1850年以来各国历史排放对气候变化的贡献

摘要

自前工业化时期以来，由人为活动引起的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）造成了当前的全球变暖，因此减少排放成为了国际气候政策的目标。跟踪和分配国家对气候变化的贡献并为脱碳的公平承诺提供依据非常重要。本研究建立了1851-2021年期间由二氧化碳，甲烷和一氧化二氮的历史排放导致全球变暖的国家贡献的新数据集，研究结果与IPCC的最新发现一致。同时，该研究计算了全球平均地表温度对三种气体历史排放的反馈情况，包括一项对大气中甲烷气体存留时间的改进。另外，还分析了每种气体排放导致的国家对全球变暖的贡献，其中对化石能源燃烧和土地利用部门进行了分类。随着国家排放数据的更新，该数据集将每年更新。

研究背景

二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)的人为排放是工业革命时期以来造成气候变化的关键因素。能源、工业、运输、废物和产品利用部门以及土地利用、土地利用变化和林业(LULUCF)对化石碳源的使用导致大气中CO2、CH4 和N2O浓度增加，并使地球表面能量平衡处于盈余状态。政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其第六次评估报告中估计，在工业时代，大气中CO2、CH4、和N2O浓度的上升已经导致全球平均地表温度(GMST)升高了1.4°C。由于它们对气候的长期或强大影响，各国的CO2、CH4、和N2O排放受到《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的广泛管制。因此，跟踪CO2、CH4、和N2O的排放以及对这些排放的气候反应，对于确保国家自主贡献的问责制尤为重要。

研究结果

1.累积排放情况。1851-2021年期间全球排放了2,471 PgCO2，导致CO2诱导的全球平均地表温度（GMST）增加1.11°C。

2.全球平均地表温度的变化。将由CO2、CH4、和N2O的历史排放引起的全球平均地表温度（GMST）变化估计值与IPCC最近在第六次评估报告的值进行了比较，估计1851-1900年和2010-2019年CO2、CH4、和N2O的历史累积排放引起的全球平均地表温度（GMST）变化为1.39°C，在本文的数据集中的计算结果为1.4°C。

IPCC第六次评估报告估计，1850-1900年至2010-2019年期间，由所有历史累积的排放引起的全球平均地表温度（GMST）变化为0.8°C，不确定性范围为0.5-1.2°C(90%置信区间)。本文数据集中计算出1851-1900年和2010-2019年期间全球平均地表温度（GMST）的变化为0.96°C。因此本文对全球历史CO2排放引起的变暖的估计比IPCC的中心估计高0.16°C。

IPCC第6次评估报告估计，1850-1900年至2010-2019年期间，由CH4的历史累积排放导致的GMST变化为0.5°C，不确定性范围为0.3-0.8°C(90%置信区间)。本文计算结果为0.37°C，比中心估计低0.13°C。

由N2O排放造成的GMST变化为0.09°C，不确定性范围为0.05-0.16°C(90%置信区间)。本文计算出结果为0.07°C，比中心估计低0.02°C。

3.各国对全球变暖的贡献。这里列出的各国CO2排放对全球变暖贡献的排名与之前公布的排名相当。例如，1851-2021年期间CO2排放总量导致全球变暖的前十大贡献者名单(美国、中国、俄罗斯、巴西、德国、印度尼西亚、印度、英国、日本和加拿大)与Matthews等人提供的1800-2005年的清单(美国、中国、俄罗斯、巴西、印度、德国、英国、法国、印度尼西亚和加拿大)有许多相似之处。Skeie等人也得出了1850-2012年的类似列表(美国、欧盟28国、中国、俄罗斯、印度尼西亚、巴西、日本、印度、加拿大）。估计表明，基于自1850年以来排放量的变化，中国自2005年以来领先于俄罗斯升至第二位，而印度则从第十位升至第五位，领先于印度尼西亚、德国、英国、日本和加拿大。

在全球范围内，1851-2021年间由排放总量 引起的变暖中有30%与土地利用变化和林业(LULUCF)有关，但不同国家的比例差异很大。土地利用变化和林业(LULUCF)相关变暖对总相关变暖的贡献在俄罗斯和印度的全球值附近，而土地利用变化和林业(LULUCF)相关变暖的份额在美国(18%)和中国(12%)较低，在巴西(85%)和印度尼西亚(83%)较高。在德国和法国，与土地利用变化和林业(LULUCF)排放相关的变冷抵消了3-6%与其化石CO2排放相关的变暖。

而全球CH4和N2O排放的主要份额与土地利用有关。据估计，2009-2018年期间，牲畜(肠道发酵和粪便管理)和水稻种植贡献了全球CH4总排放量的近40%，而氮肥使用、牲畜和粪便管理贡献了2007 - 2016年期间全球N2O总排放量的50%。当考虑CH4和N2O排放时，相对于单独的CO2相关变暖，印度、中国和巴西对变暖的贡献分别上升了110%、56%和55%。相比之下，大多数排放大国(美国、欧盟27国、俄罗斯、加拿大)对变暖的额外贡献为30%或更低，德国、英国和日本的值低于15%。

图 1851 - 2021年全球平均地表温度(GMST，°C)对CO2、CH4、和N2O排放的响应，显示全球和选定区域。

表1

表2

表1。1851-2021年期间CO2排放导致的全球平均地表温度(GMST)变化，以及贡献了至少3%的GMST变化的国家或国家组的贡献。

表2。1851-2021年期间由CH4引起的全球平均地表温度(GMST)变化，以及对GMST变化贡献至少3%的国家或国家组的贡献。

表3

表4

表3。1851-2021年期间由N2O排放引起的全球平均地表温度(GMST)变化，以及对GMST变化贡献至少3%的国家或国家组的贡献。

表4。1851-2021年期间CO2、CH4、和N2O联合排放导致的全球平均地表温度(GMST)变化，以及对GMST变化贡献至少3%的国家或国家组的贡献。

4.其他考虑因素与研究设计有关

（1）对变暖的贡献程度取决于研究设计中考虑的气体和气溶胶。不同的人为活动(例如工业活动与农业活动)以不同的强度排放各种温室气体和气溶胶。每个国家都有独特的环境和社会经济状况，导致源活动的普遍程度不同，并影响相关气体和气溶胶的排放率。因此，如果在评估中考虑到与一国普遍活动之一相关的气体或气溶胶，则一国对变暖的贡献就会增加。

（2）对变暖的贡献取决于所考虑的时间段。例如，选择1900年作为参考年，将使全球累计二氧化碳排放量减少40 Pg，并使相关CO2变暖减少0.02°C(- 2.3%)。与CO2 和N2O相比，1850-1900年间的CH4变化对GMST对全球或国家排放的响应的影响要小得多，因为与CH4相关CH4的变暖对累积排放的依赖性较小。

（3）对变暖的贡献取决于人口。以前的工作强调了人均排放或变暖的表达式，作为解释每个国家排放强度或变暖影响差异的一种手段，为气候变化国家的问责制提供了进一步的视角。

（4）对气候变暖的贡献取决于国际贸易。一些国家(如中国、印度和巴西)在生产用于出口的商品或服务的过程中排放CO2(以净额计算)，而其他国家/地区(如欧盟27国和美国)是净进口国，消费需要在外部领土排放的商品或服务。本文没有考虑国家间交易的商品或服务中包含的国家排放(即这里使用的排放估计仅包括领土排放，而不是基于消费的排放)。

论文信息

Jones Matthew W,Peters Glen P,Gasser Thomas,Andrew Robbie M,Schwingshackl Clemens,Gütschow Johannes,Houghton Richard A,Friedlingstein Pierre,Pongratz Julia,Le Quéré Corinne. National contributions to climate change due to historical emissions of carbon dioxide, methane, and nitrous oxide since 1850.[J]. Scientific data,2023,10(1).

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41597-023-02041-1