近年来，世界各国、企业和机构纷纷设定“净零”二氧化碳排放目标，并呼吁开展碳移除。
二氧化碳及其他温室气体的排放很难去除，成本也非常高。
一项新研究发现，以碳移除来抵消二氧化碳排放，可能导致与避免该排放不同的气候结果。
该研究的作者、气候科学教授卡斯滕·齐克费尔德解释了为何二氧化碳移除与减少二氧化碳排放并非等量且方向相反。
近年来，世界各国、企业和机构纷纷设定“净零”排放目标，作为应对气候变化努力的一部分。
实现二氧化碳（CO2）零排放以阻止全球平均气温上升这一要求源于二氧化碳在大气中滞留的时间很长，以及海洋的反应速度较慢。
但“净”的含义是什么？其逻辑在于，残余的二氧化碳排放——以及其他难以或成本极高才能消除的温室气体——可以通过直接从大气中移除二氧化碳并将其长期封存。
这可以通过增强天然碳“汇”来实现，即从大气中移除二氧化碳，例如通过种树或恢复泥炭地和红树林。从大气中移除二氧化碳的其他方式还包括从生物能源设施中捕集二氧化碳或采用工程方法，直接捕集二氧化碳，从大气中捕集，并将其封存于地下或制成产品。
在平衡二氧化碳排放与二氧化碳移除时，一个常见的假设是“进一吨，出一吨”，即气候系统对二氧化碳排放和移除的响应是“对称的”。
但这一假设从未经过检验。虽然对于较小规模的排放和移除，它可能是合理的，但由于地球系统的非线性特征，人们认为它在较大规模的排放和移除情形下不太可能成立。
在一篇新论文中，该论文发表于Nature Climate Change，我和同事们证明，气候对排放和移除的响应实际上是“不对称的”，即二氧化碳排放引起的碳循环与气候响应，并不等同于相同规模二氧化碳移除所产生的相反响应。
二氧化碳排放与移除
我们选择使用全球气候模式（中等复杂程度，对部分气候系统组成部分进行了简化表示），并以较粗的空间分辨率运行，而非完整复杂度的模式。
此类模式的优势在于运行速度更快，因此可以开展更多、更长时间的模拟。在本研究中，额外的优势是该模式不包含由诸如厄尔尼诺和拉尼娜等现象引起的大气变率。这使得在地球对二氧化碳变化的响应中更容易探测到“信号”。
我们以瞬时“脉冲”形式对模式施加二氧化碳排放与移除，其碳量范围为1000亿至5000亿吨（吉吨，GtC），相当于当前全球年度二氧化碳排放量的约10至50倍当前全球年度二氧化碳排放量。
瞬时排放与移除的施加是一种“理想化”的实验方式，但在气候科学中这是标准做法，因为气候与碳循环响应已被证明与排放或移除的速率无关。我们以100GtC作为最小脉冲规模，因为这是能够探测到温度信号的最小强迫量。即使对于本研究所用的模式（其排除了大气变率），情况依然如此，因为耦合的海洋-海冰-大气系统中仍存在变率。
基于这些模式模拟，我们发现大气中二氧化碳浓度的变化是不对称的。
您可以在下图中看到这一点，该图展示了在排放（实灰线）或移除（虚灰线）200GtC后，大气二氧化碳浓度模拟变化的一个示例。蓝线代表两者之差，该差值略为正，这表明排放后大气二氧化碳浓度的上升幅度，大于相同规模移除后的下降幅度。
这种不对称性随二氧化碳排放或移除量的增加而增大，从100GtC排放与移除时的3%，增至500GtC排放与移除时的18%（相对于排放或移除后100年大气二氧化碳的变化）。
这一发现表明，若要保持大气二氧化碳浓度不变，则需要额外的二氧化碳移除来抵消排放。换言之，以相同规模的二氧化碳移除来平衡二氧化碳排放，其结果将使大气二氧化碳浓度高于一开始就避免该排放的情形。
大气二氧化碳浓度的不对称性源于陆地与海洋碳汇对二氧化碳排放和移除的响应方式不同。决定这些碳汇反应的若干关键过程是非线性的。
例如，二氧化碳施肥效应，即植物在大气二氧化碳浓度升高时产生更多生物量，在较高大气二氧化碳水平下趋于饱和。此外，海洋缓冲多余二氧化碳的能力（这对海洋从大气中吸收额外二氧化碳至关重要）在较高大气二氧化碳水平下会减弱。由于这些及其他非线性过程，排放与相同规模移除所引起的大气二氧化碳浓度变化并不相同。
世界经济论坛在自然气候解决方案方面开展了哪些工作？
当今世界正面临相互交织的环境危机：自然遭受的破坏正在加速，以及气候变化。
自然气候解决方案（NCS）即投资于保护和土地管理计划，以增加碳储存并减少碳排放，是应对这两场危机的重要途径，并能带来额外的环境和社会效益。
论坛的Nature and Net Zero报告证实，NCS有望在2030年前为实现1.5°和2°路径提供三分之一的气候减缓，且成本低于其他形式的二氧化碳移除。本报告以自愿碳市场扩展工作组的建议为基础，并确定了六项行动，以加快高质量NCS的规模化推广，并通过企业领袖、政策制定者和民间社会的共同努力开启市场。
为促进合作，2019年，论坛与世界可持续发展工商理事会共同设立“自然气候解决方案联盟”，旨在召集公共和私营部门利益相关方，以确定对NCS投资的机遇与障碍。
NCS联盟成员组织提供了专家意见，共同编制了《企业自然气候解决方案》，这是一份关于企业如何可信地使用NCS信用的高层指南。
请与我们联系，加入我们释放自然力量的使命。
气温
地表气温又如何？结果表明，气温对排放和移除的响应，其不对称性较小。例如，在200GtC排放或移除100年后，气温失衡为2%，而大气二氧化碳为7%。
其原因在于，碳循环中的非线性被另一种非线性过程所抵消，即大气二氧化碳变化对地球辐射平衡的影响，该影响在较高大气二氧化碳水平下会减弱。因此，大气二氧化碳排放增加所产生的辐射效应，小于相同规模的二氧化碳减少所产生的效应。
下图显示了对200GtC排放（实灰线）和移除（虚灰线）的全球地表气温响应。两者之差（蓝线所示）表明，气温不对称性的符号与大气二氧化碳浓度不对称性相反：排放后的气温升高幅度略小于相同规模移除后的降温幅度。
然而，有理由认为，气温不对称性的符号将取决于用于模拟的气候模式。二氧化碳排放与移除的气温响应，除了由上述二氧化碳辐射效应决定外，还取决于海洋对热量的吸收和气候反馈。这些过程的综合作用在多大程度上抵消了碳循环响应中的非线性，可能因模式而异。
在现实世界中
那么，本研究发现的不对称性，是否对现实世界中二氧化碳排放与移除的平衡方式具有启示意义？
尽管本研究所用的高达500GtC的总排放与移除量，与文献中的情景一致，但在这些情景中，排放与移除同时发生，而非在各自独立的二氧化碳排放与移除“世界”中发生。
由于分别施加排放与移除，我们的模式模拟中大气二氧化碳浓度的分化比现实世界中更为明显，从而放大了不对称性。
然而，碳循环与气候响应在不同模式之间差异很大，对一组复杂地球系统模式模拟的初步分析表明，碳循环与气温不对称性的幅度可能远大于本研究的结果。
总之，本研究结果表明，以二氧化碳移除来平衡二氧化碳排放，可能导致与避免该排放不同的气候结果，但这一效应的幅度仍不确定，需要进一步量化。
