地球大氣中二氧化碳（CO2）濃度的增長速度現(xiàn)已超出政府間氣候變化專門委員會（IPCC）為將全球變暖限制在1.5°C以內(nèi)所設(shè)定的路徑。

夏威夷毛納羅亞（Mauna Loa）觀測站的最新數(shù)據(jù)揭示了這一趨勢。該觀測站已持續(xù)監(jiān)測大氣CO2濃度超過60年。

2024年，大氣CO2濃度的年增速達到有記錄以來的最高水平之一。

由于人類活動排放的CO2和其他溫室氣體，全球溫度較工業(yè)化前水平已上升約1.3°C。

若想實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》中將升溫控制在1.5°C的目標(biāo)，大氣中CO2及其他溫室氣體的累積需先減速至停滯，隨后轉(zhuǎn)為凈減少。

然而，大氣CO2濃度的上升仍然沒有放緩的跡象。

1.5°C路徑

IPCC第六次評估報告（AR6）第三工作組于2022年發(fā)布的報告中提出了七種“示范路徑”（illustrative pathways），展示了各個經(jīng)濟部門通過采取不同減排措施，對未來溫室氣體排放及全球氣溫的影響。

在其中三個最具雄心的路徑下，全球升溫有50%的概率保持在1.5°C以下，或在僅過沖0.1°C（大概持續(xù)幾十年）后，再回落至1.5°C以下：

轉(zhuǎn)型路徑（IMP-SP）：在向可持續(xù)發(fā)展更廣泛轉(zhuǎn)型的背景下實施減緩措施，包括減少社會經(jīng)濟不平等和逐步淘汰化石燃料。低需求路徑（IMP-LD）：以大幅降低能源需求為核心，并逐步淘汰化石燃料。可再生能源路徑（IMP-Ren）：未來嚴(yán)重依賴可再生能源。

如表所示，在這三種情境下，大氣CO2濃度的積累速度將從2010年代的年均2.41ppm（parts per million per year），放緩至2020年代的年均1.33-1.79ppm。

隨后，增量將進一步放緩，并在2030年代或2040年代轉(zhuǎn)為下降。換言之，大氣中的CO2水平將真正開始減少。

2024年CO2大幅上升

然而，大氣中CO2濃度不僅仍在上升，其增長速度甚至在加快。

自1958年以來，夏威夷毛納羅亞觀測站一直在監(jiān)測大氣中的CO2積累情況。

如下方著名的基林曲線（Keeling Curve）所示，由于燃燒化石燃料和改變土地利用方式不斷排放CO2，幾十年來CO2濃度上升的速度一直在加快（藍線）。

因此，雖然為了將全球變暖限制在1.5°C以下，曲線需要迅速轉(zhuǎn)為下降（淺紅色線），但CO2的增速仍然持續(xù)上升。

截至2024年的毛納羅亞月度CO2濃度觀測數(shù)據(jù)（藍色），以及與將全球變暖限制在1.5°C目標(biāo)一致的IPCC C1-IMP-SP情景（淺紅）。圖中還顯示了英國氣象局對2025年的預(yù)測（紅色）。

下表列出了毛納羅亞觀測站記錄的CO2濃度年增長的十年平均值。2020年代前半期的年均增長為2.58ppm，比IPCC預(yù)測的1.5°C兼容情景（IPCC 1.5C-compatible scenarios）所能接納的增長高出44%至94%。

事實上，毛納羅亞觀測站記錄在2023-2024年，CO2濃度增加了3.58ppm，這是有記錄以來最大的增幅。

自2003年開始通過衛(wèi)星監(jiān)測的全球平均CO2濃度水平也在去年也出現(xiàn)了大幅上升， 達到2.9ppm，這是僅次于2015-2016年的最高的年度記錄。

（雖然毛納羅亞的CO2增長趨勢在長期內(nèi)與全球趨勢一致，但在短期內(nèi)，它也會受到局部效應(yīng)的影響。例如，如果有火災(zāi)發(fā)生在毛納羅亞的上風(fēng)方向或同一半球，其監(jiān)測到的CO2濃度會在由火災(zāi)帶來的CO2充分?jǐn)U散到全球之前出現(xiàn)暫時的波動。）

2024年，全球CO2排放量也創(chuàng)下歷史新高，但另一個關(guān)鍵因素是自然土地碳匯（land carbon sinks）顯著減弱，使更多排放的CO2留在了大氣中。

土地碳匯的減弱至少在一部分程度上與2024年初的厄爾尼諾現(xiàn)象有關(guān)。厄爾尼諾事件會改變?nèi)虻奶鞖饽Ｊ剑篃釒гS多地區(qū)變得更炎熱和干燥。

這會導(dǎo)致植被生長不良，同時土壤分解和野火釋放出更多碳，從而使土地生態(tài)系統(tǒng)從大氣中吸收的碳量少于正常水平。

隨著厄爾尼諾現(xiàn)象的消退，氣候條件逐漸向相反的拉尼娜模式轉(zhuǎn)變，自然土地碳匯預(yù)計將在一定程度上恢復(fù)。

因此，我們英國氣象局做出對毛納羅亞CO2濃度的預(yù)測認為，2024-2025年的CO2濃度增加將比2023年至2024年少。預(yù)計升幅為2.26ppm（不確定范圍為±0.56ppm），比沒有拉尼娜現(xiàn)象影響時的預(yù)期增速略低。

然而，即便如此，這一增長速度仍然過快，無法維持貼合IPCC1.5°C兼容情景的軌跡。下圖顯示了自1995年以來毛納羅亞CO2水平的年變化（藍線），以及2025年預(yù)測值（紅點）如何超出符合1.5°C情景的路徑（灰色區(qū)域）。

將大氣中CO2濃度的近期和預(yù)測年度變化與將全球變暖限制在1.5°C的說明性情景進行比較。淺藍色細線：根據(jù)觀測數(shù)據(jù)得出的毛納羅亞觀測站CO2濃度年度變化。中藍色細線：利用濃度、排放量和厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）之間的統(tǒng)計關(guān)系重建的毛納羅亞CO2濃度年度增量。帶有垂直誤差線的紅點：2025 年預(yù)測增量。深藍色粗線和深藍色點：不受ENSO影響的估計增量。灰色陰影：C1-IMP-SP 情景下模擬的CO2濃度，該情景將全球變暖限制在1.5°C，可能性>50%。

超出預(yù)期的增速

2024年CO2濃度異常激增的具體原因尚未完全明確，但較弱的土地碳匯似乎是關(guān)鍵因素之一。

我們曾預(yù)測，受厄爾尼諾現(xiàn)象影響，2023-2024年毛納羅亞觀測站的CO2濃度增長將達到2.84ppm（±0.54），高于過去十年的平均水平。我們還認為，這可能成為有記錄以來最快的年增幅。

然而，實際測得的CO2濃度增長為3.58ppm，遠超預(yù)期。這一數(shù)值超出了我們預(yù)測的不確定范圍上限——該范圍理論上應(yīng)覆蓋95%的預(yù)測值。

盡管2024年化石燃料燃燒和森林砍伐產(chǎn)生的碳排放量也創(chuàng)下歷史新高，但這仍無法完全解釋預(yù)測值與實際觀測之間的差距。

我們的預(yù)測方法將前一年的全球碳排放量作為輸入?yún)?shù)之一。2024年的碳排放量估計為11.3GtC，略高于預(yù)測中采用的2023年數(shù)值（11.1GtC）。（注：1GtC=10億噸碳）

這0.2GtC的差異相當(dāng)于大氣中約0.09ppm的CO2濃度。因此，即使我們在預(yù)測中采用更高的排放值，觀測到的增速仍然會超出我們的不確定性范圍。

由此可見，這種偏差必然與自然碳匯的減弱有關(guān)——其程度甚至超過了2023-2024年厄爾尼諾現(xiàn)象導(dǎo)致的預(yù)期碳匯弱化。

土地碳匯進一步弱化

科學(xué)家們已經(jīng)確認，2023年的土地碳匯異常薄弱，全球極端高溫是其中的一個重要因素。

2024年比2023年更熱，而且是首個全年溫度較工業(yè)化前水平升高超1.5°C的日歷年。可以預(yù)計，這一年的氣候條件再次導(dǎo)致全球土地碳匯弱化。

與此同時北美和南美——包括加拿大等通常不受厄爾尼諾影響的地區(qū)——均在2024年出現(xiàn)高溫及異常嚴(yán)重的火災(zāi)，且火災(zāi)持續(xù)時間超出了厄爾尼諾的作用周期。

2024年1-9月，全球火災(zāi)帶來的排放量估計為1.6-2.2GtC，較2014-2023年同期平均值高出11-32%。

此外，北半球由火災(zāi)帶來的排放量每年可達0.5-0.6GtC，比2014-2023年全球的均值高26-44%。這也許解釋了為什么位于北半球的毛納羅亞觀測記錄的CO2濃度顯著高于全球平均水平。

火災(zāi)帶來的部分排放可能已計入上述土地利用排放的估算中，但具體比例尚無法量化。盡管如此，大范圍的火災(zāi)很可能是2024年大氣CO2濃度激增的推手之一，需進一步分析以確定其影響大小。

氣候變化本身也可能在增加火災(zāi)排放方面發(fā)揮了作用。

例如，巴西潘塔納爾濕地（Pantanal wetlands）在2024年6月發(fā)生了“史無前例”的大規(guī)模野火。人類活動造成的全球變暖讓該事件發(fā)生的可能性增加了四到五倍。

盡管土地碳匯總體上會隨著CO2濃度的上升而增加，但地球系統(tǒng)模型（ Earth system model）的預(yù)測早已表明，持續(xù)的全球變暖會削弱這一趨勢，使更多的人為導(dǎo)致的排放留在大氣中。

計算表明，這種情況近年來已經(jīng)在發(fā)生。因此一個關(guān)鍵問題是，過去兩年是否出現(xiàn)了碳匯加速減弱的趨勢。若自然碳匯的弱化程度超過預(yù)期，抑制大氣CO2濃度上升的難度將進一步加大。

另一方面，我們歷史上有幾年的CO2預(yù)測與實際結(jié)果之間，也曾出現(xiàn)與2024年相當(dāng)?shù)念A(yù)測偏差。例如，2003年盡管沒有厄爾尼諾，但由于西伯利亞發(fā)生了大火，毛納羅亞記錄的CO2濃度還是出現(xiàn)了大幅上升。因此，2025年是否會繼續(xù)出現(xiàn)高于我們預(yù)期的CO2增長，或者證明2024年的大幅過沖只是暫時現(xiàn)象變得尤為重要。

隨著全球變暖持續(xù)，極端高溫事件將變得更加頻繁和劇烈，類似2023和2024年的情況或?qū)θ蛱佳h(huán)產(chǎn)生愈發(fā)深遠的影響。

火災(zāi)對氣候變化的影響與我們模型的預(yù)測一致，這表明全球性的火災(zāi)已經(jīng)削弱了土地碳匯。未來對全球碳循環(huán)的監(jiān)測將會進一步驗證這一結(jié)論是否正確。