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一个二氧化碳(CO2)浓度和温度的简化数学模型发现，在人类干预和二氧化碳水平实际下降之间有一个“滞后时间”。这一滞后时间对旨在避免气候临界点和潜在灾难性温度上升的干预策略产生了影响。
“广义上说，这是一个简单的能量平衡模型，可以让你分析各种减排和碳捕获策略，以及它们对气候的影响，”北卡罗莱纳州立大学数学助理教授、该研究的通讯作者穆罕默德·法拉兹曼德(Mohammad Farazmand)说。“完全解决的气候模型太复杂了，无法进行这类分析工作。”
为此，研究人员在创建模型时，将地球的平均表面温度和二氧化碳浓度作为一个整体，而不是试图考虑全球温度和湿度的变化。
该模型是一个随机时滞微分方程系统，考虑了碳排放和捕获率。它有两个主要组成部分。首先，它比较了二氧化碳的来源和碳汇，无论是自然产生的还是人为的，以表明二氧化碳被泵入大气的速率。其次，它解释了进入大气层的太阳辐射，这些辐射要么被困在大气层中，要么被反射回来。一旦这些数据被放入模型中，研究人员就能够看到二氧化碳排放量在不同时间尺度下降时会发生什么。
法拉兹曼德说:“我们的模型显示，即使排放率降低，二氧化碳浓度也呈现出短暂的增长，这可能仍会引发气候临界点。”
瞬时增长是延迟反馈的结果。如果二氧化碳被泵入系统，在进入系统的二氧化碳量的减少和整体二氧化碳水平的下降之间仍然会有一个延迟。事实上，这种延迟可能会产生一个反馈循环，在短时间内增加二氧化碳浓度，这仍然可能推动一个系统超过气候临界点，进入灾难。
法拉兹曼德说:“可以把暂时性增长想象成克服惯性。“这就像试图让一辆巨大的火车减速——你不能一下子让它全部停下来，在刹车和火车停下来之间会有一个延迟。谈到二氧化碳水平，这可能会带来灾难性的后果。”
该模型分析了如果二氧化碳排放量减少5年、10年、15年和20年后会发生什么，并发现在10年之后，短暂的增长仍然会把气候推向一个临界点，导致50年内气温上升6摄氏度。
法拉兹曼德说:“该模型使用478 ppm的二氧化碳作为临界点。”“这个数值存在争议，但数值并不像瞬时增长和反馈循环现象那么重要。”
研究人员希望他们的模型将有助于更广泛地了解二氧化碳浓度。
法拉兹曼德说:“理解这一点很重要，是的，在一定程度上，你会有灾难性的变化，但即使你现在开始努力，你仍然会有增长。”“虽然这个模型比现有的气候模型简单，但我们希望它可以作为一个起点，或应用于现有的模型，以更好地了解二氧化碳浓度的情况。”
该作品刊登在皇家会议记录社会并得到了国家科学基金会(DMS-1745654)的支持。北卡罗来纳州立大学的博士生亚历山大·门德斯(Alexander Mendez)是合著者。
皮克-
编辑:一个抽象的。
“利用随机气候模型研究不同减排和碳捕获情景下的气候引爆点”
DOI:10.1098 / rspa.2021.0697
作者:亚历山大·门德斯，穆罕默德·法拉兹曼德，北卡罗来纳州立大学
发表:2021年12月14日英国皇家学会学报A
文摘:
我们利用能量平衡模型研究气候转折点转变的缓解。全球平均地表温度的演变通过温室效应与CO2浓度耦合。我们用随机延迟微分方程(SDDE)模拟CO2浓度，考虑各种碳排放和捕获情景。SDDEs的耦合系统显示出一个临界点现象:如果二氧化碳浓度超过一个临界阈值(约478 ppm)，温度会突然升高约6摄氏度。我们发现，二氧化碳浓度呈现出短暂的增长，这可能导致一个气候临界点，即使浓度渐进地衰减。我们推导出了CO2演化的严格上限，量化了CO2的瞬时和渐进增长，并为避免气候临界点提供了充分条件。将这一上限与随机气候模型的蒙特卡罗模拟相结合，我们研究了可能避免临界点的减排和碳捕获情景。
