气候突变和不可逆转的日益严重的威胁必须迫使对排放采取政治和经济行动。

 

一架飞机飞越阿拉斯加州格兰杰圣埃利亚斯国家公园的冰川。

政治家，经济学家，甚至一些自然科学家都倾向于认为临界点在地球系统中--例如亚马逊雨林或南极西部冰盖的消失--可能性很低，人们对此知之甚少。然而，越来越多的证据表明，这些事件可能比人们想象的更有可能发生，影响更大，并且在不同的生物物理系统之间相互关联，有可能使世界面临长期的不可逆转的变化。

在这里，我们总结超过临界点的威胁的证据，找出知识差距，并建议如何填补这些差距。我们探索这种大规模变化的影响，这些变化可能会有多快，以及我们是否还能控制它们。

我们认为，考虑临界点有助于确定我们正处于气候紧急状况，并加强了今年呼吁采取紧急气候行动的呼声--从学童到科学家、城市和国家。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)在20年前提出了临界点的想法。当时，只有当全球变暖比工业化前的水平高出5°C时，气候系统中的这些“大规模不连续”才会被认为是可能的。最近两份气专委特别报告(分别于2018年和今年9月公布)中概述的信息这表明，即使在升温1到2°C之间，也有可能超过临界点(参见“太近而不舒服”)。

 

如果目前各国承诺减少温室气体排放--这是一个大的“如果”--它们很可能导致至少3摄氏度的全球变暖。尽管2015年巴黎协议的目标是将气候变暖限制在2摄氏度以下，但一些经济学家认为，气候临界点的可能性很低(即使是灾难性的)，但从成本效益的角度来看，3摄氏度的变暖是最优的。然而，如果临界点看起来更有可能，那么简单的成本效益气候经济模型的“最优政策”推荐。与最近的警监会报告一致，换句话说，变暖必须限制在1.5摄氏度以内。这就需要作出紧急反应。

冰崩

我们认为几个冰层临界点是危险的接近，但减少温室气体排放仍然可以减缓不可避免的影响积累，并帮助我们适应。

过去十年的研究表明，南极洲西部的阿蒙森海淤积可能已经过了一个临界点。冰、海洋和基岩交汇处的“接地线”正在不可逆转地后退。模型研究表明当这个区域崩溃时，它可能会像倒下的多米诺骨牌一样破坏南极西部冰原的稳定--在几百年到几千年的时间尺度上导致海平面上升约3米。古证据表明，南极西部冰盖的大面积崩塌在过去屡屡发生过。

最新数据显示，南极东部冰盖的一部分--威尔克斯盆地--也可能同样不稳定。模拟工作表明，在超过一个世纪的时间尺度上，它还可以使海平面再增加3-4米。

格陵兰冰盖正在加速融化。如果它通过一个特定的阈值，它将在几千年内使海平面再增加7米。除此之外，当冰盖的海拔降低时，冰原会进一步融化，使地表暴露在越来越温暖的空气中。模型表明，格陵兰岛冰盖在变暖1.5℃时可能会毁灭。最早可能会在2030年发生。

因此，我们可能已经让子孙后代在几千年中生活在海平面上升了1000万左右的地方。但这个时间尺度仍然在我们的控制之下。融化的速度取决于临界点以上的升温程度。在1.5摄氏度时，它可能需要10，000年才能展开2°C以上可能需要不到1000年的时间研究人员需要更多的观测数据，以确定冰盖是否达到临界点，并需要更好的模型，受过去和现在数据的限制，以解决冰盖崩溃的速度和速度。

无论这些数据显示了什么，都必须采取行动减缓海平面上升的速度。这将有助于适应，包括最终重新安置大型低地人口中心。

将升温限制在1.5摄氏度的另一个关键动力是，在全球变暖水平较低的情况下，还可能触发其他临界点。最新的IPCC模型预测了一系列突然的变化。在1.5°C到2°C之间，其中一些与海冰有关。北极的冰层已经在迅速缩小，表明在2摄氏度的变暖时，北极地区有10-35%的可能性。在夏天基本上没有冰。

生物圈边界

气候变化和其他人类活动有可能在一系列生态系统和尺度上触发生物圈临界点(见“提高警惕”)。

 

海洋热浪导致大量珊瑚漂白，澳大利亚大堡礁上的浅水珊瑚损失了一半。令人震惊的是，99%的热带珊瑚被预测。如果全球平均气温上升2°C，由于气候变暖、海洋酸化和污染之间的相互作用，就会损失。这将意味着海洋生物多样性和人类生计的严重丧失。

生物圈临界点不仅会破坏我们的生命维持系统，还会引发突然的碳释放回到大气中。这可以扩大气候变化，减少剩余的排放预算。

森林砍伐和气候变化正在破坏亚马逊--世界上最大的热带雨林--的稳定，这里是每十个已知物种中就有一个的家园。对亚马逊转折点可能存在的地方的估计范围从40%的森林砍伐到仅20%的森林覆盖损失。自1970年以来，损失了约17%。毁林率随政策的变化而变化。要找到临界点，就需要将毁林和气候变化作为相互作用的驱动因素，并将火灾和气候反馈作为跨尺度的相互作用的倾斜机制。

由于北极变暖的速度至少是全球平均水平的两倍，亚北极地区的北冰洋森林越来越脆弱。气候变暖已经引发了大规模的昆虫干扰和火灾的增加，导致北美北部森林的死亡，有可能使一些地区从碳汇变成碳源。北极的永久冻土开始不可逆转地融化，释放出二氧化碳和甲烷，这是一种比CO强30倍的温室气体。在100年的时间里。

研究人员需要更好地理解主要生态系统中观察到的这些变化，以及未来的临界点可能在哪里。CO的现有碳储存和潜在释放甲烷需要更好的量化。

全球50：50保持在变暖1.5°C以内的剩余排放预算仅为约500亿吨二氧化碳多年冻土的排放量估计需要20%(100 GT CO)。从这个预算中10不包括深层冻土或海底水合物中的甲烷。如果森林接近临界点，亚马逊的死气沉沉可能会再释放出90 GT CO。和北方森林再增加110 gt CO2全球CO总量2排放量仍然超过每年40 GT，剩余的预算可能已经全部被抹去。

 

在南太平洋法属波利尼西亚莫雷亚岛附近的礁石上漂白的珊瑚。

全局级联

在我们看来，最明显的紧急情况是，如果我们接近全球一连串的临界点，导致一种新的、不太适合居住的“温室”气候状态。相互作用可以通过海洋和大气环流发生，或者通过提高温室气体水平和全球温度的反馈发生。或者，强大的云反馈可能会导致全局临界点。

我们认为级联效应可能是常见的。去年的研究14分析了横跨物理气候和生态系统的30种制度转变，从南极西部冰盖的崩溃到热带雨林向热带稀树草原的转变。这表明，在一个系统中超过临界点会增加在其他系统中跨越临界点的风险。在45%的可能的交互中找到了这样的链接。

我们认为，正在开始观察到一些例子。例如，北极海冰的丧失加剧了区域变暖，北极变暖和格陵兰融化正促使淡水流入北大西洋。这可能导致了15%的经济放缓。自20世纪中叶以来，大西洋经向翻转环流(AMOC)是全球海洋热盐输送的重要组成部分。格陵兰冰盖的迅速融化和AMOC的进一步减缓可能破坏西非季风的稳定，引发非洲萨赫勒地区的干旱。AMOC的减速也可能使亚马逊干涸，破坏东亚季风，并导致在南大洋积聚热量，这可能加速南极冰层的流失。

这个古老的记录显示了全球的倾斜，比如260万年前进入冰期的循环，以及它们在100万年前的振幅和频率的转换，这些模型仅仅是能够模拟的。在上一次冰河时代的内部和末期，在80，000至10，000年前，区域倾覆反复发生(Dansgaard-Oeschger和Heinrich事件)。虽然这并不直接适用于目前的间冰期，但它突出表明，地球系统在过去的多个时间尺度上一直不稳定，在地球轨道变化造成的相对较弱的强迫作用下。现在我们用大气中的CO强烈地强迫这个系统。浓度和全球温度以比最近一次冰期期间高数量级的速度增加。

大气CO2已经达到了四百万年前上新世的水平。它正迅速上升到大约5000万年前的水平--在始新世，当时的温度比工业化前高出14摄氏度。对气候模型来说，模拟过去的“温室”地球状态是很有挑战性的。一种可能的解释是，这些模型缺少了一个关键的临界点：今年公布的云分解模型表明，层积云的突然破裂超过了二氧化碳的百万分之1200。可能导致大约8摄氏度的全球变暖

最新气候模型的一些早期结果--将于2021年提交给IPCC的第六次评估报告--显示出更大的气候敏感性(定义为对大气CO浓度加倍的温度响应)。比以前的模型要好。更多的结果仍在等待，需要进一步的调查，但对我们来说，这些初步结果表明，全球临界点是可能的。

为了解决这些问题，我们需要在地球系统中获取更丰富的耦合和反馈的模型，我们需要更多的数据--现在和过去--以及更好的使用它们的方法。提高模型捕捉已知的过去突发性气候变化和温室气候状态的能力，应该会增强人们对它们预测这些变化的能力的信心。

一些科学家反驳说，全球倾斜的可能性仍然是高度投机的。我们的立场是，鉴于其巨大的影响和不可逆转的性质，任何严重的风险评估都必须考虑到证据，无论我们的理解如何有限。站在危险一边犯错并不是一个负责任的选择。

如果可以发生破坏性的倾覆事件，并且不能排除全球临界点，那么这就是对文明的生存威胁。再多的经济成本效益分析也帮不了我们。我们需要改变我们对气候问题的态度。

立即行动

在我们看来，仅凭临界点的证据就表明，我们正处于行星紧急状态：形势的风险和紧迫性都是尖锐的(参见“紧急情况：做数学”)。