哥伦比亚大学地球研究所的气候学家詹姆斯·汉森及其国际同事团队在今天发表于《PLOS One》杂志上的一项新分析中指出，除非来自燃烧化石燃料的二氧化碳排放量立即开始大幅、稳步减少，否则地球可能比人们普遍认为的更接近潜在的灾难性升温。他们的论文进一步强调了其他近期研究，这些研究表明，即使在减少二氧化碳（CO2）的工业产量方面稍有延迟，不仅会大大增加减缓气候变化的难度，还会加大后代适应气候变化的难度。
他们写道，如果不采取果断行动限制较高排放量，“将很难将升温幅度控制在低于2°C的目标之下”。此外，他们表示，多年来一直推动全球气候谈判的所谓2摄氏度升温“安全”限值过高。超过1摄氏度的升温都可能危及地球的生态系统和社会。汉森尤其担心不作为会给今天的孩子们带来沉重的负担，这反映在论文的标题中：“评估危险的气候变化：为保护年轻人、未来世代和自然而必须减少的碳排放量。”
汉森及其合著者指出，这些发现突出了实施碳税和扩大核能使用的必要性，也表明了地球工程可能毫无用处。“最关键的是我们不要将会在气候系统中永久存在的东西排放到大气中，”汉森说。“实际上，它就是这样做的。”
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然而，这篇论文能否像作者所希望的那样对气候政策产生推动作用，仍有待观察。至少，它会遭到质疑，即作者提出的二氧化碳减排1摄氏度目标根本不切实际，因为全球对目前由化石燃料提供的廉价能源的需求日益增长。
在过去十年的大部分时间里，政府间气候变化专门委员会（IPCC）和其他组织都建议政策制定者努力将全球变暖的最大幅度控制在比工业化前平均水平高出不超过2摄氏度的范围内。自那时以来，气温已经上升了0.8摄氏度。这些组织承认，即使升温仅2摄氏度，也会提高海平面，改变农业生产力，破坏敏感物种和生态系统，并以具有挑战性的方式改变疾病模式。然而，由于进一步使用化石燃料在政治和经济上似乎是不可避免的，特别是对于正在努力提高生活水平的发展中国家来说，科学家和政策制定者通常共同将2摄氏度作为升温后果和人类适应能力的折衷方案。
然而，《PLOS One》的论文质疑了这种折衷方案的安全性。作者表示，不仅2摄氏度上升的长期影响可能比普遍认为的更糟糕，而且任何到2100年使世界接近该限值的情况，很可能会使世界在另一个世纪内进一步上升超过3摄氏度。这样的温度将使地球上的大片区域实际上不适合人类居住。
汉森及其同事利用冰芯数据重建的史前气候或古气候，指出地球上一次稳定地比现在高出2摄氏度是在13万至11.4万年前的埃米安间冰期。当时的平均海平面比现在高4至6米，冰川和两极的冰融化更多。作者指出，未来海平面类似上升将会淹没现在世界上人口稠密的沿海地区。
埃米安的数据还表明，对农业至关重要的温带气候带将大幅向北转移，使当今许多农田变得干旱。濒危生态系统中的许多物种将会灭绝，这可能会产生无法预测的后果。
他们写道，全球变暖2摄氏度将“进入危险范围”。
作者认为，海平面上升、物种丧失和生长条件改变的结合，将对世界各地的人们造成贫困、疾病和营养不良的后果，这几乎肯定会对他们造成打击。
可以肯定的是，并非所有这些后果都是迫在眉睫的。目前的估计表明，例如，到2100年，不受限制的变暖可能会使海平面上升大约一米左右。海洋可能需要几个世纪才能上升到埃米安时期的高度。
然而，情况也可能并非如此。古气候数据表明，在几十年内有时会发生极快的变化，并且已经出现了在一个世纪内海平面上升三到四米的情况。“古气候数据无法让您看到全球温度变化和海平面变化之间存在明显的时间滞后，因此它没有给您任何信心，认为会存在很大的滞后，”汉森说。
此外，历史可能不是一个好的指导，因为正如作者所指出的那样，化石燃料二氧化碳的温室效应比科学家在古气候记录中发现的任何其他变暖都更强烈。他们还指出，由于目前的变暖低于1摄氏度，科学家们已经开始看到对环境的影响，而这些影响预计在更高的温度出现之前是不会出现的。
作者还认为，2摄氏度是一个糟糕的政策目标，还有另一个更令人不安的原因。对于气候建模者来说，二氧化碳排放符合所谓的快速反馈强迫，因为它们开始相对快速地提高温度。按照目前预计的增长速度，仅二氧化碳一项就会使世界在一个世纪内升温超过2摄氏度。
但是作者警告说，在更高的温度下，其他缓慢反馈强迫（来自反射性海冰损失的变暖、从先前位于永久冻土层下的融化沼泽中渗出的甲烷以及其他来源）也会更显着地发挥作用。结果，允许温度在2100年上升2摄氏度几乎肯定会导致在另一个世纪内进一步升温至比工业化前平均水平高出3摄氏度。在260多万年前的上新世时期，当地球变暖3摄氏度时，海平面比今天高出15至25米。
因此，作者认为，更明智的目标是将升温幅度控制在1摄氏度，即使这个目标被证明无法实现，也将有助于抑制与更失控的温度上升相关的缓慢强迫。
《PLOS One》的文章（此处有进一步评论：此处）接着研究了二氧化碳排放量需要以多快的速度下降才能将升温控制在期望的范围内。工业二氧化碳引起的变暖效应取决于释放到大气中的气体累积量。作者指出，工业文明已经从化石燃料中向空气中释放了约384亿吨碳，并计算出将总量控制在大约500亿吨，并在植物和土壤中储存另外100亿吨，可以将升温幅度控制在1摄氏度左右。如果继续以当前和预计的速度使用化石燃料，到本世纪末，碳排放总量将达到1000亿吨或更多。
一旦释放，二氧化碳就会持续存在。“注入空气中的二氧化碳脉冲在大约25年内会衰减一半，因为二氧化碳会被海洋、生物圈和土壤吸收，但500年后仍有近五分之一留在空气中，”作者写道。
因此，即使在减少二氧化碳排放方面稍有延迟，也可能对最终的变暖程度产生深远的影响，这有时被称为“管道中的”变暖。汉森及其团队计算出，如果人类在2005年开始减少二氧化碳排放量，理论上可以通过每年平均减少2%的排放量，到2100年将升温幅度控制在1摄氏度。如果这些减排从今天开始，那么减排量将必须达到每年6%。如果推迟到2020年，这个数字将上升到15%。如果减排在大约十年内没有开始，那么升温至2摄氏度或更高几乎是不可避免的，并且会持续数百年。
对于汉森及其合著者来说，减少化石燃料的使用，无论多么困难，都是阻止危险变暖的唯一途径。他们写道，减少温室气体甲烷的排放，限制森林砍伐以及其他可能减少非二氧化碳对气候影响的措施似乎更容易立即实现，但是只要二氧化碳持续上升，其影响将压倒所有这些措施的益处。
这些信息与牛津大学的迈尔斯·R·艾伦及其同事两周前在《自然气候变化》杂志上发表的最近两份报告的结论相呼应。其中一篇论文使用了与汉森不同的方法论，研究了延迟减少二氧化碳排放的影响，另一篇论文研究了非二氧化碳气候污染物的作用。两篇论文都将2摄氏度视为合理的升温上限。研究人员发现，即使在各种假设下，延迟减排十年也可能会使最终的全球温度升高大约半摄氏度，并警告说“峰值承诺变暖正在比当前观测到的变暖速度快得多地增长”。
他们还得出结论，在“没有同时减少二氧化碳排放的情况下”，早期对非二氧化碳因素采取行动对峰值变暖几乎没有影响。
《PLOS One》的论文认为，对碳排放定价——即每排放一吨二氧化碳收取费用——是立即可以采取的措施，以阻止对化石燃料的依赖并鼓励节能。作者表示，在普通民众中分配这种碳税的收入可能会使其更具政治吸引力，并指出有研究表明，大多数公民从这种支出中获得的收益将多于他们在更高价格中所支付的。作者还建议，中国和美国在建立碳税方面处于领先地位，即使在没有国际谈判的情况下，其他国家也会自然地效仿他们的榜样。
作者提出的另一个肯定会引起争议的建议是，在全球范围内迅速扩大核能的使用。（令许多环保主义者恼火的是，汉森此前曾公开表示支持更多地使用核能。）他们赞成使用新型第三代和第四代反应堆，这些反应堆的设计不会发生灾难性的堆芯熔毁，并且产生的核废料会少得多。
然而，这种新型反应堆仍然存在争议，因为批评者认为它们会使恐怖分子和不友好国家更容易获得核武器。汉森和他的合著者承认这些风险，但坚持认为适当的政策可以控制这些风险。
尽管许多环境科学家和活动家也不赞成地球工程——即有意改变大气层以缓解气候问题——但它经常被认为是比减少二氧化碳排放更经济或更实用的潜在技术解决方案。然而，《PLOS One》论文的作者对此高度怀疑。他们将向平流层添加酸性气溶胶以反射更多阳光的计划描述为“对一个将持续数千年的问题的临时性补救措施”，并批评其潜在的意外后果。
旨在从大气中提取二氧化碳的计划也好不到哪去：作者指出， “没有成熟的技术能够大规模捕获二氧化碳”，即使是最乐观的估计，每吨碳的成本也高达 500 美元。由于大气二氧化碳水平的动态变化，从大气中净减少的二氧化碳量仅为地球工程师捕获量的一半左右。因此，根据作者的模型，将大气浓度降低 52 百万分之几——仅比许多气候学家偏好的 360 ppm 浓度高出一点——可能需要花费 100 万亿到 400 万亿美元。
即使碳捕获的成本急剧下降，作者也指出，捕获的碳的处理将是一个挑战：地球工程师需要捕获数百吉吨的碳才能有效，但即使将一吉吨转化为碳酸盐砖，也会占用 3000 座帝国大厦的体积。
尽管前景黯淡，汉森和他的同事们仍然对逐步实施诸如碳税等措施抱有希望，这些措施可以向公众支付红利，从而可能推动气候行动主义超过“临界点”，赢得工业界和政府的支持。事实上，根据汉森的说法，这篇论文旨在成为一份文件，可以帮助法官在美国华盛顿特区地方法院审理诸如Alec L. v. Jackson的诉讼时，了解气候问题，该诉讼涉及美国政府限制温室气体的义务。
无论有些人觉得这篇《PLOS One》论文多么有说服力，批评者很可能会直言不讳。即使是许多支持大幅减少气候变化目标的环保主义者，也肯定会对积极的核能扩张计划持反对态度，尽管其他替代方案可能难以实现同等的二氧化碳减排。对于大多数能源行业以及许多政治家和经济学家来说，碳税是行不通的。
尽管汉森警告说，不要自满地认为海平面上升和其他变暖的影响将是渐进的，但过去的怀疑论者嘲笑过这样的说法，即最坏的后果可能不需要几个世纪就会显现出来。（可以看看对阿尔·戈尔在《难以忽视的真相》中关于海平面上升的演讲的批评。）批评者也可能质疑汉森和他的合著者用来估计未来变暖对二氧化碳排放的敏感性的计算，尽管艾伦论文和其他研究提供了一些独立的证实，并且似乎排除了更乐观的假设。
然而，最常见的怀疑反应很可能是，尽管这些论文提出了主张，但考虑到所需的经济牺牲、改造能源基础设施的难度、发展中国家改善自身状况的决心、政治体系的惯性以及过度热衷气候改革的风险，将升温幅度控制在低于 2 摄氏度的任何目标都是不现实的。
“但我想说，从政策的角度来看，无论是 1 度还是 2 度，它们现在都意味着同一件事，那就是全球能源系统需要发生巨大变化，”地球研究所所长、该论文的合著者杰弗里·萨克斯说。他补充说，“这是一个 30 年的过程。但这不仅要现在开始；而且还要展望最终的深刻变革。”
约翰·伦尼，前《大众科学》主编，是纽约大学的兼职讲师，并撰写了《尖锐的反驳》博客