HAL هو أرشيف مفتوح متعدد التخصصات لإيداع ونشر الوثائق البحثية العلمية، سواء كانت منشورة أم لا. قد تأتي الوثائق من مؤسسات التعليم والبحث في فرنسا أو في الخارج، أو من مراكز البحث العامة أو الخاصة.
الأرشيف المفتوح متعدد التخصصات HAL مخصص لإيداع وتوزيع الوثائق العلمية على مستوى البحث، سواء كانت منشورة أم لا، والتي تصدر عن مؤسسات التعليم والبحث الفرنسية أو الأجنبية، أو المختبرات العامة أو الخاصة.
تستمر جهود خفض الانبعاثات العالمية في كونها غير كافية لتحقيق هدف درجة الحرارة في اتفاق باريس. هذا يجعل الاستكشاف المنهجي لما يُسمى بمسارات التجاوز التي تتجاوز مؤقتًا حد الاحترار العالمي المستهدف قبل خفض درجات الحرارة إلى مستويات أكثر أمانًا أولوية للعلم والسياسة.. هنا نوضح أن التغير المناخي العالمي والإقليمي والمخاطر المرتبطة به بعد تجاوز الحدود تختلف عن عالم يتجنب ذلك. نجد أن تحقيق انخفاض في درجات الحرارة العالمية يمكن أن يحد من المخاطر المناخية على المدى الطويل مقارنةً بالاستقرار البسيط للاحتباس الحراري العالمي، بما في ذلك ارتفاع مستوى سطح البحر وتغيرات الغلاف الجليدي. ومع ذلك، فإن إمكانية عكس الاحتباس الحراري العالمي بعد عدة عقود قد تكون ذات صلة محدودة لتخطيط التكيف اليوم. قد يتم تقويض عكس درجات الحرارة من خلال ردود فعل قوية في نظام الأرض مما يؤدي إلى ارتفاع كبير في درجات الحرارة على المدى القريب واستمرارها على المدى الطويل.للتأمين والحماية ضد النتائج عالية المخاطر، نحدد الحاجة الجيوفيزيائية لقدرة إزالة ثاني أكسيد الكربون الوقائية التي تصل إلى عدة مئات من الجيجاطن. ومع ذلك، قد تحد الاعتبارات التقنية والاقتصادية والاستدامة من تحقيق نشر إزالة ثاني أكسيد الكربون على مثل هذه المقاييس.لذلك، لا يمكننا أن نكون واثقين من أن انخفاض درجة الحرارة بعد تجاوز الحدود يمكن تحقيقه ضمن الأطر الزمنية المتوقعة اليوم. فقط التخفيضات السريعة في الانبعاثات على المدى القريب فعالة في تقليل مخاطر المناخ.
لقد كانت إمكانية تجاوز ثم العودة لاحقًا إلى مستويات خطيرة من الاحترار العالمي موضوع نقاش لعقود.مع تحديد إزالة ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع (CDR) في وقت مبكر كجزء مهم في عكس هذه الحرارةمنذ اعتماد اتفاقية باريس في عام 2015، أصبحت القضية أكثر بروزًا.
يتيح هدف درجة الحرارة في اتفاق باريس بعض الغموض في تفسيره ولكنه يحددالاحترار العالمي كحد أقصى طويل الأجل لزيادة درجة حرارة الأرض. هذا يعني أنه إذاتم تجاوز الحد مؤقتًا (يشار إليه لاحقًا بالتجاوز)، ويعد التراجع عن الاحترار دون هذا الحد جزءًا من تحقيق الطموح طويل الأجل لاتفاق باريس.نص اتفاق باريس لا يشير إلى أنه يجب استقرار درجات الحرارة، بل يحدد بدلاً من ذلك حدودًا قصوى يجب أن تصل إليها درجات الحرارة ثم قد تنخفض. يتم تعزيز هذا الفهم عند النظر في عناصر أخرى من اتفاق باريس. تحقيق العالمية من المتوقع أن تؤدي انبعاثات غازات الدفيئة الصفرية (GHG)، كما هو مذكور في المادة 4.1 من الاتفاق، إلى انخفاض درجات الحرارة..
تمتلك مسارات انبعاثات غازات الدفيئة العالمية دورًا مركزيًا في إبلاغ تطوير معايير السياسات بما يتماشى مع اتفاق باريس، وهي جزء أساسي من تقييمات تغير المناخ التي يقوم بها الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC).تقوم هذه التقييمات بتصنيف المسارات بشكل أساسي بناءً على نتيجة درجة الحرارة القصوى.لأن الذروة والانقلاب التدريجي للاحتباس الحراري العالمي يتبين أنه سمة أساسية من مسارات متوافقة مع باريسنقترح من الآن فصاعدًا تصنيف المسارات من حيث خصائص الذروة والانحدار (الجدول 1).
تتميز مسارات الذروة والانخفاض بصرامة جهود خفض الانبعاثات في المدى القريب وحتى تحقيق صافي الصفر. الانبعاثات، والافتراض السلبي الصافي الانبعاثات على المدى الطويل. الأول يحدد الحد الأقصى التراكميانبعاثات مسار وبالتالي تقريبًا الحجم والوقت
مسارات تهدف إلى تحقيق ذروة درجة الحرارة وانخفاض مستدام في درجة الحرارة على المدى الطويل لمدة لا تقل عن عدة عقود
خفض الانبعاثات في جميع غازات الدفيئة نحو تحقيق صافي الصفرالانبعاثات، والسلبية الصافيةالانبعاثات بعد ذلك
PD-OS: مسارات التجاوز
تحدد مسارات التنمية المستدامة مستوى استهداف الاحترار الذي يجب تحقيقه في وقت ما في المستقبل البعيد، لكنها تسمح بتجاوزه مع احتمال كبير على المدى القريب، وذلك بناءً على القناعة بأنه يمكن عكس الاحترار مرة أخرى في مرحلة لاحقة. عادةً ما تتصور هذه المسارات أن يتم الحفاظ على درجة الحرارة عند المستوى المستهدف عند العودة بعد التجاوز.
كطرق الذروة والانخفاض، ولكن معدل تقليل الانبعاثات، ميزانية الكربون، توقيت الوصول إلى صافي الصفرومقدار الانبعاثات السلبية الصافية يعتمد على خصائص الزيادة المتوقعة بما في ذلك اعتبارات عدم اليقين في استجابة المناخ
PD-EP: مسارات حماية معززة
مسارات التنمية المستدامة التي تهدف إلى الحفاظ على ارتفاع درجة حرارة الأرض العالمية عند أدنى مستوى ممكن، وعكس الاحترار تدريجياً بعد ذلك لتقليل مخاطر المناخ. نظراً للفترات الزمنية المعنية لعكس الاحترار، فإن هذه المسارات عادةً لا تصل إلى مستوى درجة حرارة هدف نهائي أدنى ضمن الإطار الزمني للسيناريو المعني.
خفض انبعاثات غازات الدفيئة بشكل صارم وسريع قدر الإمكان وفي أقرب وقت ممكن، لتحقيق صافي صفرالانبعاثات في أقرب وقت ممكن مع تقليل الانبعاثات المتبقية، وتحقيق مستويات مستدامة من الانبعاثات السلبية الصافيةالانبعاثات بعد ذلك من أجل الوصول المحتمل إلى صافي صفر أو صافي سالب من غازات الدفيئة
انظر الجدول البياني الموسع 1 لمقارنة مع الفئات المقترحة في الأدبيات العلمية. ذروة الاحترار لنتائج المناخ المتوسطة (الشكل 1أ). الأخير يحدد وتيرة عكس درجة الحرارة المحتملةكلا الجانبين يعتمد أيضًا على التطور الزمني لـ غير-انبعاثات. تم اقتراح عدة فئات من مسارات الذروة والانحدار في الأدبيات العلمية (البيانات الموسعة الجدول 1). مثال بارز هو أحدث مساهمة من مجموعة العمل الثالثة (WGIII) في التقرير السادس لتقييم (AR6) للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، والذي يتضمن فئتين من المسارات تشيران صراحةً إلى مصطلح التجاوز (البيانات الموسعة الجدول 1). تعتبر مسارات تجاوز درجة الحرارة فئة فرعية في تصنيف الذروة والانخفاض الذي نقدمه هنا، مع السمة المميزة لهذه المسارات وهي أن الحد الأقصى المقصود لدرجة الحرارة لديهم ( ) تم تجاوزها مؤقتًا. على الرغم من تعريفه من حيث احتمالات تجاوز المؤقتتشير فئات مسارات تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC AR6) إلى إمكانية تجاوز محدد بشكل ملموس: يشير التجاوز المحدود (C1) إلى تجاوز الحد المحدد بنسبة تصل إلى حواليبينما يشير الارتفاع العالي (C2) إلى تجاوزه بأكثر منوحتى (المراجع 2، 15) (البيانات الموسعة الجدول 1). يبدو أن هذا يشير إلى أن الارتفاعات في درجة الحرارة في هذه الفئات من المسارات مقيدة ببضعة أعشار من الدرجة مع درجة عالية من اليقين. لكن هذا ليس هو الحال. تشير هذه الأرقام المتعلقة بالارتفاعات فقط إلى النتائج المتوسطة ولا يمكن استبعاد ارتفاعات أكبر بكثير كما هو موضح أدناه. قد يؤدي التركيز القوي على النتائج المتوسطة إلى الثقة المفرطة في المخاطر تحت مسارات الارتفاع.
فيما يلي، نحدد أبعاد الثقة المفرطة في التجاوز من مسارات الانبعاثات إلى تداعيات التكيف (الشكل 1ب). نبدأ باستكشاف عدم اليقين في نتائج درجة الحرارة العالمية وتداعياتها على الحاجة إلى صافي سالب. الانبعاثات لتحقيق التراجع المقصود في الاحترار. استنادًا إلى هذه الرؤى، نناقش بعد ذلك العواقب على استراتيجيات التخفيف مع الأخذ في الاعتبار قيود الجدوى والاستدامة في نشر تقنيات إزالة الكربون على نطاق جيغاطن. ومع ذلك، حتى لو كانت درجات الحرارة العالمية في انخفاض، فإن السؤال مفتوح حول ما إذا كان وكيف يمكن أن يترجم ذلك إلى تراجع في محركات التأثير المناخي.والآثار والمخاطر اللاحقة. نحن نقدم رؤى لكل من التغيرات المناخية الإقليمية على المدى الطويل والمخاطر التي لا يمكن عكسها مثل ارتفاع مستوى سطح البحر. أخيرًا، نناقش ما يعنيه اعتبار أو تجربة تجاوز درجات الحرارة بالنسبة لتكيف التغير المناخي. استنادًا إلى هذه النظرة الشاملة، نرى أنه من الضروري إعادة توجيه مناقشة التجاوز نحو إعطاء الأولوية لتقليل مخاطر المناخ على المدى القريب والبعيد، وأنه يجب تجنب الثقة المفرطة في إمكانية التحكم في تجاوز المناخ ورغبيته.
استجابة المناخ غير المؤكدة والعكس
يعتمد ذروة الاحترار على التراكميةالانبعاثات حتى الوصول إلى الصفر الصافي العالميوشدة التخفيضات في غير-غازات الدفيئة. تحقيق صافي سالبيمكن أن تؤدي الانبعاثات (NNCE) بعد ذروة الاحترار إلى انخفاض طويل الأمد في الاحترارتركزت معظم التقديرات المتعلقة بـ NNCE المتوافقة مع عكس طويل الأمد للاحتباس الحراري في مسارات الذروة والانخفاض على نتائج الاحترار المتوسطة.. ومع ذلك، لتقييم مخاطر التجاوز ومتطلبات NNCE لعكس الاحترار بشكل شامل، يجب أيضًا أخذ عدم اليقين في استجابة المناخ بعين الاعتبار. وتشمل هذه عدم اليقين خلال مرحلة الاحترار (على سبيل المثال، نتائج الاحترار العالية بسبب التغذية الراجعة المعززة للاحتباس الحراري)وفي حالة الاستدامة على المدى الطويل (إمكانية استمرار الاحترار بعد الوصول إلى صافي الصفر)واستجابة نظام المناخ لـ NNCE).
نستكشف متطلبات NNCE لمسار توضيحي يتمتع بالخصائص التالية (الشكل 2أ): (1) يحقق صافي صفرحوالي منتصف القرن؛ (2) يحدد ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة القصوى بالقرب منمستويات ما قبل الصناعة؛ و(3) لا يتطلب أي NNCE للقيام بذلك (لنتيجة الاحترار المتوسطة). نستخدم 2,237 عضوًا من مجموعة النماذج البسيطة لدورة الكربون ونموذج المناخ استجابة النبض ذات السعة المحدودة (FaIR) الإصدار 1.6.2 لتقدير نطاق النتائج الاحترارية الفيزيائية المعقولة لهذا المسار، بما يتماشى مع تقييم عدم اليقين في تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ AR6 (الشكل 2أ والطرق). تبرز مجموعتان من المستقبلات المعقولة. تشمل المجموعة الأولى مستقبلات منخفضة المخاطر نسبيًا حيث يصل الاحترار إلى ذروته دونفي وقت، أو قبل، الوصول إلى صافي الانبعاثات الصفرية يتم تحقيقه (الشكل 2ب، أسفل اليسار)؛ في هذه الحالات، لا تتطلب أي NNCEs. كما نحدد مستقبلاً عالي المخاطر نسبيًا حيث يتجاوز الاحترار في وقت الصفر الصافيويستمر إلى ما بعد (الشكل 2ب، أعلى اليمين).
لكل جولة من جولات FaIR المعنية، نقوم بتقدير متطلبات NNCE لإعادة الاحترار إلىفي عام 2100 (الطرق). نجد أنه لا يمكن استبعاد الحاجة إلى نشر كبير لشبكات الأعصاب العصبية بسبب توزيع عدم اليقين في استجابة المناخ ذو الذيل الثقيل. (الشكل 2ج). نطاق هذا النشر (نطاق الربع: 0 إلىتراكميًا حتى عام 2100، أو 0 إلىبعد عام 2060) هو من نفس ترتيب الحجم مثل انتشار NNCE المنفذة عبر السيناريوهات التي تم تقييمها في تقرير IPCC AR6 WGIII (الشكل 2c). على الرغم من أننا نجد أن متطلبات NNCE الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة الذروة أعلى من المتوسط بسبب استجابة مناخية انتقالية قوية تهيمن، فإن NNCE التراكمية حتى عام 2100 تصل إلى (أو ، أعلىالنسبة المئوية، الشكل 2c) قد تكون مطلوبة للتحوط ضد المزيد من الاحترار بعد الوصول إلى الصفر الصافيتظهر نتائجنا أن التركيز الضيق على عدم اليقين في السيناريو وارتفاع درجة الحرارة الوسيطة وحده غير كافٍ لتقييم متطلبات نشر تقنيات إزالة الكربون، حتى لتحقيق درجة حرارة متوسطة عالمية مستقرة في القرن الحادي والعشرين.
تشير متطلبات إزالة الكربون هنا إلى إزالة الكربون الإضافية الناتجة عن الأنشطة البشرية بما يتماشى مع الاتفاقيات والتعريفات للنماذج التي تستند إليها تقييماتنا. من المهم ملاحظة أن الأطراف في اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ تستخدم تعريفًا مختلفًا لتحديد تدفقات الكربون الأرضية، مما يؤدي إلى تقريبًاالفرق بين جرد غازات الدفيئة الوطنية والنماذج العلمية التي يجب أخذها في الاعتبار عند تحويل هذه الرؤى إلى نصائح سياسية.
نهجنا التوضيحي البسيط له عدة قيود يمكن أن تستفيد من مزيد من الاستكشاف، بما في ذلك استخدام نماذج النظام الأرضي المتطورة (ESMs).تظهر أسئلة ذات صلة خاصة حول قضايا عدم التماثل في استجابة نظام الأرض إما للإيجابية أو السلبية.انبعاثات (طرق).
الشكل 1 | النتائج المناخية التوضيحية تحت فئات مفاهيمية مختلفة لمسارات الذروة والانخفاض. أ، فئات مختلفة من المسارات مع ذروة وانخفاض في متوسط درجة حرارة الأرض العالمية (انظر أيضًا الجدول 1). تم تسليط الضوء على المسارات الفردية المصممة (الخطوط المتقطعة) لتوضيح الأبعاد المحددة للتأثير، والتكيف، وإزالة الكربون المرتبطة بالفئات المختلفة. نظرة عامة على العوامل الرئيسية التي تؤثر على المسار والنتائج المحتملة للذروة والانخفاض على طول سلسلة التأثير خلال مرحلة الاحترار حتى الوصول إلى الصفر الصافيوللأجل الطويل بعد الصفر الصافي. مسارات الذروة والانخفاض؛ مسارات الحماية المعززة؛ مسارات التجاوز.
نظرًا لعدم وجود بيانات تدريب مناسبة، فإن استجابة النماذج المناخية البسيطة لتغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية ليست محددة بشكل جيد. علاوة على ذلك، قد تفوت النماذج المناخية المتكاملة المستخدمة لمعايرة النماذج المناخية البسيطة الاستجابات غير الخطية في نظام المناخ، بما في ذلك زعزعة الاستقرار المفاجئة للمصارف الطبيعية للكربون. (على سبيل المثال، التربة المتجمدة الدائمة و الإفراج، فقدان الكربون من الخث بسبب تغير المناخ وتدهور أو تحويل الأراضي الخثية، الحرائق الشديدة ومعدل وفيات الغابات بسبب الجفاف). نستكشف استجابات التربة المتجمدة والأراضي الخثية للتجاوز أدناه (الشكل 4).
الاعتماد على CDR
يتطلب تحقيق الحياد الكربوني الصافي نشر تقنيات إزالة الكربون التي تتجاوز الانبعاثات المتبقية في القطاعات التي يصعب تقليل انبعاثاتها. الطرق التي تم تقييمها من قبل الفريق العامل الثالث التابع للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ تستخدم تقنيات إزالة الكربون بطرق مختلفة وبدرجات متفاوتة.تسريع توسيع نطاق إزالة الكربون هو الأسرع في المسارات ذات أقل ارتفاع في درجات الحرارة (انخفاض أو عدم وجود تجاوز).المسارات، C 1، الشكل الإضافي 3). عبر مجموعة مسارات الانبعاثات، تكون مستويات إزالة الكربون بحلول نهاية القرن عمومًا أعلى في المسارات ذات الارتفاع الكبير (C2)، لكن النطاق الكامل (5-95%) مشابه لنطاق مسار C1. المسارات التي تحافظ على ارتفاع درجة الحرارة دونلكن لا تحد من الاحترار إلىفي عام 2100 (C3) نرى زيادة كبيرة في تقنيات إزالة ثاني أكسيد الكربون في النصف الثاني من القرن الحادي والعشرين تصل إلى مستويات مشابهة لمسارات C 1 بحلول عام 2080 (الشكل 3 من البيانات الموسعة). يعتمد إجمالي كمية إزالة ثاني أكسيد الكربون المستخدمة في المسارات حتى عام 2100 بشكل أساسي على التخفيض الفعال للانبعاثات الإيجابية المتبقية. الانبعاثات والتخفيف من غير .
في القسم السابق، أظهرنا كيف أن مدى تقليل انبعاثات الكربون المطلوب لتحقيق درجات حرارة مستقرة في القرن الحادي والعشرين قد يتم التقليل من أهميته بشكل كبير. هنا نبرز أن هناك مجالات متعددة قد تكون فيها المسارات الحالية واثقة بشكل مفرط في استخدام CDR المفترض (الجدول البياني الموسع 2). قد يكون توسيع CDR مقيدًا بشكل كبيربسبب عوامل مثل نقص الدعم السياسي ونماذج الأعمال، وعدم اليقين التكنولوجي والمعارضة العامة (على سبيل المثال، المخاطر المتصورة لتأخير التخفيف)حتى إذا أثبتت الإمكانيات الفنية للإزالة أنها كبيرة، فإن اعتبارات الاستدامة والعدالة ستحد من مقاييس النشر المقبولة.قد تكون الاستعداد التكنولوجي غير الكافي عنق زجاجة مهم، حيث إن معدلات الإزالة الحالية من طرق إزالة الكربون بخلاف التشجير وإعادة التشجير ضئيلة جداً (حواليوسيتطلب زيادة تزيد عن 1000 ضعف بحلول عام 2050 (المرجع 27). بالإضافة إلى القضايا التكنولوجية، قد تؤدي مجموعة من القضايا غير المقصودة أو غير المؤكدة المتعلقة بالدوام والتغذية الراجعة في النظام (البيانات الموسعة الجدول 2) إلى تقليل أو تعويض مساهمة إزالة الكربون من الغلاف الجوي في التخفيف..
تسوية هذه المخاوف المتعلقة بالجدوى مع الحاجة المحتملة لنشر تقنيات إزالة الكربون على نطاق جيغاطن لمعالجة عدم اليقين المناخي (الشكل 2) أمرٌ صعب. نحن نرى أن مسارات النشر التي تعالج هذا التحدي يجب أن تكون موجهة بمبدأ منع الضرر.تحت مسارات الحماية المعززة (الجدول 1). تتطلب هذه المقاربة إجراءين تكميليين: (1) تقليل الإجمالي الانبعاثات بسرعة لتقليل متطلبات احتجاز الكربون الكلي و (2) معالجة مخاوف الجدوى لتسهيل نشر احتجاز الكربون بعد تحقيق صافي الصفر للتحوط ضد نتائج الاحترار المحتملة العالية.
قابلية عكس تغير المناخ الإقليمي
مقترح مسارات التجاوز هو أن الفشل في الحفاظ على ارتفاع درجة الحرارة دون حد معين مقبول بشرط أن يتم إعادة ارتفاع درجة الحرارة العالمية إلى مستوى معين، أي،على المدى الطويل. حتى إذا تم عكس درجات الحرارة العالمية، فإن هذا ليس مؤكدًا بالنسبة للمناطق
الشكل 2 | تقدير احتياجات NNCE التراكمية عند الأخذ في الاعتبار عدم اليقين في استجابة المناخ. أ، انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصافية لمسار PROVIDE REN_NZCO2 (الخط الأسود) وعدم اليقين في نتيجة الاحترار (المستمدة باستخدام FalR v.1.6.2؛ الطرق). نتيجة الاحترار الوسيطة هي الخط الأحمر الصلب، مع كل سحابة لاحقة من الشفافية المتغيرة تمثل النسبة المئوية من 25 إلى 75، و5 إلى 95، والنطاقات من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى، على التوالي. ب، الاحترار في وقت الوصول إلى الصفر الصافي (2060) مقارنة بالتغير في درجة الحرارة بين الصفر الصافيو2100.c، تقدير NNCE للعودة تحذير لكل نتيجة ارتفاع في درجة الحرارة موضحة فيإلىفي عام 2100 (الطرق). تعكس هذه التقديرات NNCE المستنتج من عدم اليقين الجيوفيزيائي لنتيجة الاحترار بناءً على مسار REN_NZCO2 (من الأعلى إلى الأسفل: NNCE لتحقيقفي عام 2100، NNCE لاستقرار الاحترار، وNNCE للانخفاض بعد الاستقرار). للمقارنة، يتم عرض عدم اليقين في السيناريو عبر فئات C1 وC2 من تقرير IPCC AR6 WGIII (الصفوف السفلية). لاحظ أن هذا عدم اليقين في السيناريو يأخذ في الاعتبار فقط التقديرات المتوسطة للاستجابة الجيوفيزيائية للانبعاثات. التغيرات المناخية. لذلك، فإن فهم تداعيات تجاوز درجة الحرارة العالمية للتغيرات الإقليمية أمر مهم. حتى إذا تم استقرار الاحترار العالمي عند مستوى معين دون تجاوز، فإن النظام المناخي يستمر في التغير حيث تستمر مكوناته في التكيف والتوازن.مع آثار على أنماط المناخ الإقليمي. تصبح المسألة بعد ذلك ما هي الانطباعات الإضافية على المناخ الإقليمي التي قد تنشأ مباشرة من التجاوز.
هنا نستكشف مجموعة فريدة من محاكاة النمذجة المخصصة التي تقارن بين الزيادة المؤقتة والاستقرار على المدى الطويل في نموذجين من نماذج النظام البيئي (ESMs) ونجد اختلافات كبيرة في محركات تأثير المناخ الإقليمي على مدى قرون متعددة (الشكل 3 والشكل الإضافي 5). نستخدم نتائج نموذج NorESM2-LM وفقًا لبروتوكول مدفوع بالانبعاثات يتصور زيادة مؤقتة في ميزانية الكربون، بالإضافة إلى محاكاة GFDL-ESM2M التي تتبع نهج تقليل الانبعاثات التكيفية (AERA) لمطابقة مسار درجة حرارة عالمية متوسطة محددة مسبقًا (الطرق والشكل الإضافي 4). على الرغم من هذه الاختلافات في بروتوكولات النمذجة، نجد بعض الميزات ضمن أنماط الزيادة المؤقتة مقابل الاستقرار التي تظهر في كلا محاكاة النمذجة، لا سيما في خطوط العرض الشمالية العالية نتيجة لاستجابة متأخرة زمنياً لدورة الانقلاب الأطلسية (AMOC)..
في نموذج NorESM2-LM، نلاحظ عكس مقياس درجة الحرارة الإقليمية مع تغير متوسط درجة حرارة سطح الهواء العالمية (GMST) لمنطقة شمال الأطلسي والمناطق الأوروبية المجاورة تحت حالة الزيادة المؤقتة (الشكل 3c)، مما يؤدي إلى تبريد إقليمي مؤقت ثم تعافي إقليمي وارتفاع في درجات الحرارة. (الشكل 3e). النمط الذي يبرد فيه شمال الأطلسي إقليمياً على الرغم من الاحترار الكوكبي موجود أيضاً في سيناريو الاستقرار ولكنه أقل وضوحاً. في نموذج GFDL-ESM2M، يكون أثر الزيادة والاستقرار على المناخ الإقليمي أقل وضوحاً. لكن التغيرات في درجات الحرارة المرتبطة بتعافي AMOC المتأخر زمنياً بعد حوالي 100 عام من ذروة الاحترار وإلى مستويات أعلى من تلك في سيناريو الاستقرار واضحة أيضاً (الشكل 3d، f). نلاحظ أن هذه المحاكاة لا تشمل زيادة تدفق مياه ذوبان غرينلاند التي قد تقمع تعافي AMOC المحتمل تحت الزيادة.تظهر ميزات مشابهة في النطق لهطول الأمطار في كلا النموذجين، على وجه الخصوص، يتعلقان بحركات منطقة التقارب الاستوائية في استجابة للتغيرات في AMOC (الشكل 5 من البيانات الموسعة). تؤكد محاكاة الارتفاع المؤقت متعددة النماذج بشكل أكبر على النتيجة التي تفيد بأن ديناميات AMOC والتغيرات المرتبطة في المناخ الإقليمي هي سمة بارزة لمسارات الارتفاع المؤقت. (طرق وبيانات موسعة الأشكال 7 و 8). كما تشير إلى ارتفاع مستمر في درجة حرارة المحيط الجنوبي مقارنة ببقية الكرة الأرضية نتيجة أنماط الاستجابة السريعة والبطيئة، والتغيرات في المناخ الإقليمي بعد تقليل تحميلات الهباء الجوي (خصوصًا في جنوب وشرق آسيا) بشكل عام، تشير نتائجنا إلى أن التغيرات المناخية الإقليمية لا يمكن تقديرها بشكل جيد من خلال متوسط درجة حرارة سطح الأرض بعد ذروة الاحترار.
نجد آثارًا طويلة الأمد كبيرة للتجاوز على المناخ الإقليمي (الشكل 3c، d) تختلف عن التغيرات العابرة في سيناريوهات الاستقرار (الشكل الإضافي 6). ومع ذلك، لا تزال هناك اختلافات كبيرة في ديناميات النماذج (قارن الشكل 3e، f). هناك حاجة إلى تجارب مقارنة متعددة النماذج مخصصة للتحقيق بشكل أعمق في العواقب طويلة الأمد للتجاوز مقارنة بالاستقرار.. كما نلاحظ أهمية التغذية الراجعة المناخية البيوفيزيائية لتغيرات تغطية الأرض المرتبطة بنشر تقنيات إزالة الكربون على نطاق واسع (الجدول البياني الإضافي 2) التي يمكن استكشافها في هذه التجارب.
آثار متأخرة وغير قابلة للعكس
بالنسبة لمجموعة من آثار المناخ، لا يوجد توقع للعودة الفورية بعد تجاوز الحدود. يشمل ذلك التغيرات في المحيطات العميقة، والبيوجيوكيمياء البحرية، ووفرة الأنواع.المناطق الحيوية الأرضية، مخزونات الكربون وعوائد المحاصيلولكن أيضًا التنوع البيولوجي على اليابسةسوف يؤدي تجاوز الحدود أيضًا إلى زيادة احتمال تفعيل عناصر التحول المحتملة في نظام الأرض.ستستمر مستويات البحار في الارتفاع لقرون إلى آلاف السنين حتى لو انخفضت درجات الحرارة على المدى الطويل..
يتطلب التقييم الشامل لمخاطر المناخ المستقبلية تحت مسارات الذروة والانخفاض التركيز ليس فقط على العواقب (غير القابلة للعكس) لتجاوز مؤقت ولكن أيضًا على فوائد المدى الطويل
الشكل 3| تطور درجات الحرارة الإقليمية قبل وبعد تجاوز الحد مقارنةً باستقرار درجة الحرارة العالمية. النتائج لبروتوكول تجاوز ميزانية الكربون باستخدام نموذج NorESM (أ، ج، هـ) وبروتوكول يركز على درجة الحرارة العالمية (GFDL-ESM2M) (ب، د، ف). مسارات GMST لتثبيت المناخ المخصص (صلب) وسيناريوهات التجاوز (مخطط منقط). ج، د، التطور الزمني لعوامل التحجيم لدرجات الحرارة الإقليمية السنوية مع GMST لمناطق اليابسة والمحيطات العالمية بالإضافة إلى المحيط الأطلسي الشمالي.
عكس درجة الحرارة، مقارنة بالاستقرار عند مستويات أعلى. هنا نستكشف عواقب التجاوز في مجموعة من مسارات الذروة والانخفاض (الطرق) التي تحقق صافي انبعاثات غازات الدفيئة صفر وبالتالي انخفاض درجة الحرارة على المدى الطويل مقارنة بالاستقرار عند ذروة الاحترار (من خلال الحفاظ على صافي صفر) ). بالنسبة لارتفاع مستوى سطح البحر العالمي، نجد أن كل 100 عام من التجاوز فوقيؤدي ذلك إلى التزام إضافي بارتفاع مستوى سطح البحر يبلغ حوالي 40 سم بحلول عام 2300 (التقدير المركزي) بخلاف خط الأساس الذي يبلغ حوالي 80 سم دون تجاوز (الشكل 4أ). بالنسبة للنتائج عالية المخاطر، قد يكون التزام ارتفاع مستوى سطح البحر بحلول عام 2300 حوالي ثلاثة أضعاف (النسبة المئوية 95) فوق التقدير المركزي. (الشكل 10 من البيانات الموسعة). انخفاض درجة الحرارة على المدى الطويل بحوالي لكل عقد (متوافق بشكل عام مع تحقيق صافي انبعاثات غازات الدفيئة صفر) يتجنب حوالي 40 سم من ارتفاع مستوى سطح البحر بحلول عام 2300 (تقدير وسطي، النسبة المئوية 95 حوالي 1.5 م) مقارنة بالاستقرار عند ذروة الاحترار (الشكل 4ب). يظهر نمط مشابه لذوبان الجليد الدائم في 2300 وارتفاع درجة حرارة الأراضي الخثية الشمالية مما يؤدي إلى زيادة تحلل الكربون في التربة و و الإفراج (الشكل 4 والشكل الإضافي 9). تأثير انبعاثات التربة المتجمدة والأراضي الخثية على درجات حرارة عام 2300 يزداد بـلكل 100 سنة من التجاوز (أفضل تقدير، النسبة المئوية العليا 95%)بينما تحقيق درجات حرارة منخفضة على المدى الطويل سيقلل من درجة الحرارة الإضافية البالغة 2300
ب
ف
(شمال من ) وأوروبا الغربية والشمالية (انحرافات متوسطة لمدة 31 عامًا بالنسبة للفترة من 1850 إلى 1900). e,f، الفروق الإقليمية في درجة الحرارة السنوية بين سيناريوهات التجاوز والاستقرار على مدى 100 عام من استقرار متوسط درجة حرارة سطح الأرض على المدى الطويل (المنطقة المظللة باللون الرمادي في a,b). التظليل في e,f يبرز خلايا الشبكة التي تتجاوز فيها الفروق النسبة المئوية 95 (أو تقل عن النسبة المئوية 5) من الفروق في الفترات المقارنة في محاكاة piControl (الطرق). زيادة بنفس ترتيب الحجم. نحذر من أن العلاقة الخطية المشخصة بين طول التجاوز ونتيجة التأثير قد تعتمد على مجموعة المسارات التي تم اشتقاقها منها. تفترض المسارات الأساسية حدوث التجاوزات بدءًا من فترة تأخير في العمل المناخي تليها تقليص ثابت إلى انبعاثات غازات الدفيئة الصفرية، مما يعني معدل مشابه لانخفاض درجة الحرارة على المدى الطويل في جميع المسارات. قد تكون العلاقة مختلفة بالنسبة لنتائج التجاوز الأكثر أو الأقل تطرفًا.
التأثيرات الاجتماعية والاقتصادية
تعتمد شدة مخاطر المناخ على الأنظمة البشرية في ظل التجاوز بشكل ملحوظ على قدرتها التكيفية.بالإضافة إلى الانتهاك المحتمل للحدود المتعلقة بالتكيفتجاوز فوقمن المحتمل أن تظهر خلال النصف الأول من القرن الحادي والعشرين، وهي فترة لا تزال تتميز بقدرة تكيف منخفضة نسبياً في أجزاء كبيرة من العالم حتى في ظل السيناريوهات المتفائلة للتنمية الاجتماعية والاقتصادية.يمكن أن يؤدي تزامن تجاوز الحدود وانخفاض القدرة التكيفية إلى تضخيم مخاطر المناخ. وهذا له عواقب عميقة على القدرة على تحقيق نتائج تنموية قادرة على التكيف مع المناخ وعادلة في ظل تجاوز الحدود، لا سيما بالنسبة للدول والمجتمعات والشعوب الأكثر ضعفًا.
الشكل 4 | التأثيرات طويلة الأمد غير القابلة للعكس للتربة المتجمدة، والأراضي الخثية، وارتفاع مستوى سطح البحر نتيجة التجاوز. أ، ردود الفعل على زيادة متوسط درجة الحرارة العالمية لعام 2300 بسبب انبعاثات التربة المتجمدة والأراضي الخثية (علامات زرقاء والمحور الأيسر) وارتفاع مستوى سطح البحر العالمي الوسيط لعام 2300 (SLR، علامات بنفسجية والمحور الأيمن، من المرجع 37) كدالة لمدة التجاوز. الدوائر (المربعات) تشير إلى نتائج تغير درجة الحرارة (ارتفاع مستوى سطح البحر) لسيناريوهات فردية من المرجع 37. ب، إضافي عالمي زيادة متوسط درجة الحرارة الناتجة عن انبعاثات التربة المتجمدة والأراضي الخثية بسبب الاحترار وارتفاع مستوى سطح البحر الناتج عن تثبيت درجات الحرارة عند ذروة الاحترار (تحقيق والحفاظ على صافي انبعاثات صفرية الانبعاثات) مقارنة بانخفاض درجة الحرارة على المدى الطويل الناتج عن تحقيق والحفاظ على صافي انبعاثات غازات الدفيئة صفر. الخطوط الأفقية المتقطعة في (ب) توفر الوسيط الجماعي والنطاق الأدنى والأقصى.
يمكن أن تترك تأثيرات المناخ على الصحة وخدمات النظام البيئي وسبل العيش والتعليم آثارًا سلبية دائمة وعابرة للأجيال على رفاهية الناس.مثل الوفيات الزائدة المرتبطة بالمناخ الناتجة عن درجات الحرارة القصوى خلال فترة التجاوز. قد تترك التجاوزات أيضًا إرثًا طويل الأمد في الأداء الاقتصادي للدول، وخاصة الدول الأقل نموًا، بسبب الآثار المستمرة لتغير المناخ على النمو الاقتصادي.لذلك، ينطوي تجاوز الحدود على أسئلة أخلاقية عميقة حول مقدار الخسائر والأضرار المتعلقة بالمناخ التي سيتعين على الناس، وخاصة أولئك في البلدان ذات الدخل المنخفض، تحملها.
اتخاذ قرارات التكيف وتجاوز الحدود
على عكس بروز مسارات التجاوز في أدبيات التخفيف، لم يتم استكشاف آثارها على تخطيط التكيف على نطاق واسع.. يطرح هذا السؤال حول ما إذا كانت إمكانية عكس التأثير في المستقبل البعيد ذات صلة بتخطيط التكيف اليوم، مقارنةً بالتهديد الأكثر إلحاحًا لتغير المناخ على المدى القريب وحجم ذروة الاحترار.. حتى تحت الافتراض المتفائل بوجود قابلية عكسية شبه كاملة لمؤثرات المناخ تحت تجاوز الحدود، قد يتطلب الأمر أفق تخطيط يمتد إلى 50 عامًا أو أكثر قبل أن تبدأ آفاق الانخفاض على المدى الطويل في التأثير على قرارات التكيف اليوم أو في المستقبل القريب (الشكل 5أ). القليل من خطط وسياسات التكيف تعمل على هذه الأطر الزمنية: على سبيل المثال، تمتد استراتيجية التكيف الخاصة بالاتحاد الأوروبي على مدى ثلاثة عقود، في حين أن خطط التكيف الوطنية الأخرى لها آفاق زمنية مماثلة أو أقصر.يمكن أن تختلف آفاق التخطيط للتكيف وأعمار البنية التحتية بشكل كبير (الشكل 5ب). في الطرف الطويل من مقياس التخطيط، قد يعمل سد الطاقة الكهرومائية لمدة قرن أو أكثر، ومع ذلك، فإن إدارة ذلك السد (وما إذا كان يجب أن تتضمن الإدارة السيطرة على الفيضانات كهدف) ستحدث في فترات الامتياز (عقود) بالإضافة إلى دورات الميزانية السنوية ودون السنوية (الشكل 5ب). يتطلب تطبيق أساليب التكلفة والفائدة في تدابير التكيف، والفترة الزمنية التي يتم تقييمها خلالها، اتخاذ قرارات بشأن العدالة بين الأجيال كما يتجلى في اختيار معدل الخصم الزمني.تحد من معدلات الخصم الأعلى الأفق الزمني ذي الصلة بعملية اتخاذ قرارات التكيف الاقتصادي إلى بضع عقود (الشكل 5ب)، وفي هذه الحالة قد يكون التكيف مع ذروة الاحترار دائمًا مفضلًا على التكيف مع نتيجة طويلة الأجل أقل. لذا يبدو أن قابلية عكس تأثير السائق على المدى الطويل بعد تجاوز الحد قد تكون ذات صلة فقط في حالات محددة من التكيف. صنع القرار. استثناء ملحوظ هو التكيف ضد التأثيرات غير القابلة للعكس المتأخرة في الزمن مثل ارتفاع مستوى سطح البحر، حيث ستؤثر الزيادات الزائدة على التوقعات على المدى الطويل (الشكل 4). ومع ذلك، كما أظهرنا أعلاه، لا يمكن الاعتماد على انخفاض درجة حرارة الأرض العالمية على المدى الطويل بشكل مؤكد. وبالتالي، لا يمكن أن تستند استراتيجية التكيف المرنة إلى المراهنة على الزيادات الزائدة، ولا يمكن أن يقلل من احتياجات التكيف إلا الحد من ارتفاع درجات الحرارة القصوى.
تحد الحدود للتكيف، سواء كانت مرنة أو صارمة، من الخيارات المتاحة للتكيف.. يشمل ذلك الحدود الصعبة التي تعتمد، على سبيل المثال، على تدابير قائمة على النظام البيئي تتأثر سلبًا بتغير المناخ، بالإضافة إلى الحدود اللينة مثل نقص الموارد أو أنظمة الحوكمة.تجاوز حدود التكيف الصعبة، على سبيل المثال، من خلال تدمير النظم البيئية الحساسة نتيجة لتغير المناخ غير المنضبط، ومستويات الاحترار العالية قد تجعل هذه التدابير غير متاحة في ظل عكس الاحترار المستقبلي، مما يقلل من مجموعة تدابير التكيف المتاحة مقارنةً بحالة عدم التجاوز. يبدو أن خطر تجاوز حدود التكيف، بدلاً من الآفاق غير المؤكدة للعكس على المدى الطويل، هو الأكثر تأثيرًا على اتخاذ قرارات التكيف في ظل التجاوز.
إعادة صياغة مناقشة التجاوز
في هذه المقالة، نجادل بأنه من المضلل تأطير التجاوز كطريقة بديلة لتحقيق نتيجة مناخية مماثلة. نوضح أن العديد من التأثيرات المناخية في عالم ما قبل وما بعد التجاوز مختلفة، مما يشير إلى أن قابلية التأثير للعكس ليست مضمونة. حتى في الحالات التي تكون فيها التأثيرات قابلة للعكس، قد تكون الأطر الزمنية للعكس أطول من الآفاق الزمنية النموذجية للتخطيط للتكيف، حيث توفر تأثيرات الاحترار القصوى (على عكس التأثيرات المتوقعة على المدى الطويل) الخلفية لتقييم احتياجات التكيف العالمية. من منظور العدالة المناخية، يتضمن التجاوز تأثيرات اجتماعية واقتصادية وخسائر وأضرار مرتبطة بالمناخ تكون عادة غير قابلة للعكس وتؤثر بشكل أكثر حدة على الفقراء. يجب أن تؤخذ هذه البعد الأخلاقي بعين الاعتبار بشكل صريح عند تقييم مسارات التجاوز وإمكانيات الحد من مخاطر التجاوز من خلال تخفيضات الانبعاثات على المدى القريب.
لقد تم الإشارة إلى أنه يمكن تقليل أو إخفاء تأثيرات المناخ خلال فترات التجاوز من خلال استخدام تقنيات التدخل في الهندسة الجيولوجية الشمسية.الذي من شأنه أن يبرد الكوكب مؤقتًا. تُعرف هذه الفكرة باسم تقليل الذروة. ومع ذلك، فإن هذه الاقتراحات تجعل
الشكل 5 | الأطر الزمنية ذات الصلة بالتكيف والزيادة المفرطة. أ، تطور زمني مصور لمحرك تأثير المناخ القابل للعكس تحت سيناريو ذروة وانخفاض. تشير الخطوط المنقطة إلى نتيجة زيادة مفرطة منخفضة وعالية مع أطر زمنية متوسطة لعودة درجة حرارة السطح العالمية عادةً بما يتماشى مع تلك الموجودة في قاعدة بيانات تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. ب، توضيح مصور للأطر الزمنية ذات الصلة بالتكيف بدءًا من عام 2030، بما في ذلك آفاق تخطيط مختلفة لتخطيط التكيف وأعمار
تدابير التكيف الفردية (أشرطة أفقية، توضيحية من سنوات إلى عقود)تختلف الأطر الزمنية الفعلية بشكل كبير حسب السياق، وتأثير تطبيق الخصم (الذي يعكس تفضيلات المجتمع تجاه العدالة بين الأجيال) على الأضرار المستقبلية وفوائد التكيف. نعرض تأثير الخصم لثلاثة معدلات خصم توضيحية. افتراضات قوية حول قابلية تطبيق وتفعيل وحوكمة تدخلات الهندسة الجيولوجية. إن الأخذ في الاعتبار عدم اليقين في الاستجابة المناخية الفيزيائية، وفي تطور الانبعاثات المستقبلية بعد نشر الهندسة الجيولوجية، يعني أن تدخلًا في الهندسة الجيولوجية يهدف إلى تقليل الذروة في حالة تجاوز الحدود قد يؤدي إلى التزام يمتد لعدة قرون لكل من نشر الهندسة الجيولوجية وإزالة الكربون.بصرف النظر عن المخاوف الأساسية بشأن نشر SG بشكل عامإن خطاب تقليل الذروة عرضة لنفس الثقة المفرطة في القابلية للعكس والفعالية التي قمنا بتصورها في هذه المقالة.
الدافع الرئيسي لمتابعة خفض درجة الحرارة على المدى الطويل في سيناريوهات الذروة والانخفاض هو تقليل آثار المناخ. لقد أظهرنا أن هذا الخفض في درجة الحرارة سيكون فعالاً في تقليل ظهور الآثار المتأخرة على مدى قرون، بما في ذلك ارتفاع مستوى سطح البحر والتغيرات في الغلاف الجليدي. ستؤثر عواقب ارتفاع مستوى سطح البحر لعدة أمتار على المناطق الساحلية عالميًا، ويعد خفض درجات الحرارة العالمية أمرًا مهمًا لتقليل هذه المخاطر على المدى الطويل. وبالمثل، قد تظل احتمالية تجاوز العتبات غير القابلة للعكس كبيرة على المدى الطويل ما لم يتم خفض متوسط درجة الحرارة العالمية إلى ما دونفوق المستويات ما قبل الصناعية.
استنادًا إلى هذه الرؤى، نؤكد على ضرورة إعادة صياغة الخطاب العلمي والسياسي حول التجاوز للتركيز على تقليل مخاطر المناخ في مسارات درجات الحرارة القصوى والانخفاض (الجدول 1). نستخلص نتيجتين رئيسيتين:
أولاً، يجب تسريع تخفيضات الانبعاثات بأسرع ما يمكن لإبطاء زيادة درجة الحرارة وتقليل ذروة الاحترار. إن اتباع مثل هذا المسار المحسن للحماية (الجدول 1) هو الاستراتيجية الوحيدة القوية، إن لم يكن لتجنب المخاطر المناخية الواسعة النطاق، فعلى الأقل لتقليلها، خلال القرن الحادي والعشرين.
ثانيًا، نقترح أنه هناك حاجة للاستعداد لقدرة CDR المستدامة بيئيًا للتأمين ضد النتائج عالية المخاطر على المدى الطويل الناتجة عن ردود فعل المناخ الأقوى من المتوقع. نجد أن هذه القدرة الوقائية لـ CDR قد تحتاج إلى أن تكون في حدود عدة مئات من الجيجاطن من NNCE التراكمي، وهو مقياس قد يكون ممكنًا ضمن الحدود المستدامة لنشر CDR.مما يترك مجالاً ضئيلاً لاستخدام CDR لتعويض الانبعاثات المتبقية بعد القطاعات التي يصعب تقليل انبعاثاتها. وهذا يبرز أهمية تخفيضات الانبعاثات الصارمة على المدى القريب للحد من المخاطر على المدى الطويل. على الرغم من أننا نؤكد أن بناء قدرة احتجاز الكربون الوقائية مطلوب للتأمين ضد نتائج الاحترار العالية، فإن هذه القدرة نفسها يمكن، في حال عدم حدوث نتائج احترار عالية، أن تُستخدم أيضًا لخفض درجات الحرارة على المدى الطويل وبالتالي تقليل المخاطر المناخية.
تتطلب الحاجة إلى قدرة وقائية تأثيرات على تصميم مسارات صارمة لتقليل الانبعاثات في ضوء القيود التي تحد من نشر تقنيات إزالة الكربون بشكل عام. المسارات التي تعتمد على كميات كبيرة من إزالة الكربون لتحقيق صافي صفر فقطغالبًا ما تستنفد أو تتجاوز حدود الاستدامة، مما يترك مجالًا ضئيلًا أو معدومًا لتصحيح المسار في حالة حدوث ارتفاع كبير في درجات الحرارة. على النقيض من ذلك، قد تفشل المسارات التي لا تخطط للتطور المستقبلي لإزالة الكربون المباشر (CDR) في بناء الحلول التكنولوجية المطلوبة لإنشاء قدرة وقائية لإزالة الكربون، مما يعرض الأجيال المستقبلية، وبشكل خاص المجتمعات الأكثر ضعفًا، لمخاطر يمكن على الأقل التخفيف منها جزئيًا. يتطلب دمج إزالة الكربون الوقائية في تصميم المسارات مزيدًا من التفكير، بما في ذلك بشأن المخاطر وتصميم السياسات، ولكن أيضًا حول كيفية توزيع المسؤوليات وتحفيز مختلف الفاعلين لتوفير هذه القدرة الوقائية لإزالة الكربون..
نتيجة للتأخير المستمر في خفض الانبعاثات، هناك احتمال كبير بتجاوز ارتفاع درجة الحرارة العالمية لـ، وحتى تحت مسارات الانبعاثات التي تعكس الطموحات السياسية الحاليةحتى لو تم خفض درجات الحرارة العالمية إلى ما دون تلك المستويات على المدى الطويل، فإن مثل هذا التجاوز سيأتي مع عواقب لا يمكن عكسها. فقط التخفيضات الصارمة والفورية في الانبعاثات يمكن أن تحد بشكل فعال من مخاطر المناخ.
المحتوى عبر الإنترنت
أي طرق، مراجع إضافية، ملخصات تقارير Nature Portfolio، بيانات المصدر، بيانات موسعة، معلومات تكميلية، شكر وتقدير، معلومات مراجعة الأقران؛ تفاصيل مساهمات المؤلفين والمصالح المتنافسة؛ وبيانات توفر البيانات والرموز متاحة علىhttps://doi.org/10.1038/s41586-024-08020-9.
روجيل، ج. وآخرون. فجوة المصداقية في أهداف المناخ الصفرية الصافية تترك العالم في خطر كبير. ساينس 380، 1014-1016 (2023).
الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. ملخص لصانعي السياسات. في تغير المناخ 2022: التخفيف من تغير المناخ. مساهمة الفريق العامل الثالث في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (تحرير شوقلا، ب. ر. وآخرون) 1-48 (مطبعة جامعة كامبريدج، 2022).
برُوتز، ر.، ستريفلر، ج.، روجيل، ج. وفوس، س. فهم نطاق إزالة ثاني أكسيد الكربون فيمسارات متوافقة وعالية الارتفاع. اتصالات البحث البيئي 5، 041005 (2023).
شوينجر، ج.، أسعدي، أ.، شتاينرت، ن. ج. ولي، هـ. انبعاث الآن، تخفيف لاحقاً؟ قابلية عكس نظام الأرض تحت تجاوزات بمقادير وفترات زمنية مختلفة. ديناميات نظام الأرض 13، 1641-1665 (2022).
بلايدرر، ب.، شلاوسنر، ج.-ف. وسيلمان، ج. عكس محدود للإشارات المناخية الإقليمية في سيناريوهات التجاوز. البحث البيئي والمناخي 3، 015005 (2024).
الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. ملخص لصانعي السياسات. في تغير المناخ 2021: الأساس العلمي الفيزيائي. مساهمة الفريق العامل الأول في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (تحرير ماسون-ديلموت، ف. وآخرون) 3-32 (مطبعة جامعة كامبريدج، 2021).
ماكدوجال، أ. هـ. وآخرون. هل هناك احترار في الأفق؟ تحليل متعدد النماذج لالتزام الصفر من الانبعاثات منعلوم الأحياء الجيولوجية 17، 2987-3016 (2020).
سميث، س. وآخرون. حالة إزالة ثاني أكسيد الكربون الطبعة الأولى (MCC، 2023).
ديبريز، أ. وآخرون. الحدود اللازمة للاستدامة لـإزالة. العلوم 383، 484-486 (2024).
شنايدر، س. هـ. وماستراندريا، م. د. تقييم احتمالي لتغير المناخ “الخطير” ومسارات الانبعاثات. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 102، 15728-15735 (2005).
ويغلي، ت. م. ل.، ريتشيلز، ر. وإدموندز، ج. أ. الخيارات الاقتصادية والبيئية في استقرار الغلاف الجويتركيزات. الطبيعة 379، 240-243 (1996).
أزار، سي.، يوهانسون، د. ج. أ. وماتسون، ن. تحقيق أهداف درجة الحرارة العالمية – دور الطاقة الحيوية مع احتجاز الكربون وتخزينه. رسائل البحث البيئي 8، 034004 (2013).
شلاوسنر، سي.-إف. وآخرون. خصائص العلم والسياسة لهدف درجة حرارة اتفاق باريس. نات. مناخ. تغيير 6، 827-835 (2016).
رياحي، ك. وآخرون. مسارات التخفيف المتوافقة مع الأهداف طويلة الأجل. في الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، 2022: تغير المناخ 2022: التخفيف من تغير المناخ. مساهمة الفريق العامل الثالث في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (تحرير: شوكلا، ب. ر. وآخرون) 295-408 (مطبعة جامعة كامبريدج، 2022).
روجيل، ج. وآخرون. منطق سيناريو جديد لهدف درجة الحرارة على المدى الطويل لاتفاق باريس. ناتشر 573، 357-363 (2019).
شلاوسنر، سي.-إف.، غانتي، جي.، روجيل، جي. & جيدن، إم. جي. تصنيف مسارات الانبعاثات الذي يعكس أهداف اتفاق باريس المناخية. اتصالات. الأرض والبيئة 3، 135 (2022).
فورستر، ب. وآخرون. ميزانية الطاقة في الأرض، ردود الفعل المناخية، وحساسية المناخ. في تغير المناخ 2021: الأساس العلمي الفيزيائي. مساهمة الفريق العامل الأول في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ 923-1054 (مطبعة جامعة كامبريدج، 2023).
غراسي، ج. وآخرون. تنسيق تقديرات تدفقات استخدام الأراضي للنماذج العالمية والمخزونات الوطنية للفترة 2000-2020. بيانات علوم الأرض 15، 1093-1114 (2023).
مينهاوزن، م. وآخرون. وجهة نظر حول الجيل القادم من سيناريوهات نماذج نظام الأرض: نحو مسارات انبعاث تمثيلية (REPs). تطوير نماذج علوم الأرض 17، 4533-4559 (2024).
زيكفيلد، ك.، أزيفيدو، د.، ماثيسيوس، س. وماثيوز، هـ. د. عدم التماثل في استجابة دورة المناخ والكربون لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الإيجابية والسلبية. نات. مناخ. تغيير 11، 613-617 (2021).
باور، س.، ناويلز، أ.، نيكولز، ز.، ساندرسون، ب. م. وشلاوسنر، س.-ف. طول فترة نشر تعديل الإشعاع الشمسي: تفاعل التخفيف، والانبعاثات السلبية الصافية، وعدم اليقين المناخي. ديناميات نظام الأرض 14، 367-381 (2023).
كاناديل، ج. ج. وآخرون. الكربون العالمي ودورات الكيمياء الحيوية الأخرى والتغذية الراجعة. في تغير المناخ 2021: الأساس العلمي الفيزيائي. مساهمة مجموعة العمل الأولى في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ 673-816 (مطبعة جامعة كامبريدج، 2021).
ماكلارين، د.، ويليس، ر.، شيرزينسكي، ب.، تايفيلد، د. وماركوسون، ن. جاذبية التأخير: استخدام المشاركة المدروسة للتحقيق في الآثار السياسية والاستراتيجية لتقنيات إزالة غازات الدفيئة. التخطيط البيئي. E الفضاء الطبيعي 6، 578-599 (2023).
باويس، سي. إم.، سميث، إس. إم.، مينكس، جي. سي. وغاسر، تي. قياس نشر إزالة ثاني أكسيد الكربون على مستوى العالم. رسائل البحث البيئي 18، 024022 (2023).
لامب، و. ف. وآخرون. فجوة إزالة ثاني أكسيد الكربون. نات. مناخ. تغيير 14، 644-651 (2024).
برودز، ر.، فوس، س.، لوك، س.، ستيفان، ل. وروجيل، ج. تصنيف لرسم الأدلة حول الفوائد المشتركة، التحديات، وحدود إزالة ثاني أكسيد الكربون. اتصالات. الأرض والبيئة 5، 197 (2024).
ستيوارت-سميث، ر. ف.، راجاماني، ل.، روجيل، ج. وويتزر، ت. الحدود القانونية لاستخدامالإزالة. العلوم 382، 772-774 (2023).
كينغ، أ. د. وآخرون. الاستعداد لعالم ما بعد الصفر الصافي. نات. مناخ. تغيير 12، 775-777 (2022).
بيلومو، ك.، أنجيلوني، م.، كورتّي، س. وفون هاردنبرغ، ج. تغير المناخ المستقبلي الذي تشكله الاختلافات بين النماذج في استجابة الدورة الدموية العمودية الأطلسية. نات. كوميونيك. 12، 3659 (2021).
شوينغر، ج.، أسعدي، أ.، غوريس، ن. ولي، هـ. إمكانية حدوث تبريد قوي في نصف الكرة الشمالي عند خطوط العرض العالية تحت انبعاثات سلبية. نات. كوميونيك. 13، 1095 (2022).
مولر، ت. وآخرون. تحقيق صافي انبعاثات غازات الدفيئة الصفرية أمر حاسم للحد من مخاطر تغير المناخ. نات. كوم. 15، 6192 (2024).
سانتانا-فالكون، ي. وآخرون. فقدان لا رجعة فيه في قابلية الحياة في النظام البيئي البحري بعد تجاوز درجة الحرارة. اتصالات. الأرض والبيئة. 4، 343 (2023).
شلاوسنر، سي.-إف. وآخرون. تغييرات في إنتاجية المحاصيل في و عوالم تحت عدم اليقين في حساسية المناخ. رسائل البحث البيئي 13، 064007 (2018).
ماير، أ. ل. س.، بينتلي، ج.، أودولامي، ر. س.، بيغوت، أ. ل. و تريزوس، س. هـ. المخاطر التي تهدد التنوع البيولوجي نتيجة مسارات تجاوز درجات الحرارة. فلسفة. ترانس. ر. سوس. ب. بيولوجيا. علوم. 377، 20210394 (2022).
مينجل، م.، ناويلز، أ.، روجيل، ج. وشلاوسنر، س.-ف. ارتفاع مستوى سطح البحر الملتزم بموجب اتفاق باريس وإرث تأخير إجراءات التخفيف. نات. كوم. 9، 601 (2018).
أندرييفيتش، م. وآخرون. نحو تمثيل السيناريو لقدرة التكيف لتقييمات تغير المناخ العالمي. نات. مناخ. تغيير 13، 778-787 (2023).
توماس، أ. وآخرون. أدلة عالمية على القيود والحدود لتكيف الإنسان. تغيير البيئة الإقليمية 21، 85 (2021).
بيركمان، ج. وآخرون. الفقر وسبل العيش والتنمية المستدامة. في تغير المناخ 2022: الآثار والتكيف والضعف. مساهمة الفريق العامل الثاني في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ 1171-1274 (IPCC، 2022).
بورك، م.، هسيانغ، س. م. وميغيل، إ. التأثير غير الخطي العالمي لدرجة الحرارة على الإنتاج الاقتصادي. ناتشر 527، 235-239 (2015).
الاتفاقية الإطارية للأمم المتحدة بشأن تغير المناخ. خطط التكيف الوطنية 2021. التقدم في صياغة وتنفيذ خطط التكيف الوطنية (الاتفاقية الإطارية للأمم المتحدة، 2022).
كاني، س. تغير المناخ، العدالة بين الأجيال ومعدل الخصم الاجتماعي. فلسفة السياسة والاقتصاد 13، 320-342 (2014).
ماك مارتن، د. ج.، ريك، ك. ل. وكيث، د. و. الهندسة الجيولوجية الشمسية كجزء من استراتيجية شاملة لتحقيق هدف باريس. فلس. ترانس. ر. سوس. رياض. فيز. إنج. سا. 376، 20160454 (2018).
بييرمان، ف. وآخرون. الهندسة الجيولوجية الشمسية: الحالة من أجل اتفاق دولي بعدم الاستخدام. WIREs تغير المناخ 13، e754 (2022).
فيسون، سي. إل.، باور، س.، جيدن، م. وشلاوسنر، سي. إزالة ثاني أكسيد الكربون العادل تزيد من مسؤولية المصدرين الرئيسيين. نات. مناخ. تغيير 10، 836-841 (2020).
سيلفي، ي. وآخرون. AERA-MIP: مسارات الانبعاثات، الميزانيات المتبقية وديناميات دورة الكربون المتوافقة مع و استقرار الاحتباس الحراري. مسودة مسبقة فيhttps://doi.org/10.5194/egusphere-2024-488 (2024).
هاليغاتي، س. استراتيجيات التكيف مع تغير المناخ غير المؤكد. التغيير البيئي العالمي 19، 240-247 (2009).
ملاحظة الناشر: تظل شركة سبرينجر ناتشر محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.
الوصول المفتوح هذه المقالة مرخصة بموجب رخصة المشاع الإبداعي النسب 4.0 الدولية، التي تسمح بالاستخدام والمشاركة والتكيف والتوزيع وإعادة الإنتاج بأي وسيلة أو صيغة، طالما أنك تعطي الائتمان المناسب للمؤلفين الأصليين والمصدر، وتوفر رابطًا لرخصة المشاع الإبداعي، وتوضح إذا ما تم إجراء تغييرات. الصور أو المواد الأخرى من طرف ثالث في هذه المقالة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي الخاصة بالمقالة، ما لم يُشار إلى خلاف ذلك في سطر الائتمان للمواد. إذا لم تكن المادة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي الخاصة بالمقالة وكان استخدامك المقصود غير مسموح به بموجب اللوائح القانونية أو يتجاوز الاستخدام المسموح به، فستحتاج إلى الحصول على إذن مباشرة من صاحب حقوق الطبع والنشر. لعرض نسخة من هذه الرخصة، قم بزيارةhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. (ج) المؤلف(ون) 2024
طرق
تقييم الصافي السلبيانبعاثات تحتاج إلى عكس عدم اليقين المناخي
في تحليلنا التوضيحي، نقيم NNCE لسيناريو PROVIDE REN_ NZCO2سيناريو REN_NZCO2 يتبع مسار انبعاثات مسار التخفيف التوضيحي (IMP) REN من التقرير السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC).حتى عام الصفر الصافي (2060 لهذا السيناريو). بعد عام الصفر الصافيتُحافظ الانبعاثات (لكل من غازات الدفيئة ومواد الهباء الجوي المسبقة) على ثباتها.
اشتقاق مقاييس استجابة المناخ. في هذا التحليل، نستخرج ثلاثة مقاييس تلتقط عناصر مختلفة من استجابة المناخ خلال مرحلة الاحترار والمرحلة طويلة الأجل:
الاستجابة العابرة الفعالة لانبعاثات التراكمية (للزيادة)، أو eTCREup: هذه المقياس يلتقط الاحترار المتوقع لكمية معينة من الانبعاثات التراكمية حتى الوصول إلى صافي الصفر..
الاستجابة العابرة الفعالة للانبعاثات التراكمية (الأسفل)، أو eTCREdown: هذه المقياس يلتقط الاحترار أو التبريد المتوقع لكمية معينة من الانبعاثات السلبية الصافية التراكمية بعد الوصول إلى صافي الصفر.. هذه مقياس تشخيصي بحت ويشمل أيضًا تأثيرات الالتزام الفعّال بانبعاثات صفرية (eZEC).
eZEC: الاستجابة المستمرة لدرجة الحرارة بعد الصفر الصافيتتحقق الانبعاثات وتستمرهنا يتم تقييم eZEC على مدى 40 عامًا (بين 2060 و 2100).
لتقدير eTCREup (المعادلة (1))، نستخدم مباشرة نتائج الاحترار المبلغ عنها في مجموعة PROVIDE. يتم تقييم نتائج الاحترار باستخدام نموذج المناخ ودورة الكربون البسيط FaIR v.1.6.2 (المرجع 55) في إعداد احتمالي مع 2,237 عضوًا في المجموعة يتماشى مع تقييم عدم اليقين في تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC AR6).يمتلك كل عضو في المجموعة تكوين معلمات محدد يسمح بتقييم خصائص محددة لأعضاء المجموعة مثل مقاييس المناخ التي تم تقديمها أعلاه عبر سيناريوهات انبعاثات مختلفة. يتماشى هذا الإعداد الاحتمالي لـ FalR مع النطاقات المقدرة لحساسية المناخ التوازني، ومتوسط درجة حرارة السطح العالمية التاريخية، ومقاييس هامة أخرى تم تقييمها من قبل IPCC AR6 WGI (المرجع 18).
أينيشير إلى عضو الفرقة من FalR، هو خطوة الزمن، هو الشبكةالانبعاثات في خطوة الزمن و يشير إلى الاحترار في خطوة الزمنلعضو معين في المجموعة. نحتاج إلى اتخاذ نهج مختلف لتقدير المقياس الثاني (eTCRE) ) لأن PROVIDE REN_NZCO2 لا يحتوي على NNCE حسب التصميم. نحن نكيف هذا السيناريو مع مستويات أرضية مختلفة من NNCE تتراوح من إلى (الشكل البياني الممتد 1) التي تُطبق من 2061 إلى 2100. السيناريو لا يتغير قبل عام 2060. ثم نقوم بحساب نتائج الاحترار لكل من هذه السيناريوهات باستخدام نفس إعدادات FaIR الاحتمالية ونحدد السيناريو (في هذه الحالة، REN_NZCO2 معإزالة صافية) التي يكون فيها جميع أعضاء المجموعة في حالة تبريد بين عامي 2060 و2100 (الشكل البياني الممتد 1). هذا مطلوب للحصول على مقياس مناسب لتأثير انبعاثات NNCE. من هذا السيناريو المعدل، نقيم eTCREdown لكل عضو في المجموعة باستخدام
حساب NNCE التراكمي لكل عضو في المجموعة. يظهر كل عضو في المجموعة مستوى مختلفًا من الاحترار الذروي يعتمد على eTCRE. (الشكل 2ج). نحن نحسب NNCE التراكمي (لكل عضو في الفرقة) الذي هو ضروري لضمان التبريد بعد الذروة إلىفي عام 2100 باستخدام
تقدير الالتزام الفعال بالانبعاثات الصفرية (eZEC) يسمح لنا بفصل مكونات الاستقرار والانخفاض في NNCE. نقوم بتقييم eZEC باستخدام نتيجة الاحترار بعد عام 2060 من سيناريو PROVIDE REN_NZCO2 الأصلي على النحو التالي:
نحن نقيم مكون الـلتعويض عن eZEC إيجابي باستخدام
ثم نقيم مكون هذا NNCEللتبريد بعد الاستقرار باستخدام
تقدير تشخيصات أعضاء مجموعة FalR v.1.6.2 للتحقق. لتقييم قوة تقديرات NNCE الخاصة بنا، نقوم بتقييم مجموعة نموذج FalR الخاصة بنا مقابل تقييمات IPCC AR6 لاثنين من التشخيصات النموذجية الرئيسية – حساسية المناخ في حالة التوازن (ECS) والتزام انعدام الانبعاثات (ZEC). تشير ECS إلى التغير الثابت في درجة حرارة السطح بعد مضاعفة تركيزات الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي.تركيز من الظروف ما قبل الصناعية. زك هو الاحترار العالمي الناتج بعد الأنشطة البشريةلقد وصلت الانبعاثات إلى الصفر وتحددها التوازن بين الاحترار المستمر الناتج عن الانبعاثات السابقة والانخفاض في الغلاف الجويتركيز يقلل من التأثير الإشعاعي بعد توقف الانبعاثات.
يتم تعريف ECSكما
أينهو التأثير الإشعاعي الفعال الناتج عن مضاعفة و هو معامل ردود الفعل المناخية. و هي معلمات تُستخدم مباشرة في FaIR، وبالتالي يمكن حساب ECS لكل عضو في المجموعة.
نقوم بتشخيص ZEC لكل عضو في المجموعة من خلال إجراء تجارب ZEC ذات الشكل الجرس من بروتوكول نمذجة مشروع المقارنة لالتزام انعدام الانبعاثات (ZECMIP) (التي تتوافق مع تجارب B1-B3 في المرجع 7). هذه التجارب هي-تشغيل فقط، مع ملف انبعاثات على شكل جرس مع قيود تراكمية على الانبعاثات ( و ، على التوالي) تم تطبيقها على مدى فترة زمنية تبلغ 100 عام من بداية فترة المحاكاة. جميع غير-تُثبَّت العوامل عند مستويات ما قبل الصناعة. ZECيتم بعد ذلك حساب التقدير لكل عضو في المجموعة كفرق بين درجات الحرارة في السنوات 150 و 100 من المحاكاة. هذاالتقدير يُستخدم لأغراض تشخيصية بحتة ويختلف عن تقدير eZEC الخاص بنا، حيث يعتمد الأخير على الخصائص المحددة لمسار الانبعاثات الذي نطبقه. ومع ذلك، نظرًا لأن تجارب الجرس تقترب من انبعاثات صفرية تدريجيًا من الأعلى وتشبه ملفات انبعاثات سيناريو التخفيف الفعلي، فهي تعتبر نظائر جيدة لـ eZEC.
كما هو متوقع، بعد المعايرة المطولة لنموذج FaIR مقابل تقرير التقييم السادس (AR6)، نجد توافقًا جيدًا جدًا بين توزيع ECS وZEC عبر أعضاء مجموعة FalR وتقييم AR6 (قارن الشكل الإضافي 2a وb). كما نبلغ عن توافق الاحترار التاريخي المودل عبر المجموعة مقارنة بالسجل الملاحظ (الشكل الإضافي 1d). بناءً على هذا التقييم، لا يمكننا استبعاد أعضاء مجموعة ECS/ZEC العالية التي تؤثر على ذيل توزيع NNCE لدينا (الشكل 2c من البيانات الموسعة). ومع ذلك، نجد أن النتائج العالية لـ NNCE تظهر أيضًا في حالات ECS وZEC المتوسطة إلى العالية.
تجاوز القابلية للعكس لدرجة الحرارة ومتوسط هطول الأمطار السنوي
للتحقيق في دور الاستقرار والتجاوز في العكس الإقليمي، نستخدم محاكاة لنموذجين مختلفين من النماذج المناخية (ESMs) التي (1) تثبت درجة حرارة السطح العالمية (GSAT) عند حواليارتفاع درجة حرارة الأرض مقارنةً بفترة ما قبل الصناعة و(2) تجاوز هذا المستوى بحوالي (الشكل 4 من البيانات الموسعة). GFDL-ESM2M تم إجراء المحاكاة باستخدام AERAالذي يتكيف فرض مكافئ ( انبعاثات ( -في) بشكل متتابع كل 5 سنوات للوصول إلى الاستقرار ) وارتفاع مؤقت (ذروة الاحترار بـ ) المستويات، قبل العودة والاستقرار عند للاحتباس الحراري في الحالة الأخيرة. في هذا الإعداد، المتبقي يتم تحديد ميزانية الانبعاثات كل 5 سنوات بناءً على العلاقة بين الاحترار العالمي البشري السابق وانبعاثات -في التي تم محاكاتها بواسطة النموذج. الباقي من الأنشطة البشريةثم يتم حساب الانبعاثات أو الإزالة على افتراض عدم-وانبعاثات تغيير استخدام الأراضي وفقًا لـ RCP2.6. المستقبلثم يتم إعادة توزيع الانبعاثات وفقًا لدالة متعددة الحدود من الدرجة الثالثة، مقيدة للوصول بسلاسة إلى أي مستوى درجة حرارة معين. يتم تقديم التفاصيل لحالة الاستقرار في بروتوكول محاكاة مقارنة نموذج AERA. والتحليل .
محاكاة باستخدام NorESM2-LMتمت وفق مسارات انبعاث مثالية، بما في ذلك مراحل إيجابية وسلبيةانبعاثات. هذه المحاكاة مدفوعة بالانبعاثات، مما يعني أن الغلاف الجويتتغير التركيزات استجابة لكل من الانبعاثات والتبادلات بين الغلاف الجوي والمحيط أو اليابسة. القوة الوحيدة المطبقة هي انبعاثات في الغلاف الجوي، في حين أن استخدام الأراضي وتظل الضغوط عند مستويات ما قبل الصناعة. تتماشى المسارات التراكمية المثالية للانبعاثات مع بروتوكول ZECMIP.. تمثل هذه الانبعاثات كمنحنيات على شكل جرس، مع 50 عامًا من الانبعاثات المتزايدة تليها 50 عامًا من الانبعاثات المتناقصة. تتبع مسارات الانبعاثات التراكمية السلبية نمطًا مشابهًا ولكن مع إشارة سالبة. تحتوي محاكاة الاستقرار المرجعية على انبعاثات كربونية تراكمية تبلغ 1,500 بيغاغرام خلال المئة عام الأولى تليها انبعاثات صفرية لمدة 300 عام. تصل المحاكاة المرجعية إلى مستويات الاحترار العالمي بحواليعلى المدى الطويل. يتمتع نموذج NorESM2-LM باستجابة مناخية عابرة منخفضة لانبعاثات التراكم (TCRE) من. بالنسبة لمحاكاة التجاوز، تتضمن مسار الانبعاثات انبعاثات الكربون التراكمية من على مدى المئة عام الأولى، مع اتباع نفس ملف انبعاثات السيناريو المرجعي ولكن بمعدلات انبعاثات أعلى. يتبع ذلك تطبيق تقنيات إزالة الكربون (في هذه الحالة يُفترض أنها التقاط الهواء المباشر) لإزالة 1,000 Pg من الكربون التراكمي على مدى فترة مئة عام أخرى. بعد توقف الانبعاثات السلبية، يتبع ذلك مرحلة ممتدة مدتها 200 عام من الانبعاثات الصفرية، بحيث تكون كمية انبعاثات الكربون التراكمية متطابقة مع المحاكاة المرجعية لتلك الفترة.
في كلا البروتوكولين التجريبيين، غير-تكون الضغوط، بما في ذلك الهباء الجوي، متشابهة في سيناريوهات الاستقرار والزيادة المفرطة. وبالتالي نجد أن التجارب مناسبة تمامًا لاستكشاف الأثر طويل الأمد للزيادات المفرطة على المناخ الإقليمي مقارنةً بالاستقرار المناخي على المدى الطويل بعد 200 عام من ذروة الاحترار.
نلاحظ أن أيًا من البروتوكولين لا يتضمن تغييرات في استخدام الأراضي تتجاوز المسار المرجعي. وهذا يشير إلى افتراض ضمني بأن الكربون المزال من الغلاف الجوي في هذه المحاكاة يتم تحقيقه باستخدام خيارات تقنية ذات بصمة أرضية قليلة أو معدومة مثل التقاط الهواء المباشر مع تخزين الكربون (الجدول البياني الممتد 2). ومع ذلك، إذا كان من المفترض تحقيق كمية الكربون المزال باستخدام طرق CDR المعتمدة على الأراضي، فسنتوقع تأثيرات مناخية بيولوجية واضحة نتيجة لتغييرات استخدام الأراضي وحدها.يجب استكشاف الفروق المناخية الإقليمية الناتجة عن استراتيجيات إزالة الكربون المختلفة في جهود النمذجة المستقبلية.
التوسيع الإقليمي. نقوم بحساب المتوسطات الإقليمية الموزونة مكانيًا لمناطق اليابسة أو المحيطات وفقًا لمناطق IPCC AR6. WNEU يتوافق مع خلايا الشبكة الأرضية في غرب وسط أوروبا (WCE) وشمال أوروبا (NEU). يتوافق NAO45 مع خلايا الشبكة البحرية في منطقة شمال الأطلسي. (انظر المنطقة المحاطة في الشكل 3e، f). AMZ و WAF هما منطقتان بريتان.
التوسع مع GMST. في الشكل 3 (الشكل الإضافي 5)، نعرض انحرافات درجة حرارة الهواء السطحي (tas) (انحرافات هطول الأمطار المطلقة، على التوالي) مقسومة على انحرافات GMST الملساء على مدى 31 عامًا لمناطق مختلفة. يتم حساب الانحرافات بالنسبة للفترة من 1850 إلى 1900.
اختلافات الفترات والأهمية الإحصائية. عند مقارنة متوسطات الفترات بين سيناريوهين (الشكل 3) أو في أوقات مختلفة في نفس السيناريو (البيانات الموسعة الأشكال 6-8)، نقارن حجم الاختلاف مع اختلافات الفترات العشوائية من نفس الطول في محاكاة piControl. إذا تجاوز الاختلاف النسبة المئوية 95 (أو كان أقل من النسبة المئوية 5) للاختلافات الموجودة في محاكاة piControl، نعتبر الاختلاف ذا دلالة إحصائية خارج نطاق التغير المناخي الداخلي. عندماتتوفر مجموعات للمقارنة بين متوسطات الفترات، نختار مجموعات منفترات عشوائية وحساب الفرق بين النصف الأول والنصف الثاني من هذه المجموعات العشوائية لمحاكاة الفروق بين التجمعات.
تحليل CMIP6. نقوم بتحليل توقعات المناخ لسيناريوهات SSP5-34-OS و SSP1-19 بواسطة 12 نموذجًا من نماذج المحاكاة المناخية المتصلة في المرحلة السادسة من مشروع المقارنة بين النماذج (المرجع 66): CESM2-WACCM، CanESM5، EC-Earth3، FGOALS-g3، GFDL-ESM4، GISS-E2-1-G، IPSL-CM6A-LR، MIROC-ES2L، MIROC6، MPI-ESM1-2-LR، MRI-ESM2-0 و UKESM1-0-LL.
نقوم بتنعيم سلسلة زمنية لدرجة حرارة السطح العالمية (GMST) من خلال تطبيق متوسط متحرك لمدة 31 عامًا. في كل عملية محاكاة، نحدد ذروة الاحترار على أنها السنة التي تصل فيها GMST الملساء إلى أقصى حد لها. بعد ذلك، نختار السنوات التي تسبق وتلي ذروة الاحترار والتي تكون فيها GMST الملساء أقرب إلى -0.1 كلفن و -0.2 كلفن تحت ذروة الاحترار. هناك عدم تماثل كبير، يعتمد على النموذج، في متوسط الوقت بين معدل التغير في GMST قبل وبعد ذروة الاحترار (انظر المرجع 5 للحصول على نظرة عامة). في كل عملية، نقوم بمتوسط درجات الحرارة السنوية وهطول الأمطار لمدة 31 عامًا حول السنوات المذكورة أعلاه. أخيرًا، لكل نموذج من نماذج المحاكاة البيئية (ESM)، يتم حساب متوسط هذه الفترات التي تمتد على 31 عامًا عبر جميع عمليات المحاكاة المتاحة للنموذج، ويتم حساب الوسيط الجماعي لـ 12 نموذجًا من نماذج المحاكاة البيئية للاختلافات المعروضة.
توقعات ارتفاع مستوى سطح البحر، والتربة المتجمدة، والأراضي الخثية
نحن نتوقع ارتفاع مستوى سطح البحر، وانبعاثات الكربون من التربة المتجمدة والأراضي الخثية مع مجموعتين من سيناريوهات السيناريو كما هو موثق في المرجع 37. كلا المجموعتين من السيناريوهات تثبت ارتفاع درجة الحرارة تحت، مع مجموعة واحدة من السيناريوهات التي تحقق وتحافظ على هدف انبعاثات غازات الدفيئة الصفرية الصافي لاتفاق باريس والمجموعة الأخرى التي تحقق الصفر الصافيانبعاثات فقط. تم أخذ توقعات ارتفاع مستوى سطح البحر من المرجع 37، استنادًا إلى مزيج من نموذج منخفض التعقيد لدرجة الحرارة العالمية المتوسطة مع نموذج بسيط قائم على المكونات لتقييم آثار مسارات الانبعاثات المختلفة على ارتفاع مستوى سطح البحر حتى عام 2300. نحن نتوقع ديناميات الكربون للطبقات الجليدية الدائمة والأراضي الخثية الشمالية للسيناريوهات المذكورة باستخدام وحدة الطبقات الجليدية الدائمة من نموذج ESM OSCAR المدمج.ونموذج محاكاة للأراضي الخثية تم معايرته بناءً على مشروع المقارنة بين الأراضي الخثية المنشور سابقًاالبيانات المستخدمة لدفع نماذج التربة المتجمدة والأراضي الخثية هي تغير درجة حرارة سطح الأرض العالمية والجوتغير التركيز بالنسبة للمستويات ما قبل الصناعية. أولاً، قمنا بمحاكاةالتدفقات والتدفقات من كل من التربة المتجمدة الدائمة والأراضي الخثية الشمالية (انظر الشكل 9 في البيانات الموسعة لاستجابات المكونات الفردية). بعد ذلك، قمنا بحساب التأثيرات المناخية الصافية لهذين النظامين باستخدام GWP* وفقًا للطريقة الموضحة في المرجع 68. نستخدم المعادلة التالية لاشتقاقانبعاثات مكافئة للاحتباس الحراري ( ) من الـ الانبعاثات، مع الأخذ في الاعتبار الاستجابة المتأخرة لدرجة الحرارة للتغيرات السابقة في معدل الانبعاث:
أين هو التغير في معدل الانبعاث علىالسنوات السابقة؛ H هومعدل الانبعاثات للسنة المعنية؛ و هي الأوزان المعطاة لتأثير تغيير الـمعدل الانبعاث وتأثيره الأسهم. بناءً على المرجع 68، نستخدم . بسبب الاعتماد على المسار التاريخي لانبعاثات الكربون وتغذية الدورة الكربونية الراجعة، فإن قيم و تعتمد على السيناريو. هنا نستخدم و (القيم المستخدمة في المرجع 68 لـ RCP2.6)، مع سنوات، 29.8 للطبقة الجليدية الدائمة و GWP27.0 للأراضي الخثية. ثم نقوم بتقدير تغير درجة الحرارة العالمية (بسبب التربة المتجمدة والأراضي الخثية و الانبعاثات كمنتج للتراكم البشري-انبعاثات غازات الدفيئة من التربة المتجمدة والأراضي الخثية الشمالية وTCRE:
أين و هممعدلات الانبعاثات من التربة المتجمدة والأراضي الخثية الشمالية في عام 2300 وفي العصر ما قبل الصناعي، على التوالي؛ و هم-نحن* بسبب الجليد الدائم والأراضي الخثية الشمالية الانبعاثات في عام 2300 وفي العصر ما قبل الصناعي، على التوالي. بالنسبة لـ TCRE، نأخذ القيمة المتوسطة لـ لكل (مرجع 18).
تم إجراء التحليل باستخدام بايثون وتعتمد الإسقاطات المكانية على حزمة كارتوبي. السكربتات لتكرار الأشكال 2-5 متاحة على زينودو. (https://doi.org/10.5281/zenodo.13208166). 51. لامبول، ر.، روجيل، ج. وشلاوسنر، ك.-ف. دليل السيناريوهات لمشروع PROVIDE. أرشيف ESS المفتوحhttps://doi.org/10.1002/essoar. 10511875.2 (2022). 52. لوديرر، ج. وآخرون. تأثير انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة على الكهربة في السيناريوهات ذات الانبعاثات المنخفضة. نات. إنرجي 7، 32-42 (2022). 53. رياحي، ك. وآخرون. مسارات التخفيف المتوافقة مع الأهداف طويلة الأجل. في الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، 2022: تغير المناخ 2022: التخفيف من تغير المناخ. مساهمة الفريق العامل الثالث في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (تحرير شوقلا، ب. ر. وآخرون) (مطبعة جامعة كامبريدج، 2022). 54. بايرز، إ. وآخرون. قاعدة بيانات سيناريوهات AR6. زينودوhttps://doi.org/10.5281/zenodo.5886912 (2022). 55. سميث، سي. جي. وآخرون. FAIR v1.3: نموذج استجابة دافعة بسيط قائم على الانبعاثات ودورة الكربون. تطوير نماذج علوم الأرض 11، 2273-2297 (2018). 56. نيكولز، ز. وآخرون. صندوق عبر الفصول 7.1: المحاكاة الفيزيائية لنماذج نظام الأرض لتصنيف السيناريوهات ودمج المعرفة في التقرير السادس لتقييم المناخ. في تغير المناخ 2021: الأساس العلمي الفيزيائي. مساهمة مجموعة العمل الأولى في التقرير السادس للجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (تحرير ماسون-ديلموتي، ف. وآخرون) (مطبعة جامعة كامبريدج، 2021). 57. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. الملحق السابع: المعجم. في تغير المناخ 2021: الأساس العلمي الفيزيائي. مساهمة مجموعة العمل الأولى في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (تحرير ماثيوز، ج. ب. ر. وآخرون) 2215-2256 (مطبعة جامعة كامبريدج، 2021). 58. شيروود، س. وآخرون. تقييم حساسية مناخ الأرض باستخدام خطوط متعددة من الأدلة. مراجعة الجيوفيزياء 58، e2019RG000678 (2020). 59. دن، ج. ب. وآخرون. نماذج نظام الأرض المناخي الكربوني المتكاملة GFDL’s ESM2. الجزء الثاني: صياغة نظام الكربون وخصائص المحاكاة الأساسية. مجلة المناخ 26، 2247-2267 (2013). 60. برجر، ف. أ.، جون، ج. ج. وفرويشلر، ت. ل. زيادة في تباين حموضة المحيطات والظواهر القصوى تحت زيادة الغلاف الجويبيوجيوساينس 17، 4633-4662 (2020). 61. تيرها، ج.، فريوليشر، ت. ل.، أشواندن، م. ت.، فريدلينغستين، ب. وجوس، ف. نهج تخفيض الانبعاثات التكيفية للوصول إلى أي هدف من أهداف الاحترار العالمي. نات. مناخ. تغيير 12، 1136-1142 (2022). 62. فريوليش، ت. ل.، ينس، ت.، فورتونات، ج. ويونا، س. بروتوكول لمحاكاة نهج تقليل الانبعاثات التكيفية (AERA). زينودوhttps://doi.org/10.5281/zenodo. 7473133 (2022). 63. سيلاند،. وآخرون. نظرة عامة على نموذج النظام الأرضي النرويجي (NorESM2) والاستجابة المناخية الرئيسية لمحاكاة CMIP6 DECK، التاريخية، والسيناريوهات. تطوير نماذج علوم الأرض 13، 6165-6200 (2020). 64. جونز، سي. دي. وآخرون. مساهمة مشروع مقارنة نماذج الالتزام بالانبعاثات الصفرية (ZECMIP) في C4MIP: قياس التغيرات المناخية الملتزمة بعد انبعاثات كربونية صفرية. تطوير نماذج علوم الأرض 12، 4375-4385 (2019). 65. دي هيرتوج، س. ج. وآخرون. التأثيرات البيوجغرافية والفيزيائية لتغييرات الغطاء الأرضي وإدارة الأراضي المثالية في نماذج نظام الأرض. ديناميات نظام الأرض 14، 629-667 (2023). 66. أونيل، ب. س. وآخرون. مشروع المقارنة بين نماذج السيناريو (ScenarioMIP) لـ CMIP6. مناقشات تطوير نماذج علوم الأرض 9، 3461-3482 (2016). 67. كويلكايل، ي.، غاسر، ت.، سياس، ب. وبوشيه، أ. محاكاة CMIP6 باستخدام نموذج النظام الأرضي المدمج OSCAR v3.1. تطوير نماذج علوم الأرض 16، 1129-1161 (2023). 68. تشيو، سي. وآخرون. سيناريو تخفيف قوي يحافظ على الحياد المناخي للأراضي الخثية الشمالية. ون إيرث 5، 86-97 (2022). 69. لامبول، ر.، روجيل، ج. وشلاوسنر، ك.-ف. بيانات انبعاثات السيناريو ودرجات الحرارة لمشروع PROVIDE (الإصدار 1.1.1). زينودوhttps://doi.org/10.5281/zenodo.6963586 (2022). 70. لاكروا، ف.، برجر، ف.، سيلفي، ي.، شلاوسنر، ج.-ف.، وفرويشلر، ت. بيانات تجاوز GFDL-ESM2M. زينودوhttps://doi.org/10.5281/zenodo. 11091132 (2024). 71. شلاوسنر، سي.-إف. وآخرون. النصوص المرافقة لشلاوسنر وآخرون. الثقة المفرطة في تجاوز المناخ. زينودوhttps://doi.org/10.5281/zenodo.13208166 (2024). 72. لين، ج.، غريغ، س. & غارنيت، أ. آفاق التخزين غير المؤكدة تخلق معضلة لطموحات التقاط الكربون وتخزينه. نات. مناخ. تغيير 11، 925-936 (2021). 73. فوس، س. وآخرون. الانبعاثات السلبية – الجزء 2: التكاليف، الإمكانيات والآثار الجانبية. رسائل البحث البيئي 13، 063002 (2018). 74. أندرغ، و. ر. ل. وآخرون. المخاطر المدفوعة بالمناخ على إمكانيات التخفيف المناخي للغابات. ساينس 368، eaaz7005 (2020). 75. هيكنين، ج.، كيسكينن، ر.، كوستنسالو، ج. ونوتينن، ف. تغير المناخ يؤدي إلى فقدان الكربون من التربة المعدنية القابلة للزراعة في الظروف الشمالية. التغير العالمي في البيولوجيا 28، 3960-3973 (2022). 76. تشيكير، س.، باتريزيو، ب.، بوي، م.، سوني، ن. ودويل، ن. م. تحليل مقارن لكفاءة وتوقيت وديمومة مسارات إزالة ثاني أكسيد الكربون. علوم الطاقة والبيئة 15، 4389-4403 (2022). 77. Mengis, N.، Paul, A. & Fernández-Méndez, M. العد (على) الكربون الأزرق – التحديات والطرق المستقبلية لمحاسبة الكربون لإزالة الكربون المعتمدة على النظام البيئي في البيئات البحرية. PLoS Clim. 2، e0000148 (2023). 78. جونز، سي. دي. وآخرون. محاكاة استجابة نظام الأرض للانبعاثات السلبية. رسائل البحث البيئي 11، 095012 (2016). 79. ريالمنت، ج. وآخرون. تقييم بين النماذج لدور التقاط الهواء المباشر في مسارات التخفيف العميق. نات. كوميونيك. 10، 3277 (2019). 80. كراوس، أ. وآخرون. عدم اليقين الكبير في إمكانيات امتصاص الكربون لجهود التخفيف من تغير المناخ على اليابسة. بيولوجيا التغير العالمي 24، 3025-3038 (2018). 81. مينكس، ج. س. وآخرون. الانبعاثات السلبية – الجزء 1: مشهد البحث والتلخيص. رسائل البحث البيئي 13، 063001-063001 (2018). 82. غرانت، ن.، هاوكز، أ.، ميتال، س. وغامبير، أ. مواجهة ردع التخفيف في سيناريوهات منخفضة الكربون. رسائل البحث البيئي 16، 64099-64099 (2021). 83. كارتون، و.، هوغارد، إ.-م.، ماركوسون، ن. ولوند، ج. ف. هل تؤخر إزالة الكربون تقليل الانبعاثات؟ مراجعات وايلي متعددة التخصصات لتغير المناخ 14، e826 (2023). 84. دونيسون، سي. وآخرون. الطاقة الحيوية مع احتجاز الكربون وتخزينه (BECCS): إيجاد الفوائد المتبادلة للطاقة، والانبعاثات السلبية، وخدمات النظام البيئي – الحجم مهم. التغير العالمي في البيولوجيا. الطاقة الحيوية 12، 586-604 (2020). 85. هيك، ف.، هوف، هـ.، ويرسينياس، س.، ماير، ج. وكريفت، هـ. خيارات استخدام الأراضي للبقاء ضمن الحدود الكوكبية – التآزر والمقايضات بين الأهداف العالمية والمحلية للاستدامة. التغيير البيئي العالمي 49، 73-84 (2018). 86. دويلمان، ج. س. وآخرون. التشجير للتخفيف من تغير المناخ: الإمكانيات والمخاطر والمقايضات. بيولوجيا التغير العالمي 26، 1576-1591 (2020). 87. لي، ك.، فيسون، س. & شلاوسنر، س. ف. توزيعات عادلة لالتزامات إزالة ثاني أكسيد الكربون وآثارها على الأهداف الوطنية الفعالة للوصول إلى صافي انبعاثات صفرية. رسائل البحث البيئي 16، 094001 (2021). 88. غانتي، ج. وآخرون. المطالب غير المعوضة لمساحة الانبعاثات العادلة تعرض أهداف اتفاق باريس للخطر. رسائل البحث البيئي 18، 024040 (2023). 89. يوانو، ب. وآخرون. القيام بمشاركة الأعباء بشكل صحيح لتقديم حلول المناخ الطبيعية لإزالة ثاني أكسيد الكربون. الحلول المستندة إلى الطبيعة 3، 100048 (2023).
الشكر والتقدير نُعبر عن شكرنا للدعم المقدم من برامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابعة للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية المنحة رقم 101003687 (PROVIDE). يعبّر ج.ج. عن شكره للدعم المقدم من وزارة التعليم والبحث الفيدرالية الألمانية (BMBF) بموجب اتفاقية المنحة رقم 01LS2108D (CDR PoEt). كما يعبّر ت.ج. عن شكره للدعم المقدم من برامج البحث والابتكار Horizon 2020 وHorizon Europe التابعة للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقيات المنحة رقم 773421 (Nunataryuk) و101056939 (RESCUE). يتم تمويل ج.س. من قبل مؤسسة البحث الألمانية (DFG) بموجب استراتيجية التميز في ألمانيا-EXC 2037: CLICCS-المناخ، وتغير المناخ، والمجتمع-مشروع رقم 390683824، مساهمة في مركز أبحاث نظام الأرض والاستدامة (CEN) بجامعة هامبورغ. تم إجراء محاكاة GFDL ESM2M في المركز الوطني السويسري للحوسبة الفائقة. يعبّر ب.س. عن شكره للدعم المقدم من مجلس البحث النرويجي بموجب اتفاقية المنحة رقم 334811 (TRIFECTA).
مساهمات المؤلفين: قام ك.ف.س، ق.ل. وج.ر. بتصور الدراسة. صمم ك.ف.س الدراسة وكتب المسودة الأولى مع معظم المساهمات من ق.ل، ج.ج. وج.ر؛ ج.ر وك.ف.س. طور تصنيف المسار وصمم الشكل 1، الجدول 1 والجدول الممتد 1 بدعم من G.G. قاد قسم استجابة المناخ العالمي، بما في ذلك التحليل الذي يستند إليه الشكل 2 والأشكال الممتدة 1 و2، G.G. بدعم من Z.N. وC.J.S. وR.L. وC.-F.S. وJ.R. قاد قسم إزالة الكربون، بما في ذلك الجدول الممتد 2 والشكل الممتد 3، R.P. بدعم من S.F. وC.-F.S. وM.J.G. وJ.R. قاد قسم قابلية عكس تغير المناخ، بما في ذلك الشكل 3 والأشكال الممتدة 4-8، P.P. بدعم من N.J.S. وT.L.F. وF.L. وB.S. وC.-F.S.؛ قامت F.L. بإجراء محاكاة تجاوز GFDL ESM2M والاستقرار بدعم من T.L.F. قاد التحليل الذي يستند إليه قسم التأثيرات المتأخرة الزمنية B.Z. بدعم من M. Mengel وT.G. وP.C. مع مدخلات من R.W. وJ.P. وF.M. وC.-F.S. قاد قسم اتخاذ قرارات التكيف C.M.K. وJ.W.M. وE.T. وR.M. مع مدخلات من J.S. وC.-F.S.؛ قدم S.I.S. وY.Q. وM. Meinshausen مدخلات حول تصوّر المقالة بأكملها. ساهم جميع المؤلفين في كتابة الورقة.
المصالح المتنافسة يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.
معلومات إضافية
معلومات إضافية النسخة الإلكترونية تحتوي على مواد إضافية متاحة علىhttps://doi.org/10.1038/s41586-024-08020-9. يجب توجيه المراسلات والطلبات للحصول على المواد إلى كارل-فريدريش شلاوسنر. تُعرب مجلة Nature عن شكرها لأيمي لورز، نادين مينغيس والمراجعين الآخرين المجهولين على مساهمتهم في مراجعة هذه العمل. تقارير مراجعي الأقران متاحة. معلومات إعادة الطبع والتصاريح متاحة علىhttp://www.nature.com/reprints.
الشكل البياني الممتد 1| طريقة لاشتقاق انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السلبية الصافية تحت عدم اليقين المناخي لPROVIDE REN_NZCO2. أ، سيناريو PROVIDE REN_NZCO2 الأصلي (بالأسود) وسيناريوهات PROVIDE REN_NZCO2 المعدلة بمستويات مختلفة من السلبية الصافية.انبعاثات.الفرق بين ارتفاع درجة الحرارة في عام 2100 وارتفاع درجة الحرارة في عام 2060 عبر السيناريوهات مع REN_NZCO2 الأصلي
باللون الأسود وREN_NZCO2_20 المعدل معمُميز باللون الأحمر. تشير التقديرات إلى يمين الخط الأرجواني إلى استمرار الاحترار بعد عام 2060. ج، تم تشخيص eTCREup و eTCREdown (المقدرة من PROVIDEREN_NZCO2_20)، د، التبريد بين عامي 2100 و2060 مقابل الاحترار في عام 2060 لـ PROVIDE REN_NZCO2 و PROVIDE REN_NZCO2_20.
الشكل البياني الممتد 2 | تشخيصات مجموعة FalR v1.6.2 متوافقة مع تقييم AR6 WG1. أ، حساسية المناخ التوازني (ECS)، ب، التزام انبعاثات صفرية (ZEC) على مدى 50 عامًا بعد أن تصل انبعاثات CO2 إلى الصفر، ج، تؤدي ZEC وECS العالية إلى تقديرات عالية لانبعاثات CO2 السلبية الصافية في أعضاء المجموعة. تشير الخطوط الأفقية الصلبة والمقطعة (العمودية) إلى الوسيط ولتوزيعات ZEC (ECS) كما في اللوحةعلى التوالي. د، اتساق أعضاء مجموعة FaIR (الأعضاء الفرديون موضحون) مع سلسلة زمنية الاحترار التاريخية المجمعة من AR6 WG1.
الشكل البياني الممتد 3 | نطاقات إزالة ثاني أكسيد الكربون المتوسطة في AR6 للفترة من 2020 إلى 2100 عبر C1-3 مع نطاقات النسبة المئوية 5-95. يتضمن الشكل BECCS، DACCS، التآكل المعزز، الإزالة الصافية من AFOLU، و’أخرى’
يتم استخدام إزالة الكربون من الغلاف الجوي من الزراعة والغابات واستخدام الأراضي (AFOLU) كبديل محافظ لتقدير احتجاز الكربون في استخدام الأراضي من أجل معالجة عدم التناسق في التقارير المتعلقة بهذه المتغيرات.
الشكل البياني الموسعانبعاثات الحديد في تجاوز الهدف مقابل الاستقرار التجارب. أ، ج تظهر متوسط 31 عامًا مؤقتمسارات انبعاثات الحديد للتجارب GFDL-ESM2M وNorESM، على التوالي. ب، د إجمالي التراكم
فرق ميزانية الكربون بين تجارب تجاوز الحدود وتجارب الاستقرار لنموذج GFDL-ESM2M ونموذج NorESM خلال المراحل الصاعدة (البرتقالي) والهابطة (الأزرق) التي تم تسليط الضوء عليها أيضًا في الأشكال a و c.
الشكل 5 من البيانات الموسعة | تطور هطول الأمطار الإقليمي قبل وبعد تجاوز العتبة مقارنة باستقرار درجة حرارة الأرض العالمية. تظهر الأشكال a، c، e نتائج نموذج نظام الأرض NorESM، بينما تظهر الأشكال b، d، f نتائج نموذج GFDL-ESM2M. الشكلان a، b يوضحان مسارات متوسط درجة حرارة سطح الأرض العالمية (GMT) لسيناريوهات الاستقرار المناخي المخصص (صلب) وتجاوز العتبة (مخطط). الشكلان c، d يوضحان التطور الزمني لعوامل القياس الإقليمية للتغيرات المطلقة في هطول الأمطار السنوي مع GMT لمناطق اليابسة والمحيطات العالمية بالإضافة إلى منطقة الأمازون والبحر الأبيض المتوسط.
المنطقة (انحرافات متوسطة على مدى 31 عامًا بالنسبة للفترة من 1850 إلى 1900). e، f الفروق الإقليمية في هطول الأمطار السنوي بين سيناريوهات التجاوز وسيناريوهات الاستقرار على مدى مئة عام من استقرار درجة حرارة الأرض على المدى الطويل (المنطقة المظللة باللون الرمادي في اللوحات)تظليل الخلايا الشبكية حيث تتجاوز الفروق النسبة المئوية 95 (أو تقل عن النسبة المئوية 5) للفروق في الفترات المقارنة في محاكاة piControl (انظر الطرق).
الشكل 6 من البيانات الموسعة | اختلافات إقليمية مؤقتة في استقرار GMT السيناريو. أ، ب تظهر النتائج لنموذج NorESM، ج، د لنموذج GFDL-ESM2M، أ، ج لدرجة الحرارة السنوية على مدى الخمسين عامًا الأولى من استقرار GMT مقابل الخمسين عامًا الأخيرة (قارن الشكل 3أ). القيم السلبية تعني أن الفترة الأولى أبرد من
ب ثانياً، يشبه c و d a و c ولكن لهطول الأمطار السنوي. يبرز التظليل خلايا الشبكة حيث يتجاوز الفرق النسبة المئوية 95 (أو يكون أقل من النسبة المئوية 5) للاختلافات في الفترات المقارنة في محاكاة piControl (انظر الطرق).
CESM2-WACCM:SSP534-OS
FGOALS-g3: SSP119 SSP534-OS
IPSL-CM6A-LR: SSP119 SSP534-OS
MPI-ESM1-2-LR:SSP119
CanESM5: SSP119 SSP534-OS
EC-Earth3: SSP119 SSP534-OS
جي إف دي إل – إي إس إم 4SSP119
إم آر آي – إي إس إم 2 – 0: SSP119 SSP534-OS
جي آي إس إس-إي2-1-جي:SSP534-OS
MIROC6: SSP534-OS
UKESM1-0-LL: 1 × SSP534-OS
الوسيط الجماعي
الشكل البياني الموسع 7| الفروقات بين درجات الحرارة السنوية الإقليمية قبل وبعد الزيادة في نموذج مجموعة CMIP6. تظهر الأنماط لفترات مدتها 31 عامًا مركزة لدرجة حرارة الأرض العالمية.أدنى درجة حرارة قبل وبعد تجاوز الذروة في مسارات SSP5-34-OS و SSP1-19 (انظر الطرق). في اللوحات الاثني عشر الأولى، يبرز التظليل الخلايا الشبكية حيث يتجاوز الفرق النسبة المئوية 95 (تكون أقل من النسبة المئوية 5) للاختلافات في الفترات المقارنة في محاكاة piControl (انظر الطرق). بالنسبة للوسيط الجماعي (اللوحة الأخيرة)، تشير النقاط المتقطعة إلى توافق النماذج في اتجاه التغيير بنسبة لا تقل عن 66% من النماذج.
CESM2-WACCM:SSP534-OS
FGOALS-g3: SSP119 SSP534-OS
CanESM5: SSP119 SSP534-OS
EC-Earth3: SSP119 SSP534-OS
جي إف دي إل – إي إس إم 4SSP119
جي آي إس إس-إي 2-1-جي:SSP534-OS
IPSL-CM6A-LR: SSP119 SSP534-OS
MIROC-ES2L: SSP119 SSP534-OS
MIROC6: 1 x SSP534-OS
MPI-ESM1-2-LR:SSP119
إم آر آي – إي إس إم 2 – 0: SSP119 SSP534-OS
UKESM1-0-LL: 1 × SSP534-OS
الوسيط الجماعي
الشكل 8 من البيانات الموسعة | الفروقات بين هطول الأمطار السنوي الإقليمي قبل وبعد تجاوز الحد في مجموعة نماذج CMIP6. تُظهر الأنماط لفترات مدتها 31 عامًا مركزة لدرجة حرارة الأرض المتوسطة.أدنى مستوى من الاحترار قبل وبعد تجاوز الحد في مسارات SSP5-34-OS و SSP1-19 (انظر الطرق). في اللوحات الاثني عشر الأولى، يبرز التظليل الخلايا الشبكية حيث يتجاوز الفرق
pr بعد ذروة الاحترار مقابل قبل ذروة الاحترار عند -0.2 كلفن تحت ذروة الاحترار [%]
النسبة المئوية 95 (تكون أقل من النسبة المئوية 5) للاختلافات في الفترات المقارنة في محاكاة piControl (انظر الطرق). بالنسبة للوسيط الجماعي (اللوحة الأخيرة)، تشير النقاط المتقطعة إلى توافق النماذج في اتجاه التغيير بنسبة لا تقل عن 66% من النماذج.
الشكل البياني الموسع و انبعاثات من التربة المتجمدة والأراضي الخثية تحت تجاوز الحدود. أ،انبعاثات التربة الصقيعية كدالة للطول فوق. ب، انبعاثات من التربة المتجمدة.انبعاثات من الأراضي الخثية.انبعاثات من الأراضي الخثية.
الشكل البياني الممتد 10 | التأثيرات طويلة الأمد غير القابلة للعكس للطبقات الجليدية الدائمة، والأراضي الخثية، وارتفاع مستوى سطح البحر الناتجة عن التجاوز. كما في الشكل 4، ولكن لنتائج النسبة المئوية 95%. أ، ردود الفعل على زيادة متوسط درجة الحرارة العالمية لعام 2300 بسبب انبعاثات الطبقات الجليدية الدائمة والأراضي الخثية (علامات زرقاء والمحور الأيسر) وارتفاع مستوى سطح البحر العالمي الوسيط لعام 2300 (المحور الأيمن) كدالة لمدة التجاوز. لاحظ أن المحور العمودي يوفرنتائج الكوانتيل، يشير طول التجاوز على المحور الأفقي إلى طول التجاوز الوسيط تحت سيناريو معين كما هو موضح في الشكل 4 للسماح بالمقارنة المباشرة. ب، بيانات عالمية إضافية متوسط درجة الحرارة الناتجة عن انبعاثات التربة المتجمدة والأراضي الخثية بسبب الاحترار وزيادة مستوى سطح البحر الناتجة عن استقرار درجات الحرارة عند ذروة الاحترار من خلال تحقيق صافي انبعاثات صفرية الانبعاثات مقارنة بانخفاض درجة الحرارة على المدى الطويل الذي يتضمن تحقيق والحفاظ على صافي انبعاثات غازات الدفيئة صفر. الدوائر (المربعات) تشير إلى نتائج تغير درجة الحرارة (ارتفاع مستوى البحر) لسيناريوهات فردية من المرجع 37. الخطوط الأفقية المتقطعة في (ب) توفر الوسيط الجماعي والمدى الأقصى.
مسارات تحد من الاحترار إلى (>50%) بدون أو بزيادة محدودة (C1)
مسارات تحد من الاحترار إلىفي عام 2100 مع احتمال أكبر من، والوصول إلى أو تجاوز ارتفاع درجة الحرارة بـخلال القرن الحادي والعشرين مع احتمالأو أقل.
يشير تجاوز الحدود المحدودة إلى تقديرات متوسطة لارتفاع درجة حرارة الأرض تتجاوزبنسبة تصل إلى حواليولعدة عقود. تشمل مسارات C1 التي تحقق صافي انبعاثات غازات الدفيئة الصفرية في الفئة الفرعية C1a.
خفض انبعاثات غازات الدفيئة الإجمالية بحلول عام 2030 مقارنة بعام 2019: 43% [34-60%، نطاق النسبة المئوية من 5 إلى 95]
المسارات التي تصل أو تتجاوز الاحترار بـخلال القرن الحادي والعشرين مع احتمال 67% أو أقل، وفي الوقت نفسه لا تتجاوزخلال القرن الحادي والعشرين مع احتمال 90% أو أكثر.
تحقيق انخفاض طويل الأمد في درجات الحرارة من خلال الوصول إلى صافي انبعاثات غازات الدفيئة صفر. مشابه لمسارات C1 على المدى القريب ومسارات الفئة C1a على المدى الطويل (بعد عام 2050).
خفض انبعاثات غازات الدفيئة الإجمالية بحلول عام 2030 مقارنة بعام 2019: 41% [38-44%، نطاق الربع المتداخل]
البيانات الموسعة الجدول 2 | نظرة عامة على قيود إزالة الكربون على نطاق واسع
وصف القيود والإمكانات للثقة المفرطة
الاستعداد
تظل قدرات الإزالة الحالية بعيدة عن المتطلبات اللازمة لتكون متوافقة مع اتفاق باريس. في السنوات القادمة، يجب أن تتزايد مقاييس الإزالة بينما يجب أن تنخفض التكاليف على مستويات طموحة للغاية. تظهر فجوات في التنفيذ بالفعل، مما قد يمنع الاعتماد على إزالة الكربون للتراجع عن تجاوز الحدود..
الدوام والمرونة
التخزين الدائم والآمن للكربون المزال هو أمر أساسي. قد تنشأ الثقة المفرطة من تجاهل عدم اليقين في الإمكانيات الجيولوجية للتخزين.وقد تم تقدير متانة التخزين في الأراضي والمحيطات بشكل مبالغ فيه تحت تأثير تغير المناخ المتقدم. الكربون المخزن في التربة والنباتات عرضة بشكل خاص للتأثيرات المناخية أو غير المناخية، بما في ذلك الحرائق أو infestations الآفات، وقد يتم تقييده أكثر إذا كانت إمكانيات الاحتجاز الكلية أقل من أفضل التقديرات الحالية.تخزين الكربون في النظم البيئية البحرية معرض بنفس القدر لتأثيرات المناخ.
تغذية راجعة للنظام
قد يتم تعويض آثار التخفيف الناتجة عن إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي من خلال ضعف وعودة محتملة لامتصاص الكربون في اليابسة والمحيطات، بالإضافة إلى ردود فعل غير مرغوب فيها في النظام.، على سبيل المثال، التغيرات غير المواتية في الانعكاسية، أو الانبعاثات الناتجة عن التغير المباشر أو (غير المقصود) غير المباشر في استخدام الأراضي. إن إمكانيات امتصاص الكربون من تقنيات إزالة الكربون المعتمدة على الأراضي غير مؤكدة بشكل كبير، وتعتمد على غلات المحاصيل الحيوية في حالة الطاقة الحيوية والتقاط الكربون وتخزينه (BECCS) واستجابة الكربون في التربة لتغير استخدام الأراضي ومعدل نمو الغابات في حالة التشجير..
استجابة السياسة والحوكمة
قد يؤدي الاعتماد على فعالية تقنيات إزالة الكربون (CDR) إلى تقليل غير كافٍ في الانبعاثات إذا كانت هذه التقنيات أقل أداءً مما هو متوقع، أو إذا كانت ردود الفعل المناخية الفيزيائية أقوى من المتوقع. قد تؤدي توقعات توفر تقنيات إزالة الكربون في المستقبل إلى تثبيط جهود التخفيف، مما يعني أن التخفيضات الإجمالية المطلوبة في الانبعاثات قد تتأخر و/أو تضعف. – تأثير يمكن أيضًا ملاحظته في نماذج التقييم المتكاملة قد يشكل نقص المراقبة والمسؤولية عن الإزالة، بالإضافة إلى الديمومة، قيدًا إضافيًا..
الاستدامة والقبول
قد يهدد البصمة الواسعة لاستخدام الأراضي المرتبطة بتقنيات إزالة الكربون على نطاق واسع سلامة البيئة.و/أو الإنتاج الزراعي. ومع ذلك، فإن بعض أنواع إزالة الكربون من الغلاف الجوي (على سبيل المثال، من خلال استعادة النظم البيئية الطبيعية وما يرتبط بها من كربون) ستكون أكثر تآزرًا. غالبًا ما تتطلب إزالة الكربون من الغلاف الجوي قبولًا عامًا – وهو جانب غير معكوس في السيناريوهات الحالية. التوافق أمر حاسم، حيث يمكن أن تؤدي إزالة الكربون من الغلاف الجوي إلى آثار توزيع غير مرغوب فيها (على سبيل المثال، فيما يتعلق بملكية الأراضي أو أسعار الغذاء إذا تم تخصيص مساحات كبيرة لإزالة الكربون من الغلاف الجوي). وتظهر قيود إضافية عند النظر في معايير العدالة (عبر الوطنية)، حيث قد لا يتم توزيع عبء إزالة الكربون من الغلاف الجوي بالتساوي بين الملوثين والمناطق والأجيال.حتى مع نشر تقنيات إزالة الكربون بشكل قوي من قبل الدول ذات الدخل المرتفع، قد لا يتم تحقيق نتائج تخفيف عادلة..
المعهد الدولي لتحليل النظم التطبيقية (IIASA)، لاكسنبورغ، النمسا.قسم الجغرافيا ومعهد IRITHESys، جامعة هومبولت في برلين، برلين، ألمانيا.المناخ هامبورغ، ألمانيا.معهد ميركاتور للبحوث حول المشاعات العالمية وتغير المناخ (MCC)، برلين، ألمانيا.معهد غرانثام لتغير المناخ والبيئة، كلية إمبريال لندن، لندن، المملكة المتحدة.فيزياء المناخ والبيئة، معهد الفيزياء، جامعة برن، برن، سويسرا.مركز أوشجر لبحوث تغير المناخ، جامعة برن، برن، سويسرا.معهد بوتسدام لأبحاث تأثير المناخ، بوتسدام، ألمانيا.قسم علوم نظم البيئة، ETH زيورخ، زيورخ، سويسرا.المكتب الفيدرالي للأرصاد الجوية والمناخ، ميتيو سويس، زيورخ، سويسرا.معهد الجغرافيا، جامعة برن، برن، سويسرا.مركز السياسة البيئية، إمبريال كوليدج لندن، لندن، المملكة المتحدة.قسم علوم الغلاف الجوي والثلوج، جامعة إنسبروك، إنسبروك، النمسا.مدرسة العلوم الجغرافية، جامعة بريستول، بريستول، المملكة المتحدة.مدرسة الجغرافيا وعلوم الأرض والجو، جامعة ملبورن، ملبورن، فيكتوريا، أستراليا.موارد المناخ، ملبورن، فيكتوريا، أستراليا.مركز أوسلو الدولي لأبحاث المناخ والبيئة، النرويج.مكتب الأرصاد الجوية – مركز هادلي، إكستر، المملكة المتحدة.مدرسة الأرض والبيئة، جامعة ليدز، ليدز، المملكة المتحدة.مركز تيندال لأبحاث تغير المناخ ومدرسة العلوم البيئية، جامعة إيست أنجليا، نورويتش، المملكة المتحدة.العنوان الحالي: مركز أبحاث المناخ والبيئة الدولية، أوسلو، النرويج.البريد الإلكتروني: schleussner@iiasa.ac.at
Carl-Friedrich Schleussner, Gaurav Ganti, Quentin Lejeune, Biqing Zhu, Peter Pfleiderer, Ruben Prütz, Philippe Ciais, Thomas Frölicher, Sabine Fuss, Thomas Gasser, et al.
– To cite this version:
Carl-Friedrich Schleussner, Gaurav Ganti, Quentin Lejeune, Biqing Zhu, Peter Pfleiderer, et al.. Overconfidence in climate overshoot. Nature, 2024, 634 (8033), pp.366-373. 10.1038/s41586-024-08020-9 . hal-04741921
HAL Id: hal-04741921
https://hal.science/hal-04741921v1
Submitted on 17 Oct 2024
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Carl-Friedrich Schleussner , Gaurav Ganti , Quentin Lejeune , Biqing Zhu , Peter Pfleiderer , Ruben Prütz , Philippe Ciais , Thomas L. Frölicher , Sabine Fuss , Thomas Gasser , Matthew J. Gidden , Chahan M. Kropf , Fabrice Lacroix , Robin Lamboll , Rosanne Martyr , Fabien Maussion , Jamie W. McCaughey , Malte Meinshausen , Matthias Mengel , Zebedee Nicholls , Yann Quilcaille , Benjamin Sanderson , Sonia I. Seneviratne , Jana Sillmann , Christopher J. Smith , Norman J. Steinert , Emily Theokritoff , Rachel Warren , Jeff Price oeri Rogelj
Abstract
Global emission reduction efforts continue to be insufficient to meet the temperature goal of the Paris Agreement . This makes the systematic exploration of so-called overshoot pathways that temporarily exceed a targeted global warming limit before drawing temperatures back down to safer levels a priority for science and policy . Here we show that global and regional climate change and associated risks after an overshoot are different from a world that avoids it. We find that achieving declining global temperatures can limit long-term climate risks compared with a mere stabilization of global warming, including for sea-level rise and cryosphere changes. However, the possibility that global warming could be reversed many decades into the future might be of limited relevance for adaptation planning today. Temperature reversal could be undercut by strong Earth-system feedbacks resulting in high near-term and continuous long-term warming . To hedge and protect against high-risk outcomes, we identify the geophysical need for a preventive carbon dioxide removal capacity of several hundred gigatonnes. Yet, technical, economic and sustainability considerations may limit the realization of carbon dioxide removal deployment at such scales . Therefore, we cannot be confident that temperature decline after overshoot is achievable within the timescales expected today. Only rapid near-term emission reductions are effective in reducing climate risks.
The possibility of surpassing and subsequently returning below dangerous levels of global warming has been a topic of discussion for decades with large-scale carbon dioxide removal (CDR) identified early on as playing an important part in this temperature reversal . Since the adoption of the Paris Agreement in 2015 the issue has risen to further prominence.
The temperature goal of the Paris Agreement allows for some ambiguity in its interpretation but establishes of global warming as the long-term upper limit for global temperature increase . This means that if is temporarily exceeded (subsequently referred to as overshoot), a reversal of warming below it is part of meeting the long-term ambition of the Paris Agreement . The Paris Agreement text does not indicate that temperature must stabilize but instead establishes upper limits below which temperatures must peak and may then decline. This understanding is further strengthened when considering other elements of the Paris Agreement. Achieving global
net-zero greenhouse gas (GHG) emissions, as implied by Article 4.1 of the Agreement, is expected to lead to declining temperatures .
Global GHG emission pathways have a central role in informing the development of policy benchmarks in line with the Paris Agreement and are a core part of climate change assessments by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) . These assessments categorize pathways principally based on their peak temperature outcome . Because a peak and gradual reversal of global warming turns out to be a fundamental feature of Paris-compatible pathways , we propose to henceforth categorize pathways in terms of their peak and decline characteristics (Table 1).
Peak and decline pathways are differentiated by the stringency of emission reduction efforts in the near term and up to achieving net-zero emissions, and the assumed net-negative emissions in the long term . The former determines the maximum cumulative emissions of a pathway and thereby approximately the magnitude and time
Table 1 | Conceptual categories of peak and decline emission pathways
Pathway category
Temperature characteristics
Emission characteristics (best estimates)
PD: peak and decline pathways
Pathways that aim to achieve temperature peak and a sustained long-term temperature decline of at least several decades in duration
Emission reductions in all GHGs towards achieving net-zero emissions, and net-negative emissions thereafter
PD-OS: overshoot pathways
PD pathways establish a target warming level to be achieved at some point in the far future but allow it to be exceeded with high likelihood over the near term in the conviction that warming can be reversed again at a later stage. These pathways typically envision temperature to be kept at the target level upon returning after overshoot
As peak and decline pathways, but rate of emission reduction, carbon budget, timing of net-zero and amount of net-negative emissions depend on the characteristics of the envisaged overshoot including considerations of climate response uncertainties
PD-EP: enhanced protection pathways
PD pathways that aim to keep peak global warming as low as possible and gradually reverse warming thereafter to reduce climate risks. Given the timescales involved for warming reversal, these pathways typically do not reach an ultimate lower target temperature level within the scenario time frame considered
Stringent and rapid GHG emission reduction as much and as early as possible, achieving net-zero emissions as soon as possible while minimizing residual emissions, and achieving sustainable levels of netnegative emissions thereafter in order to potentially reach net-zero or net-negative GHGs
See Extended Data Table 1 for a comparison with categories proposed in the scientific literature.
of peak warming for median climate outcomes (Fig. 1a). The latter determines the pace of potential temperature reversal . Both aspects are further dependent on the temporal evolution of non- emissions.
Several categories of peak and decline pathways have been proposed in the scientific literature (Extended Data Table1). A prominent example is the latest contribution of Working Group III (WGIII) to the Sixth Assessment Report (AR6) of the IPCC, which includes two pathway categories explicitly referring to the term overshoot (Extended Data Table 1). Temperature overshoot pathways are a sub-category in the peak and decline categorization we present here, with the distinguishing characteristic of these pathways being that their intended maximum temperature limit ( ) is temporarily exceeded.
Although defined in terms of probabilities of temporarily exceeding , the IPCC AR6 pathway categories frame a possible overshoot concretely: limited overshoot (C1) refers to exceeding the specified limit by up to about , whereas high overshoot (C2) refers to exceeding it by more than and up to (refs. 2,15) (Extended Data Table 1). This seems to suggest that temperature overshoots in these pathway categories are constrained to a few tenths of a degree with high certainty. But this is not the case. These overshoot numbers refer only to median outcomes and substantially higher warming cannot be ruled out as shown below. A strong focus on median outcomes might lead to overconfidence in the risks under overshoot pathways.
In the following, we outline the dimensions of overconfidence in overshoot from emission pathways to adaptation implications (Fig.1b). We start by exploring the uncertainties in global temperature outcomes and their implications for the required net-negative emissions to achieve the intended reversal of warming. Based on these insights, we then discuss the consequences for mitigation strategies considering the feasibility and sustainability constraints of deploying gigatonne-scale CDR. Yet, even if global temperatures were in decline, it is an open question if and how this translates into a reversal of climatic impact drivers and subsequent impacts and risks. We provide insights for both long-term regional climate changes and irreversible risks such
as sea-level rise. Finally, we discuss what considering or experiencing temperature overshoot implies for climate change adaptation. Based on this comprehensive perspective, we contend that it is essential to redirect the overshoot discussion towards prioritizing the reduction of climate risks in both the near term and long term and that overconfidence in the controllability and desirability of climate overshoot should be avoided.
Uncertain climate response and reversal
Peak warming depends on the cumulative emissions until global net-zero and the stringency of reductions in non- GHGs. Achieving net-negative emissions (NNCE) after peak warming can result in a long-term decline in warming . Most estimates of NNCE consistent with a long-term reversal of warming in peak and decline pathways have focused on median warming outcomes . However, to comprehensively assess overshoot risks and NNCE requirements for warming reversal, uncertainties in the climate response must also be considered. These include uncertainties during the warming phase (for example, high warming outcomes due to amplifying warming feedbacks) and in the long-term state (potential for continued warming post-net-zero and the response of the climate system to NNCE) .
We explore NNCE requirements for an illustrative pathway with the following characteristics (Fig. 2a): (1) it achieves net-zero around mid-century; (2) limits median peak warming close to above pre-industrial levels; and (3) requires no NNCE to do so (for the median warming outcome). We use 2,237 ensemble members of the simple carbon cycle and climate model Finite Amplitude Impulse Response (FaIR) v.1.6.2 to estimate the range of physically plausible warming outcomes for this pathway, consistent with the uncertainty assessment of IPCC AR6 (Fig. 2a and Methods). Two groups of plausible futures stand out. The first includes relatively low-risk futures in which warming peaks below at the time of, or before, net-zero is achieved (Fig. 2b, bottom left); in these cases, no NNCEs are required. We also identify relatively high-risk futures in which warming exceeds at the time of net-zero and continues beyond (Fig. 2b, top right).
For each respective FaIR run, we estimate the NNCE requirement to return warming to in 2100 (Methods). We find that a need for large NNCE deployment cannot be ruled out because of the heavy-tailed climate response uncertainty distribution (Fig. 2c). The scale of this deployment (interquartile range: 0 to cumulatively until 2100 , or 0 to after 2060) is of the same order of magnitude as the spread of deployed NNCE across the scenarios assessed in IPCC AR6 WGIII (Fig. 2c). Although we find that NNCE requirements resulting from a higher-than-average peak warming due to a strong transient climate response dominate, cumulative NNCE until 2100 of up to (or , upper percentile, Fig. 2c) could be required to hedge against further warming past net zero . Our results show that a narrow focus on scenario uncertainty and median warming alone is insufficient to assess potential CDR deployment requirements even for merely achieving a stable global mean temperature in the twenty-first century.
CDR requirements here refer to additional carbon removal due to anthropogenic activity in line with the conventions and definitions of the models underlying our assessment. It is important to note that parties to the United Nations Framework Convention on Climate Change use a different definition for defining land-based carbon fluxes, which results in an approximately difference between national GHG inventories and scientific models that needs to be considered when translating these insights into policy advice .
Our simple illustrative approach has several limitations that would benefit from further exploration, including with dedicated state-of-the-art Earth system models (ESMs) . Particularly relevant questions arise around issues of asymmetry in the Earth system response to either positive or negative emissions (Methods).
Fig. 1 | Illustrative climate outcomes under different conceptual categories of peak and decline pathways. a, Different classes of pathways with a peak and decline of global mean temperature (see also Table 1). Stylized individual pathways (dashed lines) are highlighted to illustrate the specific impact, adaptation and CDR dimensions associated with the different categories.
b, An overview of key factors affecting pathway and potential peak and decline outcomes along the impact chain for the warming phase until net-zero and for the long term beyond net zero. PD, peak and decline pathways; PD-EP, enhanced protection pathways; PD-OS, overshoot pathways.
Owing to the lack of appropriate training data, the response of simple climate models to NNCE is not well constrained. Moreover, the ESMs used to calibrate simple climate models may miss nonlinear responses in the climate system, including abrupt destabilization of natural carbon sinks (for example, permafrost and release, peat carbon loss from climate change and degradation or conversion of peatland, extreme fires and drought mortality of forests). We explore permafrost and peatland responses to overshoot below (Fig. 4).
Relying on CDR
Achieving NNCE requires the deployment of CDR that exceeds residual emissions in hard-to-abate sectors. Pathways assessed by the IPCC WGIII deploy CDR in different ways and to different extents . Scale-up of CDR is most rapid in pathways with the lowest peak warming (low or no overshoot pathways, C 1 , Extended Data Fig. 3). Across the ensemble of emission pathways, CDR levels by the end of the century are generally higher in high overshoot (C2) pathways, but the full (5-95%) range is similar to the C1 pathway range. Pathways that keep warming below but do not limit warming to in 2100 (C3) see a substantial CDR ramp-up in the second half of the twenty-first century reaching levels comparable to C 1 pathways by 2080 (Extended Data Fig. 3). The total CDR amount deployed in pathways until 2100 depends predominantly on the effective reduction of residual positive emissions and mitigation of non- .
In the previous section, we showed how the extent of CDR required to achieve stable temperatures in the twenty-first century might be strongly underappreciated. Here we highlight that there are multiple areas in which current pathways might be overconfident in their
assumed use of CDR (Extended Data Table 2). Upscaling of CDR may be constrained considerably by factors such as lack of policy support and business models, technological uncertainty and public opposition (for example, perceived risks of delaying mitigation ). Even if technical removal potentials prove to be large, sustainability and equity considerations would limit acceptable deployment scales . Insufficient technological readiness may be an important bottleneck, as current removal rates from CDR methods other than afforestation and reforestation are minuscule (about and would require a more than 1,000-fold increase by 2050 (ref. 27). Beyond technological concerns, an array of unintended or uncertain permanence issues and system feedback (Extended Data Table 2) might reduce or offset the contribution of CDR to mitigation .
Squaring these feasibility concerns with the potential need for gigatonne-scale CDR deployment to address climate uncertainty (Fig. 2) is challenging. We argue that deployment pathways that address this challenge should be guided by the principle of harm prevention under enhanced protection pathways (Table 1). This approach requires two complementary actions: (1) reduce gross emissions rapidly to reduce the total CDR requirements and (2) address feasibility concerns to facilitate the deployment of CDR beyond the achievement of net-zero to hedge against potentially high warming outcomes.
Regional climate change reversibility
The proposition of overshoot pathways is that failure to keep warming below a desired temperature limit is acceptable provided global warming is returned below a certain level, that is, , in the long run. Even if global temperatures are reversed, this is not a given for regional
Fig. 2 | Estimating cumulative NNCE needs when accounting for climate response uncertainty. a, Net CO2 emissions for the PROVIDE REN_NZCO2 pathway (black line) and the warming outcome uncertainty (derived using FalR v.1.6.2; Methods). The median warming outcome is the red solid line, with each subsequent plume of varying transparency representing the 25th-75th percentile, 5th-95th percentile, and minimum to maximum ranges, respectively. b, Warming at the time of net-zero (2060) compared with the change in temperature between net-zero and 2100.c, Estimated NNCE to return
warming for each peak warming outcome shown in to in 2100 (Methods). These estimates reflect NNCE implied by geophysical uncertainty of the warming outcome based on the REN_NZCO2 pathway (from top to bottom: NNCE to achieve in 2100 , NNCE to stabilize warming, NNCE for decline after stabilization). For comparison, the scenario uncertainty across the C1 and C2 categories from the IPCC AR6 WGIII report is shown (bottom rows). Note that this scenario uncertainty considers only median estimates of the geophysical response to emissions.
climatic changes. Therefore, understanding the implications of a global temperature overshoot for regional changes is important. Even if global warming is stabilized at a certain level without overshoot, the climate system continues to change as its components keep adjusting and equilibrate , with implications for regional climate patterns. The question then becomes what additional imprints on regional climate may originate directly from the overshoot.
Here we explore a unique set of dedicated modelling simulations comparing overshoot and long-term stabilization in two ESMs and find substantial differences in regional climate impact drivers on multi-century timescales (Fig. 3 and Extended Data Fig. 5). We use the results of the NorESM2-LM model following an emission-driven protocol conceptualizing an overshoot of the carbon budget, as well as GFDL-ESM2M simulations following the Adaptive Emission Reduction Approach (AERA) to match a predefined global mean temperature trajectory (Methods and Extended Data Fig. 4). Despite these differences in the modelling protocols, we find some features within the overshoot versus stabilization regional patterns emerging in both modelling simulations, in particular in high northern latitudes as a result of a time-lagged response of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) .
In the NorESM2-LM model, we observe a reversal of regional temperature scaling with Global mean surface air temperature (GMST) change for the North Atlantic and adjacent European land regions under overshoot (Fig. 3c), leading to a temporary regional cooling and subsequent regional recovery and warming (Fig. 3e). The pattern in which the North Atlantic cools regionally despite planetary warming is also present in the stabilization scenario but is less pronounced. In the GFDL-ESM2M model, the imprint of overshoot and stabilization on regional climate is less pronounced. But temperature changes associated with a time-lagged AMOC recovery about 100 years after peak warming and to higher levels than in the stabilization scenario are also evident (Fig. 3d,f). We note that these simulations do not include increased Greenland meltwater influx that may suppress a potential AMOC recovery under overshoot . Similarly pronounced features emerge for precipitation in
both models, in particular, related to movements of the Inter-Tropical Convergence Zone in response to changes in the AMOC (Extended Data Fig. 5). Multi-model transient overshoot simulations further corroborate the finding that AMOC dynamics and related changes in regional climate are a dominant feature of overshoot pathways (Methods and Extended Data Figs. 7 and 8). They also indicate a continuous warming of the Southern Ocean relative to the rest of the globe as a result of fast and slow response patterns, and changes in regional climate following reduced aerosol loadings (in particular in South and East Asia) . Taken together, our results suggest that regional climate changes cannot be approximated well by GMST after peak warming.
We find substantial long-term imprints of overshoot on regional climate (Fig. 3c,d) that are distinct from transient changes in stabilization scenarios (Extended Data Fig. 6). However, substantial differences in model dynamics (compare Fig. 3e,f) remain. Dedicated multi-model intercomparison experiments are required to further investigate the long-term consequences of overshoot compared with stabilization . We also note the importance of biophysical climate feedback of land-cover changes associated with large-scale land-based CDR deployment (Extended Data Table 2) that could be explored in these experiments.
Time-lagged and irreversible impacts
For a range of climate impacts, there is no expectation of immediate reversibility after an overshoot. This includes changes in the deep ocean, marine biogeochemistry and species abundance , land-based biomes, carbon stocks and crop yields , but also biodiversity on land . An overshoot will also increase the probability of triggering potential Earth system tipping elements . Sea levels will continue to rise for centuries to millennia even if long-term temperatures decline .
Comprehensively assessing future climate risks under peak and decline pathways requires a focus not only on the (irreversible) consequences of a temporary overshoot but also on the benefits of long-term
Fig. 3|Evolution of regional temperatures before and after overshoot compared with global temperature stabilization. Results for a carbon budget overshoot protocol with the NorESM model (a,c,e) and a global temperature-focused protocol (GFDL-ESM2M) (b,d,f).a,b, GMST trajectories for dedicated climate stabilization (solid) and overshoot (dashed) scenarios. c,d, Temporal evolution of scaling coefficients of annual regional temperatures with GMST for the global land and ocean areas as well as the North Atlantic Ocean
temperature reversal, compared with stabilization at higher levels. Here we explore the consequences of overshoot in an ensemble of peak and decline pathways (Methods) that achieve net-zero GHGs and thereby long-term temperature decline compared with stabilization at peak warming (by maintaining net-zero ).
For global sea-level rise, we find that every 100 years of overshoot above leads to an additional sea-level rise commitment of around 40 cm by 2300 (central estimate) apart from a baseline of about 80 cm without overshoot (Fig. 4a). For high-risk outcomes, the 2300 sea-level rise commitment could be about three times (95th percentile) above the central estimate (Extended Data Fig.10). Long-term temperature decline at about per decade (broadly consistent with achieving net-zero GHGs) avoids about 40 cm of 2300 sea-level rise (median estimate, 95th percentile about 1.5 m ) compared with stabilization at peak warming (Fig. 4b).
A similar pattern emerges for 2300 permafrost thaw and northern peatland warming leading to increased soil carbon decomposition and and release (Fig. 4 and Extended Data Fig. 9). The effect of permafrost and peatland emissions on 2300 temperatures increases by per 100 years of overshoot (best estimate, upper 95% percentile , Extended Data Fig. 10), whereas achieving long-term declining temperatures would reduce the additional 2300 temperature
b
f
(north of ) and Western and Northern Europe (31-year averaged anomalies relative to 1850-1900). e,f, Regional differences in annual temperature between overshoot and stabilization scenarios over 100 years of long-term GMST stabilization (grey shaded area in a,b). Hatching in e,f highlights grid cells in which the difference exceeds the 95th percentile (is below the 5th percentile) of comparable period differences in piControl simulations (Methods).
increase by a similar order of magnitude. We warn that the diagnosed linear relationship between overshoot length and impact outcome may depend on the set of pathways that it was derived from. The underlying pathways assume overshoots starting from a period of delay in climate action followed by a steady reduction to net-zero GHG emissions implying a similar rate of long-term temperature decline in all pathways. The relationship could be different for more, or less extreme overshoot outcomes.
Socioeconomic impacts
The severity of climate risks for human systems under overshoot depends markedly on their adaptive capacity , as well as the potential transgression of limits to adaptation . An overshoot above would likely emerge during the first half of the twenty-first century, a period still characterized by comparably low adaptive capacity in large parts of the globe even under optimistic scenarios of socioeconomic development . The coincidence of overshoot and low adaptive capacity can amplify climate risks. This has profound consequences for the ability to achieve climate-resilient and equitable development outcomes under overshoot, in particular, for the most vulnerable countries, communities and peoples.
Fig. 4 | Long-term irreversible permafrost, peatland and sea-level rise impacts of overshoot. a, Feedback on 2300 global mean temperature increase by permafrost and peatland emissions (blue markers and left axis) and 2300 global median sea-level rise (SLR, purple markers and right axis, from ref. 37) as a function of overshoot duration. Circles (squares) mark results for temperature change (sea-level rise) for individual scenarios from ref. 37.b, Additional global
mean temperature increase from warming-induced permafrost and peatland emissions and sea-level rise implied by stabilizing temperatures at peak warming (achieving and maintaining net-zero emissions) compared with a long-term temperature decline resulting from achieving and maintaining net-zero GHGs. Dashed horizontal lines in b provide the ensemble median and minimum and maximum range.
Climate impacts on health, ecosystem services, livelihoods and education can leave lasting and intergenerational negative effects on the well-being of people such as climate-related excess deaths linked to heat extremes during an overshoot period. Overshoots might also leave a long-term legacy in the economic performance of countries, particularly those least developed, because of the lasting impacts of climate change on economic growth . Therefore, overshoot entails deeply ethical questions of how much additional climate-related loss and damage people, especially those in low-income countries, would need to endure.
Adaptation decision-making and overshoot
In contrast to the prominence of overshoot pathways in the mitigation literature, their implications for adaptation planning have not been widely explored . This poses the question of whether the possibility of impact reversal in the long-term future is relevant for adaptation planning today, in comparison with the more imminent threat of near-term climate change and the magnitude of peak warming .
Even under the optimistic assumption of nearly full reversibility of a climate impact driver under overshoot, a planning horizon of 50 years or more might be required before prospects of a long-term decline would start to affect adaptation decisions today or in the immediate future (Fig. 5a). Few adaptation plans and policies operate on these timescales: for example, the EU Adaptation Strategy spans three decades, whereas other national adaptation plans have similar or shorter time horizons . Adaptation planning horizons and lifetimes of infrastructure can differ widely (Fig. 5b). At the long end of the planning scale, a hydropower dam may operate for a century or more, yet the management of that dam (and whether management should include flood control as an objective) would occur in concession periods (decades) as well as annual and sub-annual budget cycles (Fig. 5b).
The application of cost-benefit approaches in adaptation measures, and the time scale over which these are assessed, requires decisions on intergenerational equity reflected in the choice of the intertemporal discount rate . Higher discount rates limit the time horizon relevant for economic adaptation decision-making to a few decades (Fig. 5b), in which case adapting to peak warming might always be preferable to adapting to a lower long-term outcome.
It therefore seems that long-term impact driver reversibility after overshoot may be of relevance only in specific cases of adaptation
decision-making. A notable exception is adaptation against time-lagged irreversible impacts such as sea-level rise for which overshoots will affect the long-term outlook (Fig. 4). However, as we have shown above, long-term global temperature decline cannot be relied on with certainty. Thus, a resilient adaptation strategy cannot be based on betting on overshoot, and only limiting peak warming can effectively reduce adaptation needs.
Limits to adaptation, both soft and hard, constrain the option space available for adaptation . This includes hard limits in which, for example, adaptation is reliant on ecosystem-based measures that are themselves negatively affected by climate change, as well as soft limits such as lack of resources or governance systems . Transgressing hard adaptation limits, for example, by destroying sensitive ecosystems as a result of unbridled climate change, and high peak warming levels may render these measures unavailable under future warming reversal, reducing the available pool of adaptation measures compared with a no-overshoot case. The risk of transgressing adaptation limits, rather than uncertain prospects of long-term reversibility, seem to be most consequential for adaptation decision-making under overshoot.
Reframing the overshoot discussion
In this Article, we argue that it is misleading to frame overshoot as an alternative way to achieve a similar climate outcome. We show that several climate impacts in a pre- and post-overshoot world are different, indicating impact reversibility is not a given. Even in cases in which impacts are reversible, the timescales for reversibility may be longer than typical decision horizons for adaptation planning, with peak warming impacts (as opposed to expected longer-term impacts) providing the backdrop for global adaptation needs assessments. From a climate justice perspective, overshoot entails socioeconomic impacts and climate-related loss and damage that are typically irreversible and fall most severely on poor people. This ethical dimension should be explicitly considered when assessing overshoot pathways and the possibilities to limit overshoot risks by near-term emissions reductions.
It has been argued that climate impacts during overshoots could be reduced or masked by the deployment of solar geoengineering (SG) intervention techniques that would temporarily cool the planet. This idea is referred to as peak-shaving. These suggestions, however, make
Fig.5|Adaptation-relevant timescales and overshoot.a, Stylized temporal evolution of a reversible climate impact driver under a peak and decline scenario. Dashed lines indicate a low and high overshoot outcome with median timescales of GMST reversibility typically in line with those from the IPCC AR6 database. b, A stylized illustration of adaptation-relevant timescales starting in 2030, including different planning horizons for adaptation planning and lifetimes of
individual adaptation measures (horizontal bars, illustrative from years to decades , actual time frames vary strongly by context), and the effect of applying discounting (reflecting societal preferences towards intergenerational equity) to future damages and adaptation benefits. We show the effect of discounting for three illustrative discount rates.
strong assumptions about the applicability, effectiveness and governance of SG interventions. Accounting for uncertainties in the physical climate response, and in the evolution of future emissions after SG is deployed, implies that an SG intervention aimed at peak-shaving an overshoot could result in a multi-century commitment of both SG and CDR deployment . Apart from the fundamental concerns about SG deployment in general , a peak-shaving discourse is prone to the same overconfidence in reversibility and effectiveness we have conceptualized in this Article.
A central motivation to pursue a long-term temperature draw-down under peak and decline scenarios is to reduce climate impacts. We have shown that this temperature draw-down would be effective in reducing the time-lagged impact emergence over centuries, including sea-level rise and cryospheric changes. The consequences of multi-metre longterm sea level rise will affect coastal regions globally and drawing down global temperatures is important to minimize these long-term risks. Similarly, the probability of crossing irreversible thresholds may remain substantial in the long term unless global mean temperature is brought back down below above pre-industrial levels .
Based on these insights, we argue for a reframing of the science and policy discourse on overshoot to focus on minimizing climate risks in peak and decline temperature pathways (Table 1). We draw two overarching conclusions:
First, emissions reductions need to be accelerated as quickly as possible to slow down temperature increase and reduce peak warming. Pursuing such an enhanced protection pathway (Table 1) is the only robust strategy to, if not avoid then, at least minimize, far-reaching climate risks over the twenty-first century.
Second, we suggest that there is a need to prepare for an environmentally sustainable CDR capacity to hedge against long-term high-risk outcomes resulting from stronger-than-expected climate feedbacks. We find that this preventive CDR capacity might need to be of the order of several hundred gigatonnes of cumulative NNCE, a scale that might be just about possible within sustainable limits of CDR deployment leaving little room for CDR use for offsetting residual emissions beyond
hard-to-abate sectors. This further underscores the importance of very stringent near-term emission reductions to limit long-term risks. Although we argue that the build-up of a preventive CDR capacity is required to hedge against high warming outcomes, this same CDR capacity could, in case high warming outcomes do not materialize, also be deployed to draw down long-term temperatures and thereby reduce climate risks.
The need for a preventive capacity has implications for the design of stringent emission reduction pathways in light of constraints that limit overall CDR deployment. Pathways relying on large amounts of CDR to merely achieve net-zero often exhaust or exceed sustainability limits , leaving little to no room for course corrections in case of high warming outcomes. By contrast, pathways that do not plan for the future development of CDR may fail to build up the technological solutions required to establish a preventive CDR capacity, thereby exposing future generations and, in particular, the most vulnerable communities to risks that could at least be partly hedged against. Incorporating preventive CDR in pathway design requires further reflection, including regarding risks and policy design, but also about how to assign responsibilities and incentivize different actors for providing for this preventive CDR capacity .
As a consequence of ever-delayed emission reductions, there is a high chance of exceeding global warming of , and even , under emission pathways reflecting current policy ambitions .Even if global temperatures are brought down below those levels in the long term, such an overshoot will come with irreversible consequences. Only stringent, immediate emission reductions can effectively limit climate risks.
Online content
Any methods, additional references, Nature Portfolio reporting summaries, source data, extended data, supplementary information, acknowledgements, peer review information; details of author contributions and competing interests; and statements of data and code availability are available at https://doi.org/10.1038/s41586-024-08020-9.
Rogelj, J. et al. Credibility gap in net-zero climate targets leaves world at high risk. Science 380, 1014-1016 (2023).
IPCC. Summary for policymakers. In Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Shukla, P. R. et al.) 1-48 (Cambridge Univ. Press, 2022).
Prütz, R., Strefler, J., Rogelj, J. & Fuss, S. Understanding the carbon dioxide removal range in compatible and high overshoot pathways. Environ. Res. Commun. 5, 041005 (2023).
Schwinger, J., Asaadi, A., Steinert, N. J. & Lee, H. Emit now, mitigate later? Earth system reversibility under overshoots of different magnitudes and durations. Earth Syst. Dyn. 13, 1641-1665 (2022).
Pfleiderer, P., Schleussner, C.-F. & Sillmann, J. Limited reversal of regional climate signals in overshoot scenarios. Environ. Res. Clim. 3, 015005 (2024).
IPCC. Summary for Policymakers. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Masson-Delmotte, V. et al.) 3-32 (Cambridge Univ. Press, 2021).
MacDougall, A. H. et al. Is there warming in the pipeline? A multi-model analysis of the zero emissions commitment from . Biogeosciences 17, 2987-3016 (2020).
Smith, S. et al. The State of Carbon Dioxide Removal 1st edn (MCC, 2023).
Deprez, A. et al. Sustainability limits needed for removal. Science 383, 484-486 (2024).
Schneider, S. H. & Mastrandrea, M. D. Probabilistic assessment of “dangerous” climate change and emissions pathways. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 15728-15735 (2005).
Wigley, T. M. L., Richels, R. & Edmonds, J. A. Economic and environmental choices in the stabilization of atmospheric concentrations. Nature 379, 240-243 (1996).
Azar, C., Johansson, D. J. A. & Mattsson, N. Meeting global temperature targets-the role of bioenergy with carbon capture and storage. Environ. Res. Lett. 8, 034004 (2013).
Schleussner, C.-F. et al. Science and policy characteristics of the Paris Agreement temperature goal. Nat. Clim. Change 6, 827-835 (2016).
Rajamani, L. & Werksman, J. The legal character and operational relevance of the Paris Agreement’s temperature goal. Philos. Trans. R. Soc. Math. Phys. Eng. Sci. 376, 20160458 (2018).
Riahi, K. et al. Mitigation pathways compatible with long-term goals. In IPCC, 2022: Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds. Shukla, P. R. et al.) 295-408 (Cambridge Univ. Press, 2022).
Rogelj, J. et al. A new scenario logic for the Paris Agreement long-term temperature goal. Nature 573, 357-363 (2019).
Schleussner, C.-F., Ganti, G., Rogelj, J. & Gidden, M. J. An emission pathway classification reflecting the Paris Agreement climate objectives. Commun. Earth Environ. 3, 135 (2022).
Forster, P. et al. The Earth’s energy budget, climate feedbacks, and climate sensitivity. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 923-1054 (Cambridge Univ. Press, 2023).
Palazzo Corner, S. et al. The Zero Emissions Commitment and climate stabilization. Front. Sci. 1, 1170744 (2023).
Grassi, G. et al. Harmonising the land-use flux estimates of global models and national inventories for 2000-2020. Earth Syst. Sci. Data 15, 1093-1114 (2023).
Meinshausen, M. et al. A perspective on the next generation of Earth system model scenarios: towards representative emission pathways (REPs). Geosci. Model Dev. 17, 4533-4559 (2024).
Zickfeld, K., Azevedo, D., Mathesius, S. & Matthews, H. D. Asymmetry in the climatecarbon cycle response to positive and negative CO2 emissions. Nat. Clim. Change 11, 613-617 (2021).
Baur, S., Nauels, A., Nicholls, Z., Sanderson, B. M. & Schleussner, C.-F. The deployment length of solar radiation modification: an interplay of mitigation, net-negative emissions and climate uncertainty. Earth Syst. Dyn. 14, 367-381 (2023).
Canadell, J. G. et al. Global carbon and other biogeochemical cycles and feedbacks. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 673-816 (Cambridge Univ. Press, 2021).
McLaren, D., Willis, R., Szerszynski, B., Tyfield, D. & Markusson, N. Attractions of delay: using deliberative engagement to investigate the political and strategic impacts of greenhouse gas removal technologies. Environ. Plan. E Nat. Space 6, 578-599 (2023).
Powis, C. M., Smith, S. M., Minx, J. C. & Gasser, T. Quantifying global carbon dioxide removal deployment. Environ. Res. Lett. 18, 024022 (2023).
Lamb, W. F. et al. The carbon dioxide removal gap. Nat. Clim. Change 14, 644-651 (2024).
Prütz, R., Fuss, S., Lück, S., Stephan, L. & Rogelj, J. A taxonomy to map evidence on the co-benefits, challenges, and limits of carbon dioxide removal. Commun. Earth Environ. 5, 197 (2024).
Stuart-Smith, R. F., Rajamani, L., Rogelj, J. & Wetzer, T. Legal limits to the use of removal. Science 382, 772-774 (2023).
King, A. D. et al. Preparing for a post-net-zero world. Nat. Clim. Change 12, 775-777 (2022).
Bellomo, K., Angeloni, M., Corti, S. & von Hardenberg, J. Future climate change shaped by inter-model differences in Atlantic meridional overturning circulation response. Nat. Commun. 12, 3659 (2021).
Schwinger, J., Asaadi, A., Goris, N. & Lee, H. Possibility for strong northern hemisphere high-latitude cooling under negative emissions. Nat. Commun. 13, 1095 (2022).
Möller, T. et al. Achieving net zero greenhouse gas emissions critical to limit climate tipping risks. Nat. Commun. 15, 6192 (2024).
Santana-Falcón, Y. et al. Irreversible loss in marine ecosystem habitability after a temperature overshoot. Commun. Earth Environ. 4, 343 (2023).
Schleussner, C.-F. et al. Crop productivity changes in and worlds under climate sensitivity uncertainty. Environ. Res. Lett. 13, 064007 (2018).
Meyer, A. L. S., Bentley, J., Odoulami, R. C., Pigot, A. L. & Trisos, C. H. Risks to biodiversity from temperature overshoot pathways. Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci. 377, 20210394 (2022).
Mengel, M., Nauels, A., Rogelj, J. & Schleussner, C.-F. Committed sea-level rise under the Paris Agreement and the legacy of delayed mitigation action. Nat. Commun. 9, 601 (2018).
Andrijevic, M. et al. Towards scenario representation of adaptive capacity for global climate change assessments. Nat. Clim. Change 13, 778-787 (2023).
Thomas, A. et al. Global evidence of constraints and limits to human adaptation. Reg. Environ. Change 21, 85 (2021).
Birkmann, J. et al. Poverty, Livelihoods and Sustainable Development. In Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 1171-1274 (IPCC, 2022).
Burke, M., Hsiang, S. M. & Miguel, E. Global non-linear effect of temperature on economic production. Nature 527, 235-239 (2015).
Parry, M., Lowe, J. & Hanson, C. Overshoot, adapt and recover. Nature 458, 1102-1103 (2009).
Williams, J. W., Ordonez, A. & Svenning, J.-C. A unifying framework for studying and managing climate-driven rates of ecological change. Nat. Ecol. Evol. 5, 17-26 (2021).
UNFCC. National Adaptation Plans 2021. Progress in the Formulation and Implementation of NAPs (UNFCC, 2022).
Caney, S. Climate change, intergenerational equity and the social discount rate. Polit. Philos. Econ. 13, 320-342 (2014).
MacMartin, D. G., Ricke, K. L. & Keith, D. W. Solar geoengineering as part of an overall strategy for meeting the Paris target. Philos. Trans. R. Soc. Math. Phys. Eng. Sci. 376, 20160454 (2018).
Biermann, F. et al. Solar geoengineering: the case for an international non-use agreement. WIREs Clim. Change 13, e754 (2022).
Fyson, C. L., Baur, S., Gidden, M. & Schleussner, C. Fair-share carbon dioxide removal increases major emitter responsibility. Nat. Clim. Change 10, 836-841 (2020).
Silvy, Y. et al. AERA-MIP: emission pathways, remaining budgets and carbon cycle dynamics compatible with and global warming stabilization. Preprint at https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-488 (2024).
Hallegatte, S. Strategies to adapt to an uncertain climate change. Glob. Environ. Change 19, 240-247 (2009).
Publisher’s note Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.
Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
(c) The Author(s) 2024
In our illustrative analysis, we assess the NNCE for the PROVIDE REN_ NZCO2 scenario . The REN_NZCO2 scenario follows the emission trajectory of the Illustrative Mitigation Pathway (IMP) REN from the AR6 of IPCC until the year of net-zero (2060 for this scenario). After the year of net-zero , emissions (of both GHGs and aerosol precursors) are kept constant.
Deriving climate response metrics. For this analysis, we derive three metrics that capture different elements of the climate response during the warming phase and the long-term phase:
The effective transient response to cumulative emissions (up), or eTCREup: this metric captures the expected warming for a given quantity of cumulative emissions until net-zero .
The effective transient response to cumulative emissions (down), or eTCREdown: this metric captures the expected warming or cooling for a given quantity of cumulative net-negative emissions after net-zero . This is a purely diagnostic metric and also incorporates the effects of the effective Zero Emissions Commitment (eZEC).
The eZEC: the continued temperature response after net-zero emissions are achieved and sustained . Here eZEC is evaluated over 40 years (between 2060 and 2100).
To estimate eTCREup (equation (1)), we directly use the warming outcomes reported in the PROVIDE ensemble. The warming outcomes are evaluated using the simple climate and carbon cycle model FaIR v.1.6.2 (ref. 55) in a probabilistic setup with 2,237 ensemble members consistent with the uncertainty assessment of IPCC AR6 . Each ensemble member has a specific parameter configuration that allows for the assessment of ensemble member-specific properties such as the climate metrics introduced above across different emission scenarios. This probabilistic setup of FalR is consistent with the assessed ranges of equilibrium climate sensitivity, historical global average surface temperature and other important metrics assessed by IPCC AR6 WGI (ref. 18).
where refers to the ensemble member from FalR, is the time step, is the net emissions in time step and refers to the warming in the time step for a given ensemble member.
We need to take a different approach for estimating the second metric ( eTCRE ) because the PROVIDE REN_NZCO2 does not have NNCE by design. We adapt this scenario with different floor levels of NNCE ranging from to (Extended Data Fig. 1) that are applied from 2061 to 2100 . The scenario is unchanged before 2060. We then calculate the warming outcomes for each of these scenarios applying the same probabilistic FaIR setup and identify the scenario (in this case, REN_NZCO2 with net removals) for which all ensemble members are cooling between 2060 and 2100 (Extended Data Fig. 1). This is required to get an appropriate measure of the effect of NNCE emissions. From this adapted scenario, we evaluate the eTCREdown for each ensemble member using
Calculating cumulative NNCE for each ensemble member. Each ensemble member demonstrates a different level of peak warming that depends on eTCRE (Fig. 2c). We calculate the cumulative NNCE
(per ensemble member) that is necessary to ensure post-peak cooling to in 2100 using
Estimating the effective Zero Emissions Commitment (eZEC) allows us to separate the stabilization and decline components of NNCE. We evaluate eZEC using the post-2060 warming outcome of the original PROVIDE REN_NZCO2 scenario as follows:
We assess the component of to compensate for a positive eZEC using
We then assess the component of this NNCE for cooling after stabilization using
Estimating FalR v.1.6.2 ensemble member diagnostics for validation. To evaluate the robustness of our NNCE estimates, we evaluate our FalR model ensemble against the IPCC AR6 assessments for two key idealized model diagnostics-Equilibrium Climate Sensitivity (ECS) and the Zero Emissions Commitment (ZEC). ECS refers to the steady state change in the surface temperature following a doubling of the atmospheric concentration from pre-industrial conditions . ZEC is the global warming resulting after anthropogenic emissions have reached zero and is determined by the balance between continued warming from past emissions and declining atmospheric concentration that reduces radiative forcing after emissions cease .
The ECS is defined as
where is the effective radiative forcing from a doubling of and is the climate feedback parameter. and are parameters that are both used directly in FaIR, and therefore ECS can be calculated for each ensemble member.
We diagnose the ZEC for each ensemble member by performing the bell-shaped ZEC experiments from the Zero Emissions Commitment Model Intercomparison Project (ZECMIP) modelling protocol (corresponding to the B1-B3 experiments in ref. 7). These experiments are -only runs, with a bell-shaped emissions profile with a cumulative emissions constraint ( and , respectively) applied over a 100-year time period from the beginning of the simulation period. All non- forcers are fixed at pre-industrial levels. The ZEC estimate per ensemble member is then calculated as the difference between the temperatures in years 150 and 100 of the simulation. This estimate is purely used for diagnostic purposes and differs from our eZEC estimate, with the latter dependent on the specific characteristics of the emission pathway we apply. However, as the bell experiments approach zero emissions gradually from above and are similar to the actual mitigation scenario emissions profiles, they are good analogues for eZEC.
As expected, following the extended calibration of FaIR against AR6, we find very good agreement between the distribution of ECS and ZEC across members of the FalR ensemble and the AR6 assessment (compare Extended Data Fig. 2a,b). We also report agreement of the modelled historical warming across the ensemble compared with the observational record (Extended Data Fig. 1d). Based on this evaluation,
we cannot rule out high ECS/ZEC ensemble members that drive the tail of our NNCE distribution (Extended Data Fig. 2c). Yet, we find high NNCE outcomes also materialize for moderate-high ECS and ZEC outcomes.
Overshoot reversibility for annual mean temperature and precipitation
To investigate the role of stabilization and overshoot for regional reversibility, we use simulations of two different ESMs that (1) stabilize GSAT at approximately of global warming with respect to pre-industrial times and (2) overshoot this level by around (Extended Data Fig.4).GFDL-ESM2M simulations were performed using the AERA , which adapts forcing equivalent ( -fe) emissions successively every 5 years to reach stabilization ( ) and temporary overshoot (peak warming of ) levels, before returning and stabilizing at of global warming in the latter case. In this setup, the remaining emissions budget is determined every 5 years based on the relationship of past global anthropogenic warming and -fe emissions simulated by the model. The remaining anthropogenic emissions or removals are then computed assuming non- and land use change emissions following the RCP2.6. Future emissions are then redistributed following a cubic polynomial function, constrained to smoothly reach any given temperature level. Details for the stabilization case are given in the AERA model intercomparison simulation protocol and analysis .
Simulations using NorESM2-LM were performed following idealized emission trajectories, including phases of positive and negative emissions . These simulations are emission-driven, meaning atmospheric concentrations change in reaction to both emissions and exchanges between the atmosphere and ocean or land. The only applied forcing is emissions into the atmosphere, whereas land use and non- forcings remain at pre-industrial levels. The idealized cumulative emission trajectories adhere to the ZECMIP protocol . These emissions are represented as bell-shaped curves, with 50 years of increasing emissions followed by 50 years of decreasing emissions. Negative cumulative emission trajectories follow a similar pattern but with a negative sign. The reference stabilization simulation has cumulative carbon emissions of 1,500 Pg during the first 100 years followed by zero emissions for 300 years. The reference simulation reaches global warming levels of approximately in the long term. NorESM2-LM has a low transient climate response to cumulative emissions (TCRE) of . For the overshoot simulation, the emission trajectory involves cumulative carbon emissions of over the first 100 years, following the same emissions profile as the reference scenario but with higher emissions rates. It is followed by the application of CDR (in this case assumed as direct air capture) removing 1,000 Pg of cumulative carbon over the period of another 100 years. After negative emissions cease, it follows an extended phase of 200 years of zero emissions, such that the amount of cumulative carbon emissions is identical to the reference simulation for that period.
In both experimental protocols, non- forcings, including aerosols, are the same for the stabilization and overshoot scenarios. We thus find the experiments well suited to explore the long-term imprint of overshoots on regional climate compared with long-term climate stabilization 200 years after peak warming.
We note that none of the two protocols includes land cover changes beyond the reference pathway. This points to an implicit assumption that the additional CDR in these simulations is achieved using technical options with little to no land footprint such as Direct Air Capture with CCS (Extended Data Table 2). If the amount of CDR was to be achieved using land-based CDR methods, however, we would expect pronounced biophysical climate effects from the land cover changes alone . The regional climate differences resulting from different CDR strategies should be explored in future modelling efforts.
Regional averaging. We compute spatially weighted regional averages for land or ocean regions following IPCC AR6 regions. WNEU
corresponds to land grid cells in western central Europe (WCE) and northern Europe (NEU). NAO45 corresponds to ocean grid cells in the North Atlantic region above (see encircled area in Fig. 3e,f). AMZ and WAF are land regions.
Scaling with GMST. In Fig. 3 (Extended Data Fig. 5), we show surface air temperature (tas) anomalies (absolute precipitation anomalies, respectively) divided by 31-year smoothed GMST anomalies for different regions. Anomalies are calculated with respect to 1850-1900.
Period differences and statistical significance. When comparing period averages between two scenarios (Fig. 3) or at different times in the same scenario (Extended Data Figs. 6-8), we compare the magnitude of the difference with random period differences of the same length in piControl simulations. If the difference exceeds the 95th percentile (or is below the 5th percentile) of differences found in piControl simulations, we consider the difference as statistically significant outside of internal climate variability. When runs are available for the comparison of period averages, we select sets of random periods and compute the difference between the first half and the second half of these random sets to mimic ensemble differences.
CMIP6 analysis. We analyse climate projections for the SSP5-34-OS and the SSP1-19 scenarios by 12 ESMs of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (ref. 66): CESM2-WACCM, CanESM5, EC-Earth3, FGOALS-g3, GFDL-ESM4, GISS-E2-1-G, IPSL-CM6A-LR, MIROC-ES2L, MIROC6, MPI-ESM1-2-LR, MRI-ESM2-0 and UKESM1-0-LL.
We smooth the GMST time series by applying a 31-year running average. In each simulation run, we identify peak warming as the year in which this smoothed GMST reaches its maximum. Next, we select the years before and after peak warming in which the smoothed GMST is closest to -0.1 K and -0.2 K below peak warming. There is a substantial, model-dependent asymmetry in the average time between the rate of change in GMST before and after peak warming (see ref. 5 for an overview). In each run, we average yearly temperatures and precipitation for the 31 years around the above-described years of interest. Finally, for each ESM, these 31-year periods are averaged over all available runs of the ESM and an ensemble median for the 12 ESMs is computed for the displayed differences.
projections for sea-level rise, permafrost and peatland
We project sea-level rise, permafrost and peatland carbon emissions with two sets of scenario ensembles as documented in ref. 37. Both sets of scenarios stabilize temperature rise below , with one set of scenarios achieving and maintaining the net-zero GHG emission objective of the Paris Agreement and the other set achieving net-zero emissions only. Sea-level rise projections are taken from ref. 37, based on a combination of a reduced-complexity model of global mean temperature with a component-based simple sea-level model to evaluate the implications of different emission pathways on sea-level rise until 2300. We project carbon dynamics for permafrost and northern peatlands for the aforementioned scenario set using the permafrost module of the compact ESM OSCAR and a peatland emulator calibrated on previously published peatland intercomparison project . The forcing data used to drive the permafrost and peatland modules are GMST change and the atmospheric concentration change relative to pre-industrial levels. First, we simulated the fluxes and fluxes from both permafrost and northern peatlands (see Extended Data Fig. 9 for the responses of individual components). Next, we computed the net climate effects of these two systems using the GWP* following the method described in ref. 68. We use the following equation to derive the -warming-equivalent emissions ( ) of the emissions, taking into account the delayed response of temperature to past changes in the emission rate:
where is the change in the emission rate of over the preceding years; H is the emission rate for the year under consideration; and are the weights given to the impact of changing the emission rate and the impact of the stock. Following ref. 68, we use . Because of the dependency on the historical trajectory of the emission and carbon cycle feedback, the values of and are scenario-dependent. Here we use and (the values used in ref. 68 for RCP2.6), with years, of 29.8 for permafrost and GWP of 27.0 for peatland .
We then estimate the global temperature change ( ) due to permafrost and peatland and emissions as the product of the cumulative anthropogenic -we emissions from permafrost and northern peatlands and the TCRE:
where and are emission rates from permafrost and northern peatlands in 2300 and in the pre-industrial era, respectively; and are -we* due to permafrost and northern peatland emissions in 2300 and in the pre-industrial era, respectively. For TCRE, we take the median value of per (ref. 18).
Data availability
The PROVIDE v.1.2 scenario data used for Fig. 2 is available at Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.6963586). The data underlying the GFDL-ESM2M and NorESM2-LM simulations included in Fig. 3 and Extended Data Figs. 5 and 6 are available at Zenodo (https://doi.org/ 10.5281/zenodo. 11091132 and https://doi.org/10.11582/2022.00012). Data required to reproduce Extended Data Figs. 7 and 8 can be found at https://esgf-data.dkrz.de/search/cmip6-dkrz/. Data required to reproduce Fig. 4 and Extended Data Figs. 3, 4, 9 and 10 are included in the code repository.
Code availability
The analysis was performed with Python and spatial projections rely on the cartopy package. The scripts to replicate Figs. 2-5 are available at Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.13208166).
51. Lamboll, R., Rogelj, J. & Schleussner, C.-F. A guide to scenarios for the PROVIDE project. ESS Open Archive https://doi.org/10.1002/essoar. 10511875.2 (2022).
52. Luderer, G. et al. Impact of declining renewable energy costs on electrification in low-emission scenarios. Nat. Energy 7, 32-42 (2022).
53. Riahi, K. et al. Mitigation pathways compatible with long-term goals. in IPCC, 2022: Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Shukla, P. R. et al.) (Cambridge Univ. Press, 2022).
54. Byers, E. et al. AR6 scenarios database. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.5886912 (2022).
55. Smith, C. J. et al. FAIR v1.3: a simple emissions-based impulse response and carbon cycle model. Geosci. Model Dev. 11, 2273-2297 (2018).
56. Nicholls, Z. et al. Cross-Chapter Box 7.1: Physical emulation of Earth System Models for scenario classification and knowledge integration in AR6. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Masson-Delmotte, V. et al.) (Cambridge Univ. Press, 2021).
57. IPCC. Annex VII: Glossary. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Matthews, J. B. R. et al.) 2215-2256 (Cambridge Univ. Press, 2021).
58. Sherwood, S. et al. An assessment of Earth’s climate sensitivity using multiple lines of evidence. Rev. Geophys. 58, e2019RG000678 (2020).
59. Dunne, J. P. et al. GFDL’s ESM2 Global Coupled Climate-Carbon Earth System Models. Part II: carbon system formulation and baseline simulation characteristics. J. Clim. 26, 2247-2267 (2013).
60. Burger, F. A., John, J. G. & Frölicher, T. L. Increase in ocean acidity variability and extremes under increasing atmospheric . Biogeosciences 17, 4633-4662 (2020).
61. Terhaar, J., Frölicher, T. L., Aschwanden, M. T., Friedlingstein, P. & Joos, F. Adaptive emission reduction approach to reach any global warming target. Nat. Clim. Change 12, 1136-1142 (2022).
62. Frölicher, T. L., Jens, T., Fortunat, J. & Yona, S. Protocol for Adaptive Emission Reduction Approach (AERA) simulations. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo. 7473133 (2022).
63. Seland, . et al. Overview of the Norwegian Earth System Model (NorESM2) and key climate response of CMIP6 DECK, historical, and scenario simulations. Geosci. Model Dev. 13, 6165-6200 (2020).
64. Jones, C. D. et al. The Zero Emissions Commitment Model Intercomparison Project (ZECMIP) contribution to C4MIP: quantifying committed climate changes following zero carbon emissions. Geosci. Model Dev. 12, 4375-4385 (2019).
65. De Hertog, S. J. et al. The biogeophysical effects of idealized land cover and land management changes in Earth system models. Earth Syst. Dyn. 14, 629-667 (2023).
66. O’Neill, B. C. et al. The Scenario Model Intercomparison Project (ScenarioMIP) for CMIP6. Geosci. Model Dev. Discuss. 9, 3461-3482 (2016).
67. Quilcaille, Y., Gasser, T., Ciais, P. & Boucher, O. CMIP6 simulations with the compact Earth system model OSCAR v3.1. Geosci. Model Dev. 16, 1129-1161 (2023).
68. Qiu, C. et al. A strong mitigation scenario maintains climate neutrality of northern peatlands. One Earth 5, 86-97 (2022).
69. Lamboll, R., Rogelj, J. & Schleussner, C.-F. Scenario emissions and temperature data for PROVIDE project (v.1.1.1). Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.6963586 (2022).
70. Lacroix, F., Burger, F., Silvy, Y., Schleussner, C.-F., & Frölicher, T. L. GFDL-ESM2M overshoot data. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo. 11091132 (2024).
71. Schleussner, C.-F. et al. Accompanying scripts for Schleussner et al. Overconfidence in Climate Overshoot. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.13208166 (2024).
72. Lane, J., Greig, C. & Garnett, A. Uncertain storage prospects create a conundrum for carbon capture and storage ambitions. Nat. Clim. Change 11, 925-936 (2021).
73. Fuss, S. et al. Negative emissions—part 2: costs, potentials and side effects. Environ. Res. Lett. 13, 063002 (2018).
74. Anderegg, W. R. L. et al. Climate-driven risks to the climate mitigation potential of forests. Science 368, eaaz7005 (2020).
75. Heikkinen, J., Keskinen, R., Kostensalo, J. & Nuutinen, V. Climate change induces carbon loss of arable mineral soils in boreal conditions. Glob. Change Biol. 28, 3960-3973 (2022).
76. Chiquier, S., Patrizio, P., Bui, M., Sunny, N. & Dowell, N. M. A comparative analysis of the efficiency, timing, and permanence of CO2 removal pathways. Energy Environ. Sci. 15, 4389-4403 (2022).
77. Mengis, N., Paul, A. & Fernández-Méndez, M. Counting (on) blue carbon-Challenges and ways forward for carbon accounting of ecosystem-based carbon removal in marine environments. PLoS Clim. 2, e0000148 (2023).
78. Jones, C. D. et al. Simulating the Earth system response to negative emissions. Environ. Res. Lett. 11, 095012 (2016).
79. Realmonte, G. et al. An inter-model assessment of the role of direct air capture in deep mitigation pathways. Nat. Commun. 10, 3277 (2019).
80. Krause, A. et al. Large uncertainty in carbon uptake potential of land-based climatechange mitigation efforts. Glob. Change Biol. 24, 3025-3038 (2018).
81. Minx, J. C. et al. Negative emissions-Part 1: research landscape and synthesis. Environ. Res. Lett. 13, 063001-063001 (2018).
82. Grant, N., Hawkes, A., Mittal, S. & Gambhir, A. Confronting mitigation deterrence in low-carbon scenarios. Environ. Res. Lett. 16, 64099-64099 (2021).
83. Carton, W., Hougaard, I.-M., Markusson, N. & Lund, J. F. Is carbon removal delaying emission reductions? Wiley Interdiscip. Rev. Clim. Change 14, e826 (2023).
84. Donnison, C. et al. Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS): finding the winwins for energy, negative emissions and ecosystem services-size matters. Glob. Change Biol. Bioenergy 12, 586-604 (2020).
85. Heck, V., Hoff, H., Wirsenius, S., Meyer, C. & Kreft, H. Land use options for staying within the Planetary Boundaries – Synergies and trade-offs between global and local sustainability goals. Glob. Environ. Change 49, 73-84 (2018).
86. Doelman, J. C. et al. Afforestation for climate change mitigation: potentials, risks and trade-offs. Glob. Change Biol. 26, 1576-1591 (2020).
87. Lee, K., Fyson, C. & Schleussner, C. F. Fair distributions of carbon dioxide removal obligations and implications for effective national net-zero targets. Environ. Res. Lett. 16, 094001 (2021).
88. Ganti, G. et al. Uncompensated claims to fair emission space risk putting Paris Agreement goals out of reach. Environ. Res. Lett. 18, 024040 (2023).
89. Yuwono, B. et al. Doing burden-sharing right to deliver natural climate solutions for carbon dioxide removal. Nat. Based Solut. 3, 100048 (2023).
Acknowledgements We acknowledge support from the Horizon 2020 research and innovation programmes of the European Union under grant agreement no. 101003687 (PROVIDE). G.G. acknowledges support from the Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) under grant agreement no. 01LS2108D (CDR PoEt). T.G. also acknowledges support from the Horizon 2020 and Horizon Europe research and innovation programmes of the European Union under grant agreement nos. 773421 (Nunataryuk) and 101056939 (RESCUE). J.S. is funded by the German Research Foundation (DFG) under Excellence Strategy of Germany-EXC 2037:CLICCS-Climate, Climatic Change, and Society-project no. 390683824, contribution to the Center for Earth System Research and Sustainability (CEN) of Universität Hamburg. The GFDL ESM2M simulations were conducted at the Swiss National Supercomputing Centre. B.S. acknowledges support from the Research Council of Norway under grant agreement no. 334811 (TRIFECTA).
Author contributions C.-F.S., Q.L. and J.R. conceived the study. C.-F.S. designed the study and wrote the first draft with most of the contributions from Q.L., G.G. and J.R.; J.R. and C.-F.S.
developed the pathway classification and designed Fig. 1, Table 1 and Extended Data Table 1 with support by G.G. The global climate response section, including the analysis underlying Fig. 2 and Extended Data Figs. 1 and 2, was led by G.G. and supported by Z.N., C.J.S., R.L., C.-F.S. and J.R. The section on CDR, including Extended Data Table 2 and Extended Data Fig. 3, was led by R.P. with support from S.F., C.-F.S., M.J.G. and J.R. The section on climate change reversibility, including Fig. 3 and Extended Data Figs. 4-8, was led by P.P. with support from N.J.S., T.L.F., F.L., B.S. and C.-F.S.; F.L. conducted the GFDL ESM2M overshoot and stabilization simulations supported by T.L.F. The analysis underlying the section on time-lagged impacts was led by B.Z. supported by M. Mengel, T.G. and P.C. with inputs from R.W., J.P., F.M. and C.-F.S. The section on adaptation decision-making was led by C.M.K., J.W.M., E.T. and R.M. with inputs from J.S. and C.-F.S.; S.I.S., Y.Q. and M. Meinshausen provided inputs on the conceptualization of the entire Article. All authors contributed to the writing of the paper.
Competing interests The authors declare no competing interests.
Additional information
Supplementary information The online version contains supplementary material available at https://doi.org/10.1038/s41586-024-08020-9.
Correspondence and requests for materials should be addressed to Carl-Friedrich Schleussner.
Peer review information Nature thanks Amy Luers, Nadine Mengis and the other, anonymous, reviewer(s) for their contribution to the peer review of this work. Peer reviewer reports are available.
Reprints and permissions information is available at http://www.nature.com/reprints.
Extended Data Fig. 1| Method to derive net-negative CO2 emissions under climate uncertainty for PROVIDE REN_NZCO2. a, The original PROVIDE REN_ NZCO2 scenario (black) and the adapted PROVIDE REN_NZCO2 scenarios with different levels of net-negative emissions. , The difference between 2100 warming and 2060 warming across the scenarios with the original REN_NZCO2
in black and the adapted REN_NZCO2_20 with highlighted in red.
Estimates to the right of the purple line indicate ongoing warming after 2060.c, Diagnosed eTCREup and eTCREdown (estimated from PROVIDEREN_ NZCO2_20), d, Cooling between 2100 and 2060 versus warming in 2060 for PROVIDE REN_NZCO2 and PROVIDE REN_NZCO2_20.
Extended Data Fig. 2 | FalR v1.6.2 ensemble diagnostics consistent with AR6 WG1 assessment.a, Equilibrium Climate Sensitivity (ECS),b Zero Emissions Commitment (ZEC) over a 50 year period after CO2 emissions reach zero, c High ZEC and ECS drive high net-negative CO2 emissions estimates in
ensemble members. Solid and dashed horizontal (vertical) lines indicate the median and for ZEC (ECS) distributions as in panel respectively. d, Consistency of FaIR ensemble members (individual members shown) with the consolidated AR6 WG1 historical warming time series.
Extended Data Fig. 3 | Median carbon dioxide removal ranges in AR6 for 2020-2100 across C1-3 with 5-95 percentile ranges. The figure includes BECCS, DACCS, enhanced weathering, net-removal from AFOLU, and ‘other’
CDR. Net-removal from AFOLU is used as conservative proxy for land use sequestration to account for reporting inconsistencies for this variable.
Extended Data Fig. fe emissions in overshoot versus stabilisation
experiments. a,c show transient 31-year mean fe emission trajectories for the GFDL-ESM2M and NorESM experiments, respectively.b,d total cumulative
carbon budget difference between the overshoot and stabilisation experiments for the GFDL-ESM2M and NorESM experiments during the upward (orange) and downward (blue) phases also highlighted in a,c.
Extended Data Fig. 5 | Evolution of regional precipitation before and after overshoot compared to global temperature stabilisation. a,c,e show results for the NorESM Earth System Model, b,d,f for GFDL-ESM2M. a,b Global mean surface air temperature (GMT) trajectories for dedicated climate stabilisation (solid) and overshoot (dashed) scenarios. c, d temporal evolution of regional scaling coefficients of absolute annual precipitation changes with GMT for the global land and ocean areas as well as the Amazon and the Mediterranean
region (31-year averaged anomalies relative to 1850-1900). e,f regional differences in annual precipitation between overshoot and stabilisation scenarios over hundred years of long-term GMT stabilisation (grey shaded area in panels , hatching highlights grid-cells where the difference exceeds the 95th percentile (is below the 5th percentile) of comparable period differences in piControl simulations (see Methods).
Extended Data Fig. 6 | Transient regional differences in a GMT stabilisation
scenario. a,b show results for NorESM, c,d for GFDL-ESM2M, a,c for annual temperature over the first 50 years of GMT stabilisation vs. the last 50 years (compare Fig. 3a). Negative values mean the first period is cooler than the
b
second.c,d like a,c but for annual precipitation. Hatching highlights grid-cells where the difference exceeds the 95th percentile (is below the 5th percentile) of comparable period differences in piControl simulations (see Methods).
CESM2-WACCM: SSP534-OS
FGOALS-g3: SSP119 SSP534-OS
IPSL-CM6A-LR: SSP119 SSP534-OS
MPI-ESM1-2-LR: SSP119
CanESM5: SSP119 SSP534-OS
EC-Earth3: SSP119 SSP534-OS
GFDL-ESM4: SSP119
MRI-ESM2-0: SSP119 SSP534-OS
GISS-E2-1-G: SSP534-OS
MIROC6: SSP534-OS
UKESM1-0-LL: 1 x SSP534-OS
ensemble median
Extended Data Fig. 7| Differences between regional annual temperature before and after overshoot in a CMIP6 model ensemble. Patterns are shown for centred 31 yr periods for GMT of below peak warming before and after overshoot in the SSP5-34-OS and the SSP1-19 pathways (see Methods). In the first 12 panels, hatching highlights grid-cells where the difference exceeds
the 95th percentile (is below the 5th percentile) of comparable period differences in piControl simulations (see Methods). For the ensemble median (last panel) stippling indicates a model agreement in the sign of change of at least 66% of the models.
CESM2-WACCM: SSP534-OS
FGOALS-g3: SSP119 SSP534-OS
CanESM5: SSP119 SSP534-OS
EC-Earth3: SSP119 SSP534-OS
GFDL-ESM4: SSP119
GISS-E2-1-G: SSP534-OS
IPSL-CM6A-LR: SSP119 SSP534-OS
MIROC-ES2L: SSP119 SSP534-OS
MIROC6: 1 x SSP534-OS
MPI-ESM1-2-LR: SSP119
MRI-ESM2-0: SSP119 SSP534-OS
UKESM1-0-LL: 1 x SSP534-OS
ensemble median
Extended Data Fig. 8|Differences between regional annual precipitation before and after overshoot in a CMIP6 model ensemble. Patterns are shown for centred 31 yr periods for GMT of below peak warming before and after overshoot in the SSP5-34-OS and the SSP1-19 pathways (see Methods). In the first 12 panels, hatching highlights grid-cells where the difference exceeds
pr after vs before peak warming at -0.2 K below peak warming [%]
the 95th percentile (is below the 5th percentile) of comparable period differences in piControl simulations (see Methods). For the ensemble median (last panel) stippling indicates a model agreement in the sign of change of at least 66% of the models.
Extended Data Fig. and emissions from permafrost and peatlands under overshoot. a, emissions permafrost emissions as a function of length above . b, emissions from permafrost. c, emissions from peatlands. emissions from peatlands.
Extended Data Fig. 10 | High-end long-term irreversible permafrost, peatland and sea-level rise impacts of overshoot. As Fig. 4, but for the 95% quantile outcomes.a, Feedback on 2300 global mean temperature increase by permafrost and peatland emissions (blue markers and left axis) and 2300 global median sea-level rise (right axis) as a function of overshoot duration. Note that while the vertical axis provides quantile outcomes, the overshoot length on the horizontal axis refers to the median overshoot length under a given scenario as in Fig. 4 to allow for direct comparability. b, Additional global
mean temperature from warming-induced permafrost and peatland emissions and sea-level rise increase implied by stabilising temperatures at peak warming by achieving net-zero emissions compared to a long-term temperature decline implied by achieving and maintaining net-zero GHGs. Circles (squares) mark results for temperature change (sea-level rise) for individual scenarios from ref. 37. Dashed horizontal lines in b provide the ensemble median and max range.
Extended Data Table 1 | Literature categories of peak and decline emission pathways
Pathway Category
Temperature Characteristics
Emission Characteristics (Best Estimates)
Pathways that limit warming to (>50%) with no or limited overshoot (C1)
Pathways that limit warming to in 2100 with a likelihood of greater than , and reach or exceed warming of during the 21 st century with a likelihood of or less.
Limited overshoot refers to median estimates of global warming exceeding by up to about and for up to several decades. C1 pathways that achieve net-zero GHG are included in the sub-category C1a.
2030 reductions of total GHG emissions relative to 2019: 43% [34-60 %, 5th-95th percentile range]
Timing of net-zero : 2050-2055 [2035-2070]
Timing of net-zero GHG (only category C1a pathways): 2070-2075 [2050-2090]
Cumulative net-negative after netzero:
[20-660]
Pathways that return warming to (>50%) after a high overshoot (C2)
Pathways that limit warming to in 2100 with a likelihood of greater than , and exceed warming of during the 21st century with a likelihood of greater than 67%.
High overshoot refers to median global warming projections temporarily exceeding by for up to several decades
2030 reductions of total GHG emissions relative to 2019: 23% [0-44 %, 5th-95th percentile range]
Timing of net-zero : 2055-2060 [2045-2070]
Timing of net-zero GHG: 2070-2075 [2055-…]
Cumulative net-negative after netzero:
[60-680]
Paris Agreement compatible pathways
Pathways that reach or exceed warming of during the 21st century with a likelihood of 67% or less, and simultaneously do not exceed during the 21st century with a likelihood of 90% or more.
Achieve long-term declining temperature by reaching net-zero GHGs. Similar to C1 pathways in the near term and category C1a pathways in the long term (post-2050).
2030 reductions of total GHG emissions relative to 2019: 41% [38-44 %, interquartile range]
Timing of net-zero : 2050 [2045-2055]
Timing of net-zero GHG: 2065 [2060-2075]
Cumulative net-negative after netzero:
Extended Data Table 2 | Overview of constraints of large-scale CDR
Description of constraints and potential for overconfidence
Readiness
Current removal capacities are far from what is required to be compatible with the Paris Agreement. In the coming years, removal scales need to go up while costs need to come down both at highly ambitious levels. Implementation gaps already arise, potentially precluding reliance on CDR to steer back from overshoot .
Permanence & Resilience
Permanent and secure storage of removed carbon is key. Overconfidence may arise from neglected uncertainty of the geological storage potential and overestimated storage durability of land and ocean sinks under progressing climate change. Carbon stored in soils and vegetation is especially susceptible to climate or non-climatic impacts, including fires or pest infestation, and may be constrained further if total sequestration potentials are lower than current best estimates . Carbon sequestration in marine ecosystems is equally vulnerable to climate impacts .
System feedbacks
Mitigation effects of CDR may be offset by weakened and potentially reversed land and ocean carbon sinks, and other undesired system feedbacks , e.g., unfavourable albedo changes, or emissions due to direct or (unintended) indirect land use change. Carbon uptake potential of land-based CDR is highly uncertain, depending on bioenergy crop yields in the case of bioenergy and carbon capture and storage (BECCS) and soil carbon response to land-use change and the rate of forest regrowth in the case of afforestation .
Policy response & Governance
Betting on CDR effectiveness may lead to insufficient emission reductions if CDR underperforms, or physical climate feedbacks are stronger than expected. The outlook of potential future CDR availability could deter mitigation, meaning that required gross emission reductions may be delayed and/or weakened – an effect that can also be observed in integrated assessment models . Lacking monitoring and liability of removal additionality and permanence may pose an additional constraint .
Sustainability & Acceptability
The extensive land use footprint associated with large-scale CDR may threaten environmental integrity and/or agricultural production . However, some types of CDR (for example, via restoration of natural ecosystems and their associated carbon) would be more synergistic. CDR often requires public acceptance – an aspect not reflected in current scenarios. Consensus is critical, as CDR can lead to undesired distributional impacts (e.g., concerning land tenure or food prices if large areas are allocated for CDR). Further constraints arise when considering (transnational) equity criteria, as the burden of CDR may not be evenly distributed between polluters, regions, and generations . Even with strong CDR deployment by high-income countries, equitable mitigation outcomes may not be achieved .
International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria. Geography Department and IRITHESys Institute, Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin, Germany. Climate Hamburg, Germany. Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC), Berlin, Germany. Grantham Institute for Climate Change and the Environment, Imperial College London, London, UK. Climate and Environmental Physics, Physics Institute, University of Bern, Bern, Switzerland. Oeschger Centre for Climate Change Research, University of Bern, Bern, Switzerland. Potsdam Institute for Climate Impact Research, Potsdam, Germany. Department of Environmental Systems Science, ETH Zürich, Zürich, Switzerland. Federal Office of Meteorology and Climatology, MeteoSwiss, Zürich, Switzerland. Institute of Geography, University of Bern, Bern, Switzerland. Centre for Environmental Policy, Imperial College London, London, UK. Department of Atmospheric and Cryospheric Sciences, University of Innsbruck, Innsbruck, Austria. School of Geographical Sciences, University of Bristol, Bristol, UK. School of Geography, Earth and Atmospheric Sciences, The University of Melbourne, Melbourne, Victoria, Australia. Climate Resource, Melbourne, Victoria, Australia. Centre for International Climate and Environmental Research, Oslo, Norway. Met Office Hadley Centre, Exeter, UK. School of Earth and Environment, University of Leeds, Leeds, UK. Tyndall Centre for Climate Change Research and School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, UK. Present address: Centre for International Climate and Environmental Research, Oslo, Norway. e-mail: schleussner@iiasa.ac.at
هامبورغ، ألمانيا.