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ERL: 重新审视多年冻土碳反馈及经济影响

Zhu, Y., Wang, K., Jiao, W., & Xu, J. (2024). Revisiting permafrost carbon feedback and economic impacts. Environmental Research Letters, 19(3), 034040. doi: 10.1088/1748-9326/ad2b2b

导读

随着全球变暖，高纬度地区气候迅速变化，多年冻土的状态也在随之变化。多年冻土融化可能向大气释放温室气体，对气候系统产生正反馈。对多年冻土碳反馈的量化是向决策者和利益相关者传达多年冻土碳排放重要性以及实现可持续发展目标的关键一步。已有研究试图将多年冻土碳反馈纳入地球系统模型和综合评估模型以量化其反馈强度和经济影响，但对于多年冻土融化的描述可能过于简化而缺乏关键物理基础。bevictor伟德王康研究员团队在最新研究中将一个半物理的多年冻土碳循环模块集成到经典的DICE（Dynamic Integrated model of Climate and the Economy）综合评估模型中（图1），重新评估了多年冻土融化引起的碳反馈效应及经济影响。这项工作已发表于Environmental Research Letters期刊。

图1. DICE模型和多年冻土碳模块耦合示意图

研究结果

该研究发现，多年冻土退化释放的二氧化碳和甲烷会加剧气候变化并产生一定的经济影响。在DICE模型的基线情景下，到本世纪末从多年冻土中释放的碳总量约为30.5 GtC（图 2a）。每个时期的多年冻土碳释放量不同，21世纪末的释放速度要快于21世纪初，这可能是因为碳的分解周期较长。多年冻土释放的温室气体可能会增加辐射强迫进而引发气候增温的正反馈效应。根据我们研究结果估计，到本世纪末，多年冻土融化可能导致全球平均气温多升高0.038摄氏度（图 2b）。经济方面，基线情景下多年冻土碳反馈引起的气候损害在21世纪初很小，但随后开始迅速增加，到2100年损害值约为0.779万亿美元（图 3a），而多排放一吨温室气体的社会成本最高可增加0.95美元（约为0.5%）（图 3b）。此外，如果要达到代际间总福利最优的情景下，考虑多年冻土碳反馈效应则要求排放控制率（到本世纪末）增加0.68%（图 3c）。与前人研究结果相比，我们对多年冻土碳反馈的估计值较低（图 2），这表明利用多年冻土面积变化预测多年冻土碳反馈的方法可能存在一定的局限性；活动层厚度增加（多年冻土融化）导致的温室气体排放产生的碳反馈效应可能有限，应当更多关注多年冻土崩塌、野火等突变事件和非生长季的碳分解释放过程。

图2. 根据我们的方法（红色）、Kessler 的方法（橙色）和 Wirths 等人的方法（青色）预测的 21 世纪基线情景下的多年冻土碳反馈强度。(a) 多年冻土的累积碳排放量。(b) 额外升温，代表考虑多年冻土碳的模型与原始DICE模型对预测的全球温度异常值的差异

图 3. 21世纪多年冻土碳反馈对主要经济变量的影响预测。(a) 基线情景下，与DICE模型的原始结果相比，额外的气候损害。(b) 基线情景下社会碳成本的增加。(c) 优化情境下排放控制率的增加。

延展

我们的研究提供了一个新视角来重新审视多年冻土融化引起的气候反馈和相关经济影响。然而，未来多年冻土和气候变化的不确定性还有待进一步加强认识，比如野火、崩塌等快速变化过程。此外，人文社会经济系统的时空分辨率与自然过程的不匹配问题也是集成模拟工作中的一个重要障碍。这些方面的问题需要继续深入研究，以全面了解和解决多年冻土动态与气候系统的交互影响。

作者简介

第一作者：朱杨，bevictor伟德、地理信息科学教育部重点实验室2021级硕士研究生。主要研究方向为多年冻土与气候系统交互作用。

Email:51203901026@stu.ecnu.edu.cn

通讯作者：王康，bevictor伟德研究员。2015年于兰州大学获得博士学位，2016～2019年科罗拉多大学博尔德分校北极与高山研究所（INSTAAR）助理研究员（Research Associate），2020年至今bevictor伟德研究员，主要从事冻土与气候变化相关研究，包括寒区气候变化、土壤水热状态及其变化等。

Email: kwang@geo.ecnu.edu.cn