我系王戎课题组发表Nature论文,揭示全球未来能源、技术、气候、农业的相互作用和反馈机制

发布时间:2022-09-08  浏览次数:13

       技术进步是气候变化应对和适应的重要手段,然而,当气候变化会影响未来技术时,过度依赖未来的能源技术可能会错过当今减排的最佳时间。我系青年研究员王戎的气候变化研究团队在《自然》杂志上发表论文《Delayed use of bioenergy crops might threaten climate and food security》。这项研究发现,当依赖生物质能源结合碳捕获与封存技术(Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS)的全球大规模减排行动推迟到2050年以后,由于受气候变化的影响,农业可提供给BECCS的生物质产量下降,导致依赖生物质能源作物的负碳减排技术即使采用最高的实施强度,仍然可能无法在2200年实现巴黎协定2°C的温控目标。这一项研究通过发现的农作物亩产量减少与气候变化的正反馈关系,强调了开展早期减排的重要性——即需要避免由于依赖未来的负碳减排技术导致无法挽回而由此产生全球变暖导致的全球粮食风险。

       巴黎协定将本世纪末气候变暖的目标限制在2°C以内。为达到该目标,许多未来减排情景假设在本世纪下半叶,即在前期放缓减排步伐、甚至多排放一点,短期内超过既定的温度目标(称为“过冲”,英文为“overshoot”),然后通过实施大规模负碳减排技术如BECCS实现短时间气候减排,作物秸秆是清洁的生物质能源的重要来源,而秸秆生物量的多少受气候变化的影响。当全球大规模气候行动推迟时,未来农作物亩产量受气候变化的影响增加,可提供BECCS的生物质(主要为作物秸秆)产量下降,从而削弱BECCS的减排潜力,同时粮食减产导致需要农业土地的面积扩大,农业土地的温室气体排放增加,进一步加剧气候变暖后果。这种气候变化与BECCS减排潜力的反馈机制在目前的综合评估模型(IAMs)中被忽略,而该反馈机制对评估农业-气候变化的相互作用、认识气候-经济耦合系统中的气候变化临界点,以及评价各国为达到巴黎协定气候目标制定的减排承诺的有效性,有重要的科学意义。

       王戎课题组考虑了能源、技术、气候、农业、贸易、社会经济系统的相互作用,首次将气候变暖与BECCS减排潜力的反馈机制引入地球系统模型,评估了2030-2100年期间不同时间段启动实施大规模的BECCS负碳技术对减缓气候变化的效用。在地球系统模型中引入基于BECCS的负碳减排技术,使用全球观测资料校准了农作物亩产量对生长季节平均气温、大气CO2浓度、氮肥施肥强度和降水的响应关系,建立全球的未来社会经济情景大数据集,在共享社会经济路径减排的基础上,考虑了在2030-2100年的不同时间段启动实施大规模的BECCS负碳技术和其他低碳技术,考虑了拓展农业土地、增强氮肥施肥强度、提高施肥效率、植树造林、国际粮食贸易等综合性方案,全力满足未来的全球粮食需求的情况下,评估了在2030-2200年期间,由于推迟减排导致BECCS减排潜力下降的反馈作用对未来全球增温和人均每日卡路里的影响。

       研究结果表明,负碳减排技术的反馈对未来气候变化的长期趋势存在显著影响,由于受气候变化的负面效应,粮食产量和BECCS减排潜力同时下降,导致无法实现巴黎协定的2°C目标。当大规模BECCS的减排行动的启动时间从2040年、2050年推迟到2060年时,在2200年是否考虑该反馈机制对全球增温的效应影响的差异将分别达到为0.3,0.6和0.8°C。当BECCS从2040年推迟到2060年开始实施,可用于负碳生物质技术的农业秸秆和能源作物的亩产量受气候变化影响下降,导致在2200年的全球增温从1.7°C增加到3.7°C,人均每天食品卡路里从2.1 Mcal降低到1.5 Mcal。

       该论文第一作者为我系硕士研究生徐思清,青年研究员王戎为通讯作者,复旦大学张人禾教授(中国科学院院士)、陈建民教授(欧洲科学院院士)、汤绪教授、王琳教授为重要共同作者。

©Nature

Nature | doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05055-8


供稿:王戎课题组

编辑:薛睿彬

审核:张立武