溫室氣體排放量的增加只是我們在地球上繼續(xù)存在的幾個(gè)嚴(yán)重的全球威脅之一，而減少溫室氣體排放是《巴黎協(xié)定》和聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等國際協(xié)議的核心。IIASA 研究人員與烏克蘭同事一起采取了一種新穎的方法來進(jìn)一步了解地球負(fù)擔(dān)及其由人類活動排放引起的動態(tài)。

為了更好地了解人類活動的負(fù)擔(dān)及其對地球的動態(tài)，特別是它與溫室氣體(GHG) 排放量持續(xù)增加和全球變暖的影響有關(guān)，來自 IIASA 和烏克蘭利沃夫國立理工大學(xué)的研究人員，從“應(yīng)力-應(yīng)變”的角度解決問題。超越傳統(tǒng)的教科書知識，該團(tuán)隊(duì)在他們的模型中引入了表征系統(tǒng)的三個(gè)參數(shù)：延遲時(shí)間、內(nèi)存和持久性。

系統(tǒng)建立記憶的能力可以理解為它在其自然機(jī)制內(nèi)做出反應(yīng)的能力，或者，如果記憶的建立受到限制，則可以理解為未來全球系統(tǒng)故障的衡量標(biāo)準(zhǔn)。隨著記憶達(dá)到高水平的利用，這種能力會大大下降。在這方面，作者指出，大約 60% 的地球記憶在 1959 年之前已經(jīng)被利用。持久性是指行星過程的鎖定程度，使得放松系統(tǒng)變得越來越困難。

在所有條件相同的情況下，這三個(gè)參數(shù)僅取決于地球系統(tǒng)的特征流變(粘彈性)行為，并允許對該系統(tǒng)進(jìn)行更深入、更新穎的洞察。研究人員將人造溫室氣體排放到大氣中，特別是二氧化碳(CO 2 ) 視為地球系統(tǒng)的壓力源，并根據(jù)壓力-應(yīng)變單位調(diào)查了地球的狀況。這一觀點(diǎn)超越了碳界通常采用的全球碳質(zhì)量平衡觀點(diǎn)，后者被廣泛稱為評估地球未來是否適合生命生存的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

研究人員從 1959 年至 2015 年期間化石燃料燃燒和土地使用產(chǎn)生的 CO 2排放造成的壓力開始，證實(shí)從全球觀察者的角度來看，大氣中的 CO 2濃度在此期間增加得相當(dāng)快。與此同時(shí)，據(jù)報(bào)道，自 1990 年以來，對流層大氣每十年變暖和膨脹約 15 至 20 米，而部分碳已(相當(dāng)緩慢地)鎖定在陸地和海洋中。大氣的膨脹和碳在所謂的碳匯中的吸收一起被稱為大氣-陸地和海洋碳系統(tǒng)的整體應(yīng)變響應(yīng)。

根據(jù)作者的說法，尚不清楚較慢的過程(匯吸收碳)與較快的過程(大氣膨脹)的可逆性和發(fā)散性如何。然而，眾所周知的是，前一個(gè)過程記住了后者的影響，后者在前面運(yùn)行。這導(dǎo)致研究人員提出了三個(gè)問題，即：這種全球規(guī)模的記憶——地球的記憶——可以量化嗎?損耗程度如何?而且，地球的記憶是否允許對其持久性進(jìn)行量化，推測兩者并不相互獨(dú)立?

為了回答這些問題，作者讓“記憶”可以追溯到 1850 年，假設(shè)在那之前人類活動的壓力為零。他們發(fā)現(xiàn)，自 1850 年以來，大氣、陸地和海洋系統(tǒng)在持久性方面逐漸被困住(即，放松系統(tǒng)將變得越來越困難)，而其建立記憶的能力已經(jīng)降低。伴隨著對記憶的利用，該研究發(fā)現(xiàn)，自 1850 年以來，持久性所針對的極限值增加了大約 2 到 3 倍，如果 CO 2排放量像以前一樣在全球范圍內(nèi)繼續(xù)釋放，預(yù)計(jì)還會進(jìn)一步增加。

“大氣、陸地和海洋碳系統(tǒng)比人們普遍認(rèn)為的要脆弱得多。根據(jù)我們研究中的應(yīng)力應(yīng)變洞察，我們預(yù)計(jì)大氣、陸地和海洋碳系統(tǒng)可能會被迫脫離其自然狀態(tài)。 2050 年之前，如果當(dāng)前的排放趨勢沒有立即和可持續(xù)地逆轉(zhuǎn)。這些見解獨(dú)立于任何外部目標(biāo)值，例如通過全球變化研究證明的溫度目標(biāo)，并表明應(yīng)對措施的時(shí)間窗口，包括緩解和適應(yīng)，比我們想象的要短得多，”該研究的主要作者馬蒂亞斯喬納斯說，他是 IIASA 人類-自然系統(tǒng)研究小組探索性建模的高級研究員。

作者指出，盡管他們的研究重點(diǎn)是大氣、陸地和海洋碳系統(tǒng)，但他們遵循的應(yīng)力-應(yīng)變方法不應(yīng)被視為基于質(zhì)量平衡的碳循環(huán)模型的附錄。相反，它應(yīng)該被視為一個(gè)獨(dú)立模型，屬于簡化但仍然具有洞察力的模型套件，為保護(hù)復(fù)雜的三維氣候和全球變化模型提供了巨大的好處，其中應(yīng)力-應(yīng)變模型目前不可用。