Nature：气候变化中超过临界点

导语

以前的研究报告称，对于关键的临界要素（如冰盖融化）来说，全球变暖的阈值比工业化前的条件低。如果是这样，当代的高升温率意味着超过这些阈值几乎是不可避免的，这被广泛认为意味着我们现在致力于遭受这些临界事件。在这里，此研究中表明这种假设可能是有缺陷的，特别是对于快速变化的气候中缓慢发生的临界要素（如大西洋经向翻转环流的崩溃）。最近发展的理论表明，如果过冲时间与临界要素的有效时间尺度相比很短，则可能暂时超过阈值而不引起系统状态的变化。

Paul D L Ritchie| 作者

气象汇| 来源

论文标题： Overshooting tipping point thresholds in a changing climate 论文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-021-03263-2

古记录表明，气候系统有临界点，在这些临界点上，微小的强制力变化会对地球系统的组成部分 （即临界要素） 造成实质性的、不可逆转的改变。随着大气中的温室气体浓度因化石燃料燃烧而继续上升，人类活动也可能触发临界点，其影响将难以适应。以前的研究报告称，对于关键的临界要素 （如冰盖融化） 来说，全球变暖的阈值比工业化前的条件低。如果是这样，当代的高升温率意味着超过这些阈值几乎是不可避免的，这被广泛认为意味着我们现在致力于遭受这些临界事件。在这里，此研究中表明这种假设可能是有缺陷的，特别是对于快速变化的气候中缓慢发生的临界要素 （如大西洋经向翻转环流的崩溃） 。最近发展的理论表明，如果过冲时间与临界要素的有效时间尺度相比很短，则可能暂时超过阈值而不引起系统状态的变化。为了证明这一点，考虑了具有规定阈值的临界要素的简单模型，该模型由全球变暖轨迹驱动，在全球变暖水平比工业化前水平高1.5摄氏度之前，全球变暖轨迹达到顶峰，然后恢复稳定。这些结果强调了在评估与过冲临界点阈值有关的风险时考虑时间尺度的重要性。

多临界点的安全过冲边界

彩色的上方和右侧表示无法避免的临界，下方和左侧表示每个临界要素的安全区，

灰色填充区表示所有临界要素的安全区域，不同灰色填充区表示所有临界要素阈值降低0.1度的安全区边界

分析显示，对于许多气候临界点来说，有可能暂时越过一个阈值而不触发临界到一个不同的系统状态。这一发现对于潜在的缓慢发生的临界要素尤其重要，如冰盖融化或海洋大气层的崩溃。因此，对于缓慢发生的临界要素无法返回的点，不是阈值，而是超过了阈值的一些点。这个点超出阈值多远，由三个因素决定：(1)系统的有效时间尺度，(2)全球变暖能以多快的速度减少，(3)变暖稳定在什么水平。

此研究对四个气候临界要素使用了简单模型，根据以前的研究，在每种情况下都有规定的阈值选择。特别是，除了季风模型外，所使用的模型是具有单一时间尺度的一阶模型。需要进一步的工作来证明类似的行为存在于更复杂的模型中，在这些模型中，多个变量在多个时间尺度上起作用，围绕阈值的动态变化更为复杂。研究以Steffen等人发表的中心估计为假设，并特别关注这些规定阈值上的时间尺度的影响。最早达到阈值的临界点也是时间尺度最长的临界点 （冰盖融化） ，而速度更快的临界点往往有更高的阈值 （例如，亚马逊森林枯萎） 。这意味着峰值变暖的安全水平由较快发生的临界点设定，但安全的稳定变暖水平则由较慢发生的临界点设定。

此研究单独考虑了每个临界要素的安全和不安全边界。然而，最近有人提出，临界要素是耦合，并且可能存在临界级联。临界要素之间的时间尺度和耦合强度可能会导致整体阈值降低。因此，需要进一步研究，以计算耦合临界要素的 "安全 "过冲值。

这项研究强调了在不断变化的气候中可能的临界点的时间尺度的重要性。缓慢发生的临界要素允许暂时超标，而不触发临界到不同的系统状态。因此，对任何临界点阈值的接近速度，以及一旦超过该阈值为扭转变暖而采取的任何行动，都将决定我们的气候是否仍然处于安全水平。

以上内容是根据原文摘要和讨论及正文部分内容的编译，如有不当之处敬请指正。

复杂科学最新论文

集智斑图顶刊论文速递栏目上线以来，持续收录来自Nature、Science等顶刊的最新论文，追踪复杂系统、网络科学、计算社会科学等领域的前沿进展。现在正式推出订阅功能，每周通过微信服务号「集智斑图」推送论文信息。扫描下方二维码即可一键订阅：

• Nature警告：全球气候变暖将造成生物多样性断崖式下降
  

• 全球气温升高1.5°C还是2°C，这个世界大不同

• 盖亚假说：地球是一个生命体吗？
  

• PNAS前沿：悲观预测50年后全球气候，35%的区域不再宜居
  

• 
  

  加入集智，一起复杂！