2024 年大气 CO₂浓度增速远超 1.5°C 目标，形势严峻

2024 年大气 CO₂浓度增速远超 1.5°C 目标，形势严峻

地球大气 CO₂浓度增长已超 IPCC 为控温 1.5°C 设定路径，2024 年增速达记录高位，因排放创新高与土地碳汇减弱，远超预期，未来控温形势严峻。

地球大气中二氧化碳（CO2）浓度的增长速度现已超出政府间气候变化专门委员会（IPCC）为将全球变暖限制在1.5°C以内所设定的路径。

夏威夷毛纳罗亚（Mauna Loa）观测站的最新数据揭示了这一趋势。该观测站已持续监测大气CO2浓度超过60年。

2024年，大气CO2浓度的年增速达到有记录以来的最高水平之一。

由于人类活动排放的CO2和其他温室气体，全球温度较工业化前水平已上升约1.3°C。

若想实现《巴黎协定》中将升温控制在1.5°C的目标，大气中CO2及其他温室气体的累积需先减速至停滞，随后转为净减少。

然而，大气CO2浓度的上升仍然没有放缓的迹象。

1.5°C路径

IPCC第六次评估报告（AR6）第三工作组于2022年发布的报告中提出了七种“示范路径”（illustrative pathways），展示了各个经济部门通过采取不同减排措施，对未来温室气体排放及全球气温的影响。

在其中三个最具雄心的路径下，全球升温有50%的概率保持在1.5°C以下，或在仅过冲0.1°C（大概持续几十年）后，再回落至1.5°C以下：

• 转型路径（IMP-SP）：在向可持续发展更广泛转型的背景下实施减缓措施，包括减少社会经济不平等和逐步淘汰化石燃料。
• 低需求路径（IMP-LD）：以大幅降低能源需求为核心，并逐步淘汰化石燃料。
• 可再生能源路径（IMP-Ren）：未来严重依赖可再生能源。

如表所示，在这三种情境下，大气CO2浓度的积累速度将从2010年代的年均2.41ppm（parts per million per year），放缓至2020年代的年均1.33-1.79ppm。

随后，增量将进一步放缓，并在2030年代或2040年代转为下降。换言之，大气中的CO2水平将真正开始减少。

2024年CO2大幅上升

然而，大气中CO2浓度不仅仍在上升，其增长速度甚至在加快。

自1958年以来，夏威夷毛纳罗亚观测站一直在监测大气中的CO2积累情况。

如下方著名的基林曲线（Keeling Curve）所示，由于燃烧化石燃料和改变土地利用方式不断排放CO2，几十年来CO2浓度上升的速度一直在加快（蓝线）。

因此，虽然为了将全球变暖限制在1.5°C以下，曲线需要迅速转为下降（浅红色线），但CO2的增速仍然持续上升。

截至2024年的毛纳罗亚月度CO2浓度观测数据（蓝色），以及与将全球变暖限制在1.5°C目标一致的IPCC C1-IMP-SP情景（浅红）。图中还显示了英国气象局对2025年的预测（红色）。

下表列出了毛纳罗亚观测站记录的CO2浓度年增长的十年平均值。2020年代前半期的年均增长为2.58ppm，比IPCC预测的1.5°C兼容情景（IPCC 1.5C-compatible scenarios）所能接纳的增长高出44%至94%。

事实上，毛纳罗亚观测站记录在2023-2024年，CO2浓度增加了3.58ppm，这是有记录以来最大的增幅。

自2003年开始通过卫星监测的全球平均CO2浓度水平也在去年也出现了大幅上升， 达到2.9ppm，这是仅次于2015-2016年的最高的年度记录。

（虽然毛纳罗亚的CO2增长趋势在长期内与全球趋势一致，但在短期内，它也会受到局部效应的影响。例如，如果有火灾发生在毛纳罗亚的上风方向或同一半球，其监测到的CO2浓度会在由火灾带来的CO2充分扩散到全球之前出现暂时的波动。）

2024年，全球CO2排放量也创下历史新高，但另一个关键因素是自然土地碳汇（land carbon sinks）显著减弱，使更多排放的CO2留在了大气中。

土地碳汇的减弱至少在一部分程度上与2024年初的厄尔尼诺现象有关。厄尔尼诺事件会改变全球的天气模式，使热带许多地区变得更炎热和干燥。

这会导致植被生长不良，同时土壤分解和野火释放出更多碳，从而使土地生态系统从大气中吸收的碳量少于正常水平。

随着厄尔尼诺现象的消退，气候条件逐渐向相反的拉尼娜模式转变，自然土地碳汇预计将在一定程度上恢复。

因此，我们英国气象局做出对毛纳罗亚CO2浓度的预测认为，2024-2025年的CO2浓度增加将比2023年至2024年少。预计升幅为2.26ppm（不确定范围为±0.56ppm），比没有拉尼娜现象影响时的预期增速略低。

然而，即便如此，这一增长速度仍然过快，无法维持贴合IPCC1.5°C兼容情景的轨迹。下图显示了自1995年以来毛纳罗亚CO2水平的年变化（蓝线），以及2025年预测值（红点）如何超出符合1.5°C情景的路径（灰色区域）。

将大气中CO2浓度的近期和预测年度变化与将全球变暖限制在1.5°C的说明性情景进行比较。浅蓝色细线：根据观测数据得出的毛纳罗亚观测站CO2浓度年度变化。中蓝色细线：利用浓度、排放量和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）之间的统计关系重建的毛纳罗亚CO2浓度年度增量。带有垂直误差线的红点：2025 年预测增量。深蓝色粗线和深蓝色点：不受ENSO影响的估计增量。灰色阴影：C1-IMP-SP 情景下模拟的CO2浓度，该情景将全球变暖限制在1.5°C，可能性>50%。

超出预期的增速

2024年CO2浓度异常激增的具体原因尚未完全明确，但较弱的土地碳汇似乎是关键因素之一。

我们曾预测，受厄尔尼诺现象影响，2023-2024年毛纳罗亚观测站的CO2浓度增长将达到2.84ppm（±0.54），高于过去十年的平均水平。我们还认为，这可能成为有记录以来最快的年增幅。

然而，实际测得的CO2浓度增长为3.58ppm，远超预期。这一数值超出了我们预测的不确定范围上限——该范围理论上应覆盖95%的预测值。

尽管2024年化石燃料燃烧和森林砍伐产生的碳排放量也创下历史新高，但这仍无法完全解释预测值与实际观测之间的差距。

我们的预测方法将前一年的全球碳排放量作为输入参数之一。2024年的碳排放量估计为11.3GtC，略高于预测中采用的2023年数值（11.1GtC）。（注：1GtC=10亿吨碳）

这0.2GtC的差异相当于大气中约0.09ppm的CO2浓度。因此，即使我们在预测中采用更高的排放值，观测到的增速仍然会超出我们的不确定性范围。

由此可见，这种偏差必然与自然碳汇的减弱有关——其程度甚至超过了2023-2024年厄尔尼诺现象导致的预期碳汇弱化。

土地碳汇进一步弱化

科学家们已经确认，2023年的土地碳汇异常薄弱，全球极端高温是其中的一个重要因素。

2024年比2023年更热，而且是首个全年温度较工业化前水平升高超1.5°C的日历年。可以预计，这一年的气候条件再次导致全球土地碳汇弱化。

与此同时北美和南美——包括加拿大等通常不受厄尔尼诺影响的地区——均在2024年出现高温及异常严重的火灾，且火灾持续时间超出了厄尔尼诺的作用周期。

2024年1-9月，全球火灾带来的排放量估计为1.6-2.2GtC，较2014-2023年同期平均值高出11-32%。

此外，北半球由火灾带来的排放量每年可达0.5-0.6GtC，比2014-2023年全球的均值高26-44%。这也许解释了为什么位于北半球的毛纳罗亚观测记录的CO2浓度显著高于全球平均水平。

火灾带来的部分排放可能已计入上述土地利用排放的估算中，但具体比例尚无法量化。尽管如此，大范围的火灾很可能是2024年大气CO2浓度激增的推手之一，需进一步分析以确定其影响大小。

气候变化本身也可能在增加火灾排放方面发挥了作用。

例如，巴西潘塔纳尔湿地（Pantanal wetlands）在2024年6月发生了“史无前例”的大规模野火。人类活动造成的全球变暖让该事件发生的可能性增加了四到五倍。

尽管土地碳汇总体上会随着CO2浓度的上升而增加，但地球系统模型（ Earth system model）的预测早已表明，持续的全球变暖会削弱这一趋势，使更多的人为导致的排放留在大气中。

计算表明，这种情况近年来已经在发生。因此一个关键问题是，过去两年是否出现了碳汇加速减弱的趋势。若自然碳汇的弱化程度超过预期，抑制大气CO2浓度上升的难度将进一步加大。

另一方面，我们历史上有几年的CO2预测与实际结果之间，也曾出现与2024年相当的预测偏差。例如，2003年尽管没有厄尔尼诺，但由于西伯利亚发生了大火，毛纳罗亚记录的CO2浓度还是出现了大幅上升。因此，2025年是否会继续出现高于我们预期的CO2增长，或者证明2024年的大幅过冲只是暂时现象变得尤为重要。

随着全球变暖持续，极端高温事件将变得更加频繁和剧烈，类似2023和2024年的情况或对全球碳循环产生愈发深远的影响。

火灾对气候变化的影响与我们模型的预测一致，这表明全球性的火灾已经削弱了土地碳汇。未来对全球碳循环的监测将会进一步验证这一结论是否正确。