الناشئة عن: جيم قونغ وآخرون. طبيعة https://doi.org/10.1038/s41586-024-07714-4 (2024).

التأثير المناخي الصافي للنيتروجين التفاعلي البشري المنشأ هو مجموع عدة مصطلحات تختلف في الإشارة وترتبط بشكوك كبيرة. غونغ وآخرون.¹ أبلغنا عن صافي تأثير إشعاعي سلبي مباشر (RF) قدره Nr في عام 2019 مقارنة بعام 1850. ونرى أن تقديراتهم وما يرتبط بها من أوجه عدم اليقين بشأن التأثيرات المناخية الفردية Nr، وأبرزها الهباء الجوي والأوزون والميثان RF، لا تعكس الحالة الراهنة للفن. نظهر أن المرجع. ¹ يقدم نطاقات ضيقة للغاية من عدم اليقين وأن تقديراتهم للتأثيرات المناخية الفردية Nr هي قيم متطرفة مقارنة بمجموعتنا متعددة النماذج، مما يحمل آثارًا مهمة على التوقعات المستقبلية.

تؤدي انبعاثات Nr إلى تكوين هباء نترات الأمونيوم (NH₄⁺لا₃^–; يشار إليها فيما بعد بالنترات)، ولكن وفرتها في الغلاف الجوي غير مؤكدة إلى حد كبير. ينص تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (AR6) على أن “هناك ثقة كبيرة في أن ولاية نيو هامبشاير₄⁺ و لا₃^– زادت الأعباء منذ فترة ما قبل الصناعة وحتى يومنا هذا، على الرغم من أن حجم الزيادة غير مؤكد خاصة بالنسبة لأكسيد النيتروجين.₃^–“². يختلف عبء النترات العالمي الحالي بما يصل إلى عامل 13 عبر النماذج في دراستين منفصلتين^3,4. وينطبق هذا الانتشار على هباء النترات ذي الوضع الدقيق، الذي يحرك الترددات اللاسلكية⁴. تعقيد عمليات الهباء الجوي يجعل من الصعب تمثيل النترات في النماذج. ظل تنوع النماذج في هذه المهمة دون تغيير تقريبًا بين أحدث جيلين من النماذج².

كبريتات (SO₄²⁻) الهباء الجوي، بما في ذلك كبريتات الأمونيوم ((NH₄⁺)₂لذا₄²⁻) ، تتأثر أيضًا بانبعاثات Nr، وذلك بشكل رئيسي من خلال أكسيد النيتروجين (NO_س) الانبعاثات، التي تغير مسارات أكسدة ثاني أكسيد الكبريت₂ للكبريتات عن طريق تغيير وفرة جذور الهيدروكسيل (OH)، والأوزون (O₃) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂يا₂)⁵. على الرغم من تحسين الجيل الأخير من نماذج كيمياء الهباء الجوي، إلا أن التنوع في أعباء الكبريتات النموذجية لا يزال كبيرًا³ ولا يزال إعادة إنتاج الملاحظات أمرًا صعبًا^2,3,6. يجب أن تعترف تقديرات الهباء الجوي RF الناتج عن Nr بعدم اليقين الكبير الذي ينعكس في المقارنات البينية المتعددة النماذج.

لقد أجرينا عمليات محاكاة بإعداد مشابه للمرجع. ¹، باستخدام خمسة نماذج مستقلة من أحدث جيل (انظر وصف الطريقة في معلومات تكميلية) ، أي نموذج نقل كيميائي واحد (OsloCTM3 (المرجع. ⁷)) وأربعة نماذج للكيمياء والمناخ (CESM2 (المرجع. ⁸)، نموذج نظم المعلومات الجغرافية E⁹، GFDL-AM4.1 (المرجع. ¹⁰) و LMDZ-INCA¹¹). يختلف التغير خلال العصر الصناعي في وفرة هباء النترات والكبريتات بسبب انبعاثات Nr بشكل كبير عبر النماذج، سواء أفقيًا (البيانات الموسعة الشكل 1). 1أ،ب) وعموديًا (البيانات الموسعة الشكل 1). 2أ،ب). وبالتالي ، فإن الهباء الجوي المباشر المقدر لدينا RF ، وهو مصطلح RF ذو الحجم الأكبر في المرجع. ¹، يختلف بشكل كبير حسب الطراز، حتى في الإشارة (الشكل 1). 1 أ والبيانات الموسعة الشكل. 3 أ). تُظهر نتائجنا متعددة النماذج أن GEOS-Chem aerosol RF عند النهاية المنخفضة (أي التبريد القوي). علاوة على ذلك، لا يقع أي من النماذج الأخرى ضمن نطاق عدم اليقين الخاص بـ GEOS-Chem، والذي يبدو أنه يشمل فقط عدم اليقين في الانبعاثات وليس تنوع النماذج. يكون RF النترات سالبًا في جميع النماذج، ويمكن أن يضيف RF الكبريتات إلى تبريد النترات أو يبطله، اعتمادًا على النموذج. ترجع استجابات RF المختلفة للكبريتات في النماذج، جزئيًا على الأقل، إلى استجابات مختلفة في SO₂ لأكسدة الكبريتات OH و H₂يا₂ (غير موضح).

الترددات اللاسلكية للأوزون بسبب NO البشرية المنشأ_س تختلف الانبعاثات بشكل كبير عبر النماذج، حيث تتراوح من 0.07 واط للمتر المربع^-2 إلى 0.27 واط م^-2 (من 1850 إلى 2014) في الدراسة المستخدمة في AR6 (المراجع. ^2,12). نجد هنا نطاقًا كبيرًا مماثلاً في الأوزون التروبوسفيري الناجم عن انبعاثات Nr البشرية المنشأ (أشكال البيانات الموسعة). 1 ج و 2 ج) ، ونطاق الترددات الراديوية للأوزون الناتج يتراوح بين 0.17 إلى 0.35 واط م^-2 عبر النماذج الخمسة (الشكل 1). 1 ب والبيانات الموسعة الشكل. 3ب). هذه النتائج هي عامل أعلى بمقدار 3 إلى 7 من RF للأوزون GEOS-Chem وهي خارج نطاق عدم اليقين المُبلغ عنه (0.03-0.07 واط م3).^-2). على الرغم من أن نطاق GEOS-Chem يشتمل على نسبة عدم يقين تبلغ ± 30% لحساب التفاعلات الكيميائية الجوية غير الخطية، إلا أنه يتم تطبيقه على الترددات الراديوية الصغيرة جدًا للأوزون. تفشل نتائج GEOS-Chem في مراعاة تنوع النماذج المعروفة.

كما هو الحال مع الأوزون، فإن الميثان RF بسبب NO_س تختلف الانبعاثات بشكل كبير عبر النماذج، ويرجع ذلك جزئيًا إلى اختلاف الميثان₄ عمر وردود الفعل¹². النهج المشترك لقياس CH₄ الترددات اللاسلكية بسبب NO_س يجب أن تعتمد الانبعاثات على حسابات نموذج كيمياء الغلاف الجوي لـ CH₄ التغيرات مدى الحياة بسبب OH (انظر معلومات تكميلية لمزيد من التفاصيل). ومع ذلك، المرجع. ¹ لم يستخدم نموذج GEOS-Chem لهذا الغرض بل استخدم نموذج CH₄ النموذج الصندوقي، الذي لا يأخذ في الاعتبار بشكل صحيح كيمياء الغلاف الجوي المعقدة وغير الخطية، بما في ذلك التأثيرات الناشئة عن التوزيع الجوي غير المتجانس للمركبات الكيميائية. التأثيرات المعروفة لـ CH₄ كونها مقدمة للأوزون التروبوسفيري¹³ وتعزيز بخار الماء الستراتوسفيري² تم تجاهلها أيضًا. باستخدام نماذجنا الخمسة وطريقة تتماشى مع AR6 (المرجع. ²) ، نحصل على CH سلبي أقوى بكثير₄ مصطلح RF من ذلك في المرجع. ¹ (تين. 1 ج)، معظمهم خارج نطاق عدم اليقين.

ثم₂يا وشركاه₂ تم حساب مصطلحات التردد الراديوي الناتجة عن Nr البشرية المنشأ باستخدام مخطط النقل الإشعاعي RRTMG في GEOS-Chem في المرجع. ¹. نظرًا لأن هذين المركبين مختلطان جيدًا في الغلاف الجوي، وتم تصميم مخطط RRTMG لإجراء حسابات سريعة في النماذج العالمية، فقد اخترنا بدلاً من ذلك أن نبني حسابات التردد الراديوي على التعبيرات الموجودة في المرجع. ¹⁴كما في AR6 (المرجع. ¹⁵) (يرى معلومات تكميلية لمزيد من التفاصيل). بافتراض نفس N₂يا وشركاه₂ يتغير التركيز كما في المرجع. ¹، حساباتنا تعطي N أصغر₂O مصطلح RF يقع خارج نطاق عدم اليقين الخاص به (الشكل 1). 1 د)، ولكن CO أكثر تشابهًا₂ مصطلح الترددات اللاسلكية (الشكل 1). 1ه). إذا تمت إضافة تعديلات التروبوسفير للحصول على تردد راديوي فعال (ERF)، وهو أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا، فإن هذا من شأنه أن يغير N₂أوه ماذا₂ و CH₄ التأثير بنسبة +7 ± 13%، +5 ± 5% و-14 ± 15%، على التوالي، وفقًا لـ AR6 (المرجع. ¹⁵).

ومن المثير للاهتمام أن مجموع مصطلحات RF يعطي صافي RF يقع ضمن نطاق عدم اليقين للمرجع. ¹ بالنسبة لمعظم النماذج، ولكن مع كون جميع تقديرات النماذج تقريبًا أقل سلبية من صافي التردد الراديوي الخاص بها (الشكل 1). 1و). على الرغم من أن معظم مصطلحات RF الفردية مختلفة تمامًا، إلا أن مراجعاتنا للأعلى والأسفل تعوض ذلك إلى حد كبير. على الرغم من أنه يمكن إلغاء مصطلحات RF المطلقة جزئيًا، إلا أن عدم اليقين المطلق يستمر في النمو مع إضافة المصطلحات. حقيقة أن مصطلحات RF الفردية الخاصة بنا تختلف بشدة عن تلك الخاصة بالمرجع. ¹ يمكن أن يكون لها عواقب كبيرة على التنبؤات المستقبلية الموضحة في الشكل 5. ولذلك فإننا نرى أنه لا يمكن استخدام هذه النتائج دون تطبيق أوجه عدم اليقين المناسبة. نلاحظ أيضًا أن اختيار سنة لانبعاثات Nr الحالية (في هذه الحالة 2019) يمكن أن يؤثر على نتائج التردد الراديوي مع تغير الانبعاثات بسرعة.

تؤكد نتائجنا على ما هو واضح من الأدبيات السابقة، وهو أن هناك حاجة إلى مجموعة من النماذج لتحديد التأثيرات المناخية للعدد البشري المنشأ، بما في ذلك عدم اليقين. من الواضح أن هناك حاجة إلى بحث مستقبلي حول هذا الموضوع المهم، سواء من أجل تحديد وتضييق نطاق عدم اليقين بشأن تأثيرات المناخ الواردة هنا و (كما تمت مناقشته في المرجع. ¹) لتحديد التأثيرات المناخية للعمليات التي لا توجد تقديرات لها بعد (على سبيل المثال، تفاعلات الهباء الجوي والسحاب بسبب انبعاثات Nr). ومن الأهمية بمكان أن الطريقة الطبيعية للمضي قدمًا للحد من حالات عدم اليقين تنطوي على التحسين المستمر للعمليات الرئيسية في النماذج بناءً على تقييمات شاملة مقابل مجموعة من الملاحظات.