如何挖掘气候数据

如何挖掘气候数据
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我们生活在信息时代。地球物理学家挖掘地震数据,以寻找新的石油资源和提高老油田产量的更好技术。政客挖掘数据以筹集资金、煽动热情与恐惧,并了解选民可能的投票倾向,从而鼓励或阻止他们前往投票站。如今经济中最活跃的领域之一,建立在这样一种理念之上:它能够解读我们购物和浏览网页习惯中的每个细微之处,以服务营销人员。因此,令人费解的是,这些在技术上同样敏锐的人,为何集体对气候记录视而不见。

三张易读的图表,按三个不同时间尺度展示大气二氧化碳浓度与温度之间的相关性,揭示了我们过去身处何处、正走向何方,以及为避免地球遭遇气候灾难我们必须采取什么行动。

第一张图表显示,自250年前工业革命开始、全人类开始大规模燃烧化石燃料以来,大气中的二氧化碳浓度已增加约120百万分率(ppm)。

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来源: http://www.c2es.org

当时二氧化碳浓度约为280 ppm;根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的 古气候记录 ,这一水平已接近此前40万年的最高值。下方南极冰芯数据还显示,二氧化碳水平与大气温度之间存在很强的相关性。

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温度变化(蓝色)与二氧化碳变化(红色)

这份记录还显示,过去四次二氧化碳水平接近280 ppm时,温度都比现在高约2°C。18位顶尖科学家在 一年前发布的报告 中指出,这对今天的年轻人、后代和自然界都意味着灾难。

IPCC的共识似乎是,到本世纪末达到450 ppm将对应2°C升温,但 汉森等人 得出的结论是,为避免不可接受的气候影响,我们需要将水平降至350 ppm以下;然而古气候记录表明,达到280 ppm便曾多次使地球温度比今天高出2度。

目前温室气体浓度比此前峰值高出120 ppm,因此我们应当忧心忡忡地注意到,此前从这一水平下降约80 ppm时,对应的温度下降约为10°C。

如果二氧化碳/温度之间的相关性在高于280 ppm的120 ppm增幅下仍然成立,那么两极温度将上升15°C, 平均升温4°C ,后果将十分严峻。

若想了解过去400 ppm时的情况,请参见: 《400 ppm的世界》第一部分:巨变仍将到来。(提示:北极的埃尔斯米尔岛当时温暖18°C,是现代骆驼祖先的栖息地;海平面也高出25米。)

正如 斯克里普斯海洋研究所制作的下图所示,过去15年间,二氧化碳/温度之间的相关性似乎已经脱节。

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斯克里普斯研究人员在一年前发表的一项研究中称,这归因于东太平洋海水变冷,这与 太平洋年代际振荡 有关。该现象是北太平洋表层海水以20至30年为周期变暖和变冷,其原因目前尚不清楚。

较新的研究表明, 南太平洋 和 大西洋 也一直在吸收多余热量;其共同点是热量被深层海水吸收,而且相关状况持续时间较短。

从这三份记录中显而易见的教训是,我们必须把滞留的热量转移到深海;而传统观点认为,我们要么必须停止燃烧化石燃料,要么捕获并埋存燃烧这些燃料所产生的二氧化碳。

我们已经在承受气候变化的影响,科学家告诉我们,即使立即停止向大气中排放二氧化碳,这些影响仍将伴随我们1000年。因此,这种做法——将所有能源系统转换为风能、太阳能、核能和/或聚变能——即便能够及时实现,结果也不尽理想。

“怀疑科学”网站 解释说,1 ppm相当于7.81吉吨二氧化碳(GtC)。因此,要回到汉森提出的350 ppm,就需要封存390 GtC;要回到280 ppm——长期记录显示,这一水平可能仍会使温度再上升2度——则需要封存937吉吨二氧化碳。

瓦茨拉夫·斯米尔 指出,在能够防止二氧化碳浓度升至450 ppm以上的时间框架内实施碳捕集与封存(CCS)是不可能的,更不用说将浓度从当前水平降下来。不过,姑且不论可行性,考虑一下这需要付出的成本。

彭博社的杰里米·范·卢恩 估算,为所有现有发电厂配备CCS技术的价格为17.6万亿美元。

首先,电力部门仅占美国能源相关二氧化碳排放量的 39% 。因此,要封存全部排放量——而这些排放量一开始就不可能全部捕获——将耗资45万亿美元,而且最终只是让全球变暖再持续1000年。目前我们每年向大气中增加约10 GtC;因此,要捕获并封存超过350 ppm部分的50 GtC,即便能够做到,至少也要花费225万亿美元。

我算出的成本是每吨4500美元,这还全是间接费用。

斯米尔估算,7.2桶石油相当于1吨二氧化碳;一桶石油可产出12加仑柴油和19加仑汽油,因此有效的CCS会使这些燃料的价格每加仑上涨20美元。

杰西·詹金斯 告诉我们,美国民众——世界其他地区正寄望他们在气候之战中带头——似乎愿意为应对气候变化每吨支付约2至8美元。因此,CCS根本行不通。我们愿意投入的资金所能封存的碳,几乎不会对气候产生任何影响;因此,数据表明我们只剩下一个选择:封存表层海洋热量。

热管是一种将有害热量移至热沉的装置。与气候变化相关、危害最大的热量,正是在热带海洋表层积聚的热量。热管可以将其转移到深海的安全之处,并在此过程中产生与我们目前从化石燃料中获得的能源同等多的能源,同时从这些能源的销售中获得收入。

实际上,我们可以在生产所需全部能源并获得支付解决方案所需收入的过程中,中和250年来二氧化碳积累所造成的影响。我们还可以停止燃烧化石燃料,并在电解海水制取 超绿色氢的过程中封存碳。

麻省理工学院硕士论文《海洋温差能转换评估》(作者:Shylesh Muralidharan)指出,与传统设计相比,这类海洋温差能发电厂可节省高达45%的成本;一座100 MW电厂的资本成本为2650美元/kW。该论文下表还指出,即使采用传统设计,其容量系数也高于所有其他能源技术;按平准化资本成本衡量,它们比大多数技术更具竞争力,与核能和配备CCS的先进煤电不相上下,而后两者都无助于解决海洋热量问题,却常被当作气候问题的解决方案。

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气候如何演变、如何走到今天,记录中都有记载;必须采取哪些行动的证据也在其中,且可负担的成本很容易计算。

我们承担不起维持现状,也承担不起不必要地走上技术死胡同。

从挖掘气候记录中获得的巨大收益,将是我们能够留给子女的最重要、最有益于社会的遗产。

本文由 能源集体合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认同其中观点。

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作者:Jim Baird 是《能源集体》的撰稿人。

图片:2008年7月7日,南半球冬季期间,阿根廷南部圣克鲁斯省巴塔哥尼亚地区埃尔卡拉法特市附近,佩里托莫雷诺冰川一侧的冰块在一次意外崩裂过程中剥落。路透社/Andres Forza。

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