主页 › 输出 › 信息服务台 › 倾卸元件

倾倒元素——地球系统中的重大风险

气候转折因素是地球系统的关键、大规模组成部分，其特征是临界行为。这些系统似乎随着全球温度的升高而保持稳定，但从特定的全球温度阈值开始，非常小的额外扰动可以将它们“翻转”到一个质的新状态。如果你想象一个有价值的花瓶，当桌子倾斜的时候，它一开始还立着。起初什么都没有发生；那么最轻微的振动就足以让它翻倒。

Tipping Elements世界地图

全球和区域倾翻元素的地理分布，根据其温度阈值的最佳估计值进行颜色编码，超过该阈值，元素可能会“倾翻”。PIK根据Armstrong McKay等人的《科学》（2022年）设计的图形（根据cc-by许可证）。

门槛行为通常基于自我强化过程，一旦被打破，自我强化过程就可以继续下去，而无需进一步的外部强制。因此，即使背景气候回落到阈值以下，地球系统的一个组成部分仍可能“倾斜”。系统特定临界点超出导致的过渡可能是突然的，也可能是渐进的。跨越单一引爆点对环境造成严重影响，并威胁许多人的生计¹还有一种风险是，通过反馈回路，地球系统中的进一步引爆点被触及，并引发多米诺骨牌式连锁反应^2，三.

自2007/2008年首次出版以来^4，5，关于倾翻元素的科学知识有了很大的提高，它仍然是一个非常活跃的研究领域。例如，埃克塞特大学和波茨坦气候影响研究所（PIK）签署了一份协议联合调查气候变化的临界点——第一个结果是：全球引爆点报告此外，正在准备一个项目，将计算机模型输出与临界点进行比较：TipMIP，一个“尖端模型相互比较项目“.一般注意事项：在研究中，新的研究是对旧的研究的补充。例如，所报告的小费要素的确切数量通常仅取决于小费要素定义中的细节，或取决于研究的重点（另请参阅倾翻元素科学的发展).
PIK新闻和出版物关于倾斜元素

Armstrong McKay等人（《科学》，2022年）确定： 9个对地球系统功能有重大贡献的核心倾翻元件；再加上7个区域性引爆元素，这些元素对人类福祉做出了重大贡献，或在地球系统内具有独特价值。
	地球系统的堆芯倾翻元件
	区域倾翻要素
手电筒显示，可能的倾倒阈值与今天已经观测到的全球变暖有多接近。目前的观测结果表明，全球平均变暖温度为1.2°C，并在增加。
	在巴黎协议范围内（1.5至<2°C）可能发生倾翻
	在当前气候政策范围内（最高3.7°C）
	最高6°C
	高于6°C
共识符号表明了Armstrong McKay等人的作者的信心水平根据他们对可用研究数量和一致性的评估，分配给每个阈值。
	温度阈值的高置信度
	中等信心
	信心不足

冰块（冰层实体）

当冰融化时，无论是冰川的岩石层还是海洋，它都会露出一个通常较暗的下垫面。这个较暗的表面吸收了更多来自太阳的辐射，从而加速了剩余冰的融化。这种被称为冰-冰反馈的机制是一个典型的自我强化过程，在这个过程中，同样的现象，即冰损失，既是驱动因素，也是温度升高的结果。然而，这并不是使地球上巨大的冰块成为倾翻要素的唯一机制（如下所述）。

什么？在哪里？
格陵兰岛终年被三公里厚的冰盖覆盖。

倾卸点和倾卸过程
损失：近年来，由于全球变暖，由于冰川流入大海和夏季融化加剧，格陵兰岛的冰川损失大幅增加。因此，冰盖变得越来越薄，从而降低了高度。这意味着它的表面，今天仍然延伸到高冷空气层，越来越多地暴露在较低和较温暖的空气层中，这加速了融化过程。

温度阈值和时间刻度
有迹象表明，当全球变暖水平达到1.5°C（可能在0.8°C至3°C之间）时，可能会达到导致长期（10000年）完全冰损失的临界点。越是超过这个门槛，倾翻过程就越快展开（但至少需要1000年；最大估计是15000年）。

小费的影响
冰盖完全消失将导致全球海平面上升7米，其他倾翻要素（尤其是大西洋经向翻转环流）也将受到影响。

什么？在哪里？
北冰洋在很大程度上被一层被称为海冰的冰冻海水所覆盖。冰盖的范围取决于季节。这个倾翻元件是冬季海冰覆盖层，其厚度从未超过几米。[海冰不是与厚达数百米的桌上冰山相混淆。它们是前冰架的碎片陆地冰川的漂浮末端。它也不应与夏季的海冰覆盖相混淆，因为夏季海冰覆盖已经减少到这样的程度，以至于本世纪内北极的夏季很可能不会结冰。]

倾卸点和倾卸过程
崩塌：几个计算机模型模拟显示，海冰生长和融化原因的时间变化表现出阈值行为。

温度阈值和时间刻度
从模型中可以确定的阈值约为6.3°C（4.5-8.7°C），倾翻过程的持续时间估计为20年（10-100年）。

小费的影响
冬季和夏季的海冰覆盖高度相互依赖。一个未覆盖的海洋表面通过几个过程导致了北纬地区的变暖，这是全球平均水平的两倍。总的来说，这种反馈可能导致全球变暖0.6°C。

什么？在哪里？
巴伦支海（斯堪的纳维亚半岛、斯瓦尔巴德岛和诺瓦贾·塞姆利亚岛之间）的冬季海冰与其他北冰洋海冰相比是一个特例。

倾卸点和倾卸过程
突然损失：由于大西洋暖水流入量增加，巴伦支海冰的损失自增强。

温度阈值和时间刻度
两个模型显示在1.6°C（1.5-1.7°C）时突然损失，潜在的时间尺度约为25年。

小费的影响
巴伦支海海冰损失的后果包括对大气环流、欧洲气候的重大影响以及对大西洋经向翻转环流的潜在影响。

什么？在哪里？
据估计，大约有1000亿吨碳储存在冻土的上部三米处。

倾卸点和倾卸过程
突然解冻：表层的退化使深层土壤暴露于解冻和分解，因此加速解冻热岩溶形成。虽然这是一个局部过程，但几乎可以在亚大陆尺度上同步触发。

温度阈值和时间刻度
这种倾翻的温度阈值估计为1.5°C（1-2.3°C），时间尺度为200年（100-300年）。

小费的影响
与逐渐解冻相比，突然解冻可能会使永久冻土的碳排放量增加50-100%，并可能引发大规模的碳排放北方永久冻土崩塌（见下文）。无论如何，永久冻土的融化将大大加剧全球变暖，从而带来从极端天气到海平面上升的相关风险。

什么？在哪里？
北极永久冻土位于西伯利亚和北美洲，已经冻结了数百年甚至数千年。这些“Yedoma土壤”位于地表以下三米多处，被认为含有额外数十亿吨的碳。若冰川融化，它可能会释放出大量的温室气体二氧化碳和甲烷。

倾卸点和倾卸过程
崩塌：这些气体化合物来源于上次冰河时期储存的有机物质。微生物分解碳化合物所产生的热量加速了土壤的解冻和降解。

温度阈值和时间刻度
根据（相对较少的）估计，在约4°C（3-6°C）时可能会达到阈值。给小费的时间尺度是50年（10-300年）。

小费的影响
释放的碳化合物可能会导致额外的全球变暖0.2-0.4°C。

什么？在哪里？
极外冰川是指所有冰川都不位于格陵兰岛或南极洲。通常被称为“高山冰川”，它们通常具有特定的当地特性。

倾卸点和倾卸过程
损失：然而，有迹象表明，某些温度阈值可能标志着大面积冰川同时损失。这个欧洲冰川是最敏感的冰川，而亚洲高山地区的冰川相对更为坚固。

温度阈值和时间刻度
温度阈值的全局估计值为2°C（1.5-3°C），以及整个过程200年（50-1000年）。

小费的影响
淡水供应在很大程度上依赖于世界许多地区冰川持续可靠的融水。如果冰川消失，许多社区将面临缺水问题。

什么在哪里？
南极西部高耸入云的冰盖底部大部分位于海平面以下的大陆基岩上。向内陆移动时，这块基岩崩塌，深度达到海平面以下2.5公里，然而，冰盖足够高，仍能达到海平面以上。

倾卸点和倾卸过程
损失：由于这种地形，西南极冰盖可能会因特定的流动动力学而失稳。当冰层后退超过某一点时，就会触发不稳定，例如，海洋温度升高。自我延续的反馈起作用，导致冰损失加速。

温度阈值和时间刻度
倾翻阈值估计为1.5°C（1-3°C）全球平均值温度升高。崩塌的时间尺度估计为2000年（如果严重超过阈值，则为500年，最大值为13000年）。

小费的影响
如果冰盖破裂，全球海平面将上升约三米。

什么？在哪里？
南极洲东部有一些亚冰期盆地，像南极洲西部的冰盖一样，这些盆地都位于海平面以下。这些包括威尔克斯盆地、极光盆地和恢复盆地。

倾卸点和倾卸过程
损失：自我延续的反馈也可能在这里出现。

温度阈值和时间刻度
坍塌的温度阈值估计为3°C（2-6°C），该过程可能在2000年内发生（500-10000年）。

小费的影响
海平面上升的另一个原因。

什么？在哪里？
南极东部的冰盖储存着地球上最大的冷冻淡水库。

倾卸点和倾卸过程
损失：虽然东南极冰盖今天看起来很稳定，但自我延续的反馈也可能会在这里发生，达到很高的水平温度。

温度阈值和时间刻度
在升温约7.5°C（5-10°C）时，可以开始倾翻过程导致东南极完全消失超过10000年的冰盖。

小费的影响
南极洲东部的冰相当于海平面上升约50米。

循环系统

有一些大气和海洋环流的显著例子，具有明显的（但可变的）年度或季节模式——但这些可能会发生变化。纵观地球气候的历史，存在着多个破坏和重组阶段。本节简要概述了未来可能发生的循环系统的潜在突变。

什么？在哪里？
大西洋的翻转环流就像一条巨大的传送带，将温暖的地表水向北输送，在冷却和在高纬度下沉，冰冷的深水向南。它被称为“温盐”环流，因为它是由温差和盐度差异驱动的。墨西哥湾流是欧洲西北部气候温和的原因，是大西洋洋流大规模系统的一部分。

倾卸点和倾卸过程
停产：它的主要发动机之一是在格陵兰岛和拉布拉多海岸附近下沉的冰冷、稠密（因此也很重）的盐水。如果北纬冰川融化产生的淡水量增加，这种深水形成可能会停止，减缓循环电机。

温度阈值和时间刻度
科学证据表明温度阈值为4°C（1.4-8°C），时间尺度为50年（15-300年）。

小费的影响
对温度和降水模式有严重影响：南部变暖半球，热带辐合带南移，非洲和亚洲季风减弱南半球导致萨赫勒和亚马逊河部分地区干旱，减少了自然碳汇。它还可能导致北大西洋的降温——然而，这并不会导致全球变暖的大幅减少，因为不同的过程相互作用，导致的升温和降温效应不能简单地相加。

什么？在哪里？
作为北大西洋次极地环流的一部分，拉布拉多-伊明格海的环流发生翻转。

倾卸点和倾卸过程
崩塌：一些模型显示，全球变暖导致了这种颠覆性环流的崩塌。

温度阈值和时间刻度
温度阈值估计约为1.8°C（1.1-3.8°C），该过程可能在10年内发生（5-50年）。

小费的影响
倾翻的后果是北大西洋的区域冷却约为2-3°C，全球冷却可能为0.5°C（然而，这不应被理解为对抗全球变暖的潜在机制）。此外，北部预计急流将发生转移，欧洲的极端天气和热带辐合带将向南移动。

生态系统（生物圈组成部分）

地球系统的生物部分，即生物圈，对气候起着决定性的作用，无论是局部的，还是通过差异反馈机制，也对全球气候起着决定作用。例如，干燥、温暖的气候条件可能导致植被消亡，从而向大气中释放更多的碳，导致大气中的二氧化碳增加，从而进一步加剧气候变化。当全球变暖超过温度阈值，即临界点时，生态系统可能会发生不可逆转的变化。

什么？在哪里？
北部地区的针叶林（针叶林）——专家通常称之为“北方”森林——几乎占全球森林面积的三分之一。它们位于圆形周围北极地区。这种倾翻因素表现出两种倾翻过程：南部衰退和北部扩张（见下文）。

倾卸点和倾卸过程
南部死灰复燃：由于变暖引起的水文变化、更频繁的火灾和小蠹虫爆发。

温度阈值和时间刻度
阈值的最佳估计值为4°C（1.4-5°C）100年（至少50年）的时间尺度。

小费的影响
森林被以草为主的草原所取代。释放的碳和改变的环境可能有助于全球额外变暖约0.2°C。

什么？在哪里？
北部地区（针叶林）的针叶林被科学家称为“北方森林”，几乎占全球森林面积的三分之一。它们位于圆形周围北极地区。这个倾翻要素表现出两个倾翻过程：南部消退（见上文）和北部扩张。

倾卸点和倾卸过程
北方扩张：由于气候变暖，森林会在其北部边缘突然扩张，因此通常会被覆盖非常明亮和反光的雪地表面加速了北极变暖。深色表面吸收更多能量，浅色表面反射更多阳光。

温度阈值和时间刻度
精确的阈值尚未得到可靠的限制。最佳估计值为4°C（1.5-7.2°C），时间尺度为100年（至少40年）。

小费的影响
一方面，植被的增加吸收了更多的二氧化碳。另一方面，表面变暗，因此总的来说是全球性的气候变暖将加剧。

什么？在哪里？
热带和亚热带珊瑚礁是世界上生物多样性最高的生态系统之一。他们有巨大的影响力在海洋食物网中，海洋中的营养物质和碳循环对全世界数百万人的福祉至关重要。例如，它们提供海岸保护，对旅游业很重要。

倾卸点和倾卸过程
死亡：珊瑚礁受到多种人类影响的威胁，其中包括过度捕捞、直接破坏、沉积和海洋酸化。然而，当水温超过一定阈值时，珊瑚会排斥它们的共生藻类，导致漂白，然后死亡珊瑚礁。

温度阈值和时间刻度
普遍死亡的阈值估计为1.5摄氏度（1-2摄氏度）。该过程可能发生在十年的历程。

小费的影响
珊瑚礁的所有上述生态系统服务随着死亡而消失。

什么？在哪里？

西非季风与萨赫勒地区的植被紧密相连，为萨赫勒的绿化创造了条件。

倾卸点和倾卸过程
绿化：有许多已知的自我增强过程。特别是，灰尘和气溶胶会影响降雨模式。降雨量增加导致植被增加，反之亦然。

温度阈值和时间刻度
目前尚不完全清楚是否真的会发生小费，但有一些暗示指向过去已知的几个突变模型中未能再现预期小费的弱点行为和巨大的区域后果。因此Armstrong McKay等人的作者将这一过程定义为临界点阈值为2.8°C（2-3.5°C），时间尺度为50年（10-500年）。

小费的影响
区域植被的根本性变化。

什么？在哪里？
南美洲的亚马逊河雨林是生物圈的一个组成部分，由于水和碳循环，它起着重要的作用在整个地球系统中。

倾卸点和倾卸过程
消退：亚马逊流域的大部分降雨来源于雨林上的水分蒸发。全球气候变暖随着区域降雨量的下降，再加上森林砍伐和森林火灾，热带雨林可能面临严重威胁门槛。

温度阈值和时间刻度
目前从部分不清楚的科学数据中获得的最佳估计共识是大约3.5°C（2-6°C），但不受森林砍伐的影响。死灰复燃的时间尺度大约为100年（50-200年）。

小费的影响
将亚马逊雨林改造成适应干旱条件或草原的季节性森林，将具有根本意义对全球气候的影响，因为全球约25%的大气-生物圈碳交换发生在这里。

倾翻元素科学的发展

自2000年代开始，倾翻元素研究取得了巨大进展。同时，一些提议的小费要素（取决于不总是一致的定义）被拒绝了，或者由于不确定而不再出现在上面的列表中。

不确定：印度夏季风的转变；海冰增加或减少南大洋；赤道纬度附近层积云的分解；南极底层水形成崩塌，印度洋上升流增加；西藏雪原的消失；全球海洋缺氧。

拒绝：北极臭氧空洞的突然扩大；永久/极端厄尔尼诺；北极急流的不稳定性。

热点_2017_e.png
地球系统倾翻元素的过期地图。

还有其他可能显示自我延续过程的提示元素，但它们要么没有阈值行为，要么只显示局部提示，但没有大规模同步提示。其中包括北方永久冻土的逐渐融化、北极夏季海冰的消失、全球陆地和海洋碳汇的减弱、海洋生物碳泵的减弱以及海洋甲烷水合物的溶解。

工具书类

1	Lenton，Timothy M.等人，“气候转折点——风险太大，无法下注。”自然, (2019): 592-595.
2	Wunderling，N.、Donges，J.F.、Kurths，J.和Winkelmann，R.“相互作用的引爆因素增加了全球变暖下气候多米诺效应的风险。”地球系统动力学, 12(2),(2021): 601-619.
三。	Steffen，Will等人，《人类世地球系统的轨迹》国家议事录科学院115.33 (2018): 8252-8259.
4	Lenton、Timothy M.和Hans Joachim Schellnhuber。“倾翻天平。”自然气候变化1.712 (2007): 97-98.
5	Timothy M.Lenton等人，“地球气候系统中的倾斜元素”国家议事录科学院105.6 (2008): 1786-1793.
6	Armstrong McKay等人，“全球变暖超过1.5°C可能引发多个气候转折点。”科学类377(6611), (2022).