速的減排對應(yīng)的是社會經(jīng)濟的非常快速的轉(zhuǎn)型，這幾乎是不可以實現(xiàn)的。

科學(xué)上有一個概念叫做社會慣性（socialinertia），社會變化一定是要緩慢和漸進的:你能想象明年讓所有的工廠全部關(guān)掉嗎?想象明年讓所有的燃油車全部變成電車嗎？這是不現(xiàn)實的。

圖3.為了達到2℃控溫目標(biāo)，人類未來可行的的二氧化碳排放路徑（不同顏色的線）。圖自RobbieAndrew，調(diào)整自***間氣候變化專門委員會1.5度特別報告。

綜上，由于地表溫度的實時的響應(yīng)，使得其幾乎不存在commitment：未來的變化只取決于未來的排放。但是，過去的變化已經(jīng)導(dǎo)致了現(xiàn)在1度的升溫，這是另一個概念，叫做“不可逆性”，人類已經(jīng)通過改變大氣成分，不可逆改變了地球的物理屬性。

海洋

海洋又是另外一個故事：海洋因為其比熱容比較大、且體積很大，其對外源強迫的響應(yīng)是“滯后和緩慢的”。一個簡單的例子是：夏天海邊的城市氣候比內(nèi)陸城市舒爽的多，如果你想去海邊游泳，最好的時間是在夏天結(jié)束和秋天開始的時候，海溫的最高峰要比氣溫要滯后一些。這就是因為海洋對外部強迫的“滯后響應(yīng)”的緣故。

再回過頭看圖1的概念圖，隨著CO2排放停止，地表溫度維持穩(wěn)定，然而海平面依然在不斷上升。這一方面是由于海洋溫度的滯后響應(yīng)，使得未來海洋溫度的變化依然受到過去溫室氣體排放的影響；另一方面是兩極冰蓋等對溫室氣體的響應(yīng)也是存在滯后，使得未來冰蓋的融化也受到過去溫室氣體排放的影響。

因為“滯后響應(yīng)”，一個悲傷的事實是：就算現(xiàn)在人類社會現(xiàn)在實現(xiàn)零碳排放，未來海洋依然會持續(xù)變暖、海平面會持續(xù)上升。

這是真正的commitment：人類排放溫室氣體，海洋反饋給我們一個世紀(jì)的“諾言”，海洋將至少在本世紀(jì)不斷變暖、海平面不斷上升。這種持續(xù)變化的時間尺度在幾個到十幾個世紀(jì)之間，也即是說“短期內(nèi)不允許離婚”。

圖4.過去（1955年至今）和未來預(yù)估（2018-2100年）海洋熱含量變化（海洋上層2000米海水溫度的累積變化）。給出了2個溫室氣體排放情景下的未來海洋變暖預(yù)估：RCP2.6為可能達到《巴黎協(xié)定》的2度控溫目標(biāo)（紫色，66%幾率達到2度控溫目標(biāo)）；RCP8.6為維持高溫室氣體排放（紅色）。圖自Chengetal.2019。

圖4為未來預(yù)估的海洋溫度變化，紫色是人類如果達到《巴黎協(xié)定》的2℃控溫目標(biāo)下海洋溫度的變化（即RCP2.6情景，Chengetal.2019）。可以看到，就算地表溫度控制在2℃內(nèi)，海洋溫度依然不斷攀升，21世紀(jì)海洋變暖的總量將是過去60年的3倍。

而如果人類不加控制，維持高溫室氣體排放（即RCP8.5），過去和未來的溫室氣體共同作用在海洋，21世紀(jì)海洋變暖總量將是過去60年的6倍！悲傷的是：最近幾年的溫室氣體排放基本是是沿著RCP8.5的路徑走的。

預(yù)估的未來的海平面變化在圖5：海平面在未來也將持續(xù)上升，相對于現(xiàn)在的水平，RCP2.6情景下2100年平均海平面將上升0.45米，RCP8.5情景下2100年平均海平面將上升0.75米。海平面上升一個原因是海水變暖膨脹，另一個原因是冰川融化使得海洋水量增多。

未來冰川融化預(yù)估不確定性更強，因為其變化不是線性的，可能存在突變：一個簡答的例子是如果冰雪附近溫度低于0℃，其處于冰凍狀態(tài)；一旦跨過0℃，將會融化。因此，0℃就是冰雪融化一個非線性的“突變點”（tippingpoint）。

人類對海洋和冰雪圈的“突變點”目前還知之甚少，不知道未來是否、或何時會達到這么一些點，使得全球氣候系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的突變。

圖5.未來預(yù)估（2010-2100）海平面變化。給出了2個溫室氣體排放情景下的預(yù)估（RCP2.6：藍色；RCP8.5：紅色）。圖自IPCC-AR5決策者摘要。

海洋的“commitment”導(dǎo)致很難把海洋的變化當(dāng)做制定政策的指標(biāo)，因為不管何種政策，海洋會在21世紀(jì)持續(xù)變化、海平面持續(xù)上升，這就顯得過于悲觀:不管人類做什么都于事無補。這就是為什么《巴黎協(xié)定》等將控制氣溫作為政策指標(biāo)的原因。還記得在2000-2010年的時候，包括Nature在內(nèi)的很多平臺都在討論到底用什么當(dāng)政策指標(biāo)比較好，有人提出了用海洋熱含量，但主要反對意見就是海洋對過去排放的“commitment”，因此是一個不甚清晰的指標(biāo)。著名的氣候變化博客RealClimate當(dāng)時專門寫了一個小文（雖然一些討論我現(xiàn)在不贊同）。

綜上,由于過去的溫室氣體排放,海洋和人類已經(jīng)許下”承諾”,且不可能”離婚”!誰的責(zé)任?所有人的責(zé)任！！給人類的警示是：《巴黎協(xié)定》目標(biāo)只是氣候變化的一個側(cè)面（就已經(jīng)那么難實現(xiàn)了~），就算達到《巴黎協(xié)定》控溫目標(biāo)，全球變暖的影響和風(fēng)險依然在持續(xù)，人類已經(jīng)處于需要不斷適應(yīng)氣候變化的“人類世”！大幕已經(jīng)拉開！你準(zhǔn)備好了嗎？你為你的下一代準(zhǔn)備好了嗎？

注：commitment在全球變化中有不同的含義，不同的溫室氣體均有不同的commitment（參考IPCC-1.5℃報告第一章1.2.4）；各個國家對未來減排的計劃等也稱作commitment。本文只講commitment的其中一個含義。

來源：中國科學(xué)院大氣物理研究所

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