每排放一吨二氧化碳会导致地球升温多少，这仍然是气候科学领域最重要的课题之一，但预测这一结果存在不确定性。这种不确定性阻碍了各国政府、企业和社区制定明确的减排目标，也阻碍了他们为应对气候变化的影响做好准备。

大气二氧化碳浓度和地表温度的变化受到陆地、海洋、大气和生态系统之间复杂反馈的影响，这种反馈既可以加剧全球变暖，也可以缓解全球变暖。减少这种不确定性对于实现将全球升温幅度控制在2摄氏度以内的国际目标至关重要。

气候预测新方法

日本的研究团队开发了一种创新方法，通过将气候模型预测与观测数据相结合来提高预测精度。该分析使用了参与耦合模式比较计划（CMIP5 和 CMIP6）的 20 个最先进的地球系统模型的数值实验结果，这些模型为政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第五次和第六次评估报告做出了贡献。该研究成果发表在《同一个地球》（ One Earth ）期刊上。

研究团队不仅考察了气候模型如何应对二氧化碳浓度上升，还研究了人类二氧化碳排放如何影响大气二氧化碳浓度——这一过程受地球碳循环支配。这涉及到排放的二氧化碳有多少留在大气中，又有多少被森林、土壤和海洋吸收。

完善碳预算估算

分析表明，许多模型高估了全球变暖相对于过去二氧化碳排放量的影响。通过引入观测数据，研究人员缩小了对21世纪全球变暖预测的不确定性，并改进了对剩余碳预算（即在将全球变暖幅度控制在2摄氏度以下的情况下仍可排放的二氧化碳总量）的估算。

以往的研究未考虑与观测结果的吻合程度，估计将升温幅度限制在2℃以内所需的剩余碳预算约为3520亿吨，不确定范围较大，为20亿至7020亿吨。本分析通过考虑地球系统模型与观测结果的吻合程度，将这一估计值修正为平均值4590亿吨，不确定范围缩小至2510亿至6660亿吨，从而显著提高了预测精度。

在气候研究中，能够更好地重现观测到的全球气温上升趋势（粉色横条）的模型被认为对未来预测更为可靠。通过赋予这类模型更高的权重，分析结果与所有模型的预测范围（黑色竖条）相比，缩小了剩余碳预算估算值（绿色竖条）的离散程度，从而提高了预测的置信度。

了解模型差异及其影响

这项研究揭示了为什么用排放量而非浓度来估算未来变暖幅度时，结果会发生改变。在现实世界中，我们排放的二氧化碳并非全部都留在空气中——其中大部分会被森林、土壤和海洋吸收。

模型如何表示“大气中的碳排放比例”以及陆地和海洋碳汇之间的分配，会极大地影响其预测结果。在许多模拟中，模型对地球变暖的速度估计过快，并且低估了陆地和海洋能够吸收的碳量。

通过将这些过程与观测结果进行比较，研究人员发现一些最极端的升温预测发生的可能性较低，从而缩小了结果范围。此前的研究未能提高地球系统模型对陆地和海洋二氧化碳吸收以及温度变化的预测精度。

政策相关性和紧迫性

这些研究结果缩小了未来升温幅度及剩余碳预算的范围，从而加强了气候政策的科学基础。更可靠的预测能够为各国政府制定减排目标提供更清晰的指导，增强净零排放承诺的可信度，并帮助社区做好应对气候变化影响的准备。

除了直接的政策相关性之外，新框架还为未来的气候评估提供了一个有价值的工具，包括即将进行的 IPCC 第七次评估报告，它可以扩展到地球系统的其他组成部分。

然而，更广泛的信息是紧迫性：即使采用更精确的估算方法，并适当增加剩余碳预算，目前每年约110亿吨的碳排放量仍会在短短几十年内耗尽将升温幅度限制在2摄氏度以内的碳预算。我们的研究结果表明，必须采取紧急行动来减少温室气体排放。