Потенциал глобального потепления ( ПГП ) — это показатель, показывающий, сколько инфракрасного теплового излучения парниковый газ поглотит за определенный период времени после того, как он будет добавлен в атмосферу (или выброшен в атмосферу). ПГП сравнивает различные парниковые газы с точки зрения их «эффективности в возникновении радиационного воздействия ». [1] : 2232 Оно выражается как кратное радиации, которая была бы поглощена той же массой добавленного диоксида углерода (CO 2 ), который принят в качестве эталонного газа. Следовательно, ПГП равен единице для CO 2 . Для других газов это зависит от того, насколько сильно газ поглощает инфракрасное тепловое излучение, как быстро газ покидает атмосферу и рассматриваемые временные рамки.
Например, ПГП метана за 20 лет (ПГП-20) составляет 81,2 [2] . Это означает, что, например, утечка тонны метана эквивалентна выбросу 81,2 тонны углекислого газа, измеренному за 20 лет. Поскольку метан имеет гораздо более короткое время жизни в атмосфере, чем диоксид углерода, его ПГП намного меньше в течение более длительных периодов времени: ПГП-100 составляет 27,9, а ПГП-500 - 7,95. [2] : 7СМ-24
Эквивалент диоксида углерода (CO 2 e или CO 2 eq или CO 2 -e) можно рассчитать на основе ПГП. Для любого газа масса CO 2 согреет Землю так же сильно, как и масса этого газа. Таким образом, он обеспечивает общую шкалу для измерения климатического воздействия различных газов. Он рассчитывается как произведение ПГП на массу другого газа.
Потенциал глобального потепления (ПГП) определяется как «индекс, измеряющий радиационное воздействие после выброса единицы массы данного вещества, накопленного за выбранный временной горизонт, по отношению к массе эталонного вещества, диоксида углерода (CO2). Таким образом, ПГП представляет собой совокупный эффект разного времени пребывания этих веществ в атмосфере и их эффективности в возникновении радиационного воздействия». [1] : 2232
В свою очередь, радиационное воздействие — это научная концепция, используемая для количественной оценки и сравнения внешних факторов изменения энергетического баланса Земли . [3] : 1–4 Радиационное воздействие – это изменение потока энергии в атмосфере, вызванное естественными или антропогенными факторами изменения климата , измеряемое в ваттах на квадратный метр. [4]
Потенциал глобального потепления (ПГП) зависит как от эффективности молекулы как парникового газа, так и от ее времени жизни в атмосфере. ПГП измеряется относительно той же массы CO 2 и оценивается для определенного периода времени. [6] Таким образом, если газ имеет высокое (положительное) радиационное воздействие, но при этом короткое время жизни, он будет иметь большой ПГП в 20-летнем масштабе, но небольшой в 100-летнем масштабе. И наоборот, если молекула имеет более продолжительное время жизни в атмосфере, чем CO 2 , ее ПГП увеличится, если принять во внимание временную шкалу. Углекислый газ имеет ПГП, равный 1, во все периоды времени.
Метан имеет время жизни в атмосфере 12 ± 2 года. [7] : Таблица 7.15. В отчете МГЭИК за 2021 год указано, что ПГП составляет 83 за период в 20 лет, 30 за 100 лет и 10 за 500 лет. [7] : Таблица 7.15 , однако, анализ 2014 года показывает, что, хотя первоначальное воздействие метана примерно в 100 раз превышает воздействие CO 2 , из-за более короткого времени жизни в атмосфере, через шесть или семь десятилетий воздействие этих двух газов составляет около равны, и с тех пор относительная роль метана продолжает снижаться. [8] Снижение ПГП в течение более длительного времени связано с тем, что метан разлагается на воду и CO 2 в результате химических реакций в атмосфере.
Примеры времени жизни в атмосфере и ПГП относительно CO 2 для нескольких парниковых газов приведены в следующей таблице:
Оценки значений ПГП за 20, 100 и 500 лет периодически компилируются и пересматриваются в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Самый последний отчет — это Шестой оценочный отчет МГЭИК (Рабочая группа I) от 2023 года. [7]
МГЭИК перечисляет множество других веществ, не показанных здесь. [11] [7] Некоторые из них имеют высокий ПГП, но лишь низкую концентрацию в атмосфере.
Значения, приведенные в таблице, предполагают, что анализируется одна и та же масса соединения; Различные соотношения будут результатом превращения одного вещества в другое. Например, сжигание метана до углекислого газа уменьшит воздействие глобального потепления, но в меньшем коэффициенте, чем 25:1, поскольку масса сожженного метана меньше массы выделившегося углекислого газа (соотношение 1:2,74). [12] Для исходного количества в 1 тонну метана, ПГП которого равен 25, после сжигания останется 2,74 тонны CO 2 , каждая тонна которого имеет ПГП, равный 1. Это чистое сокращение на 22,26 тонны. ПГП, снижающий эффект глобального потепления в соотношении 25:2,74 (примерно в 9 раз).
Значения, представленные в таблице ниже, относятся к 2007 году, когда они были опубликованы в Четвертом оценочном отчете МГЭИК . [19] [15] Эти значения до сих пор используются (по состоянию на 2020 год) для некоторых сравнений. [20]
ПГП вещества зависит от количества лет (обозначаемых нижним индексом), за которые рассчитывается потенциал. Газ, который быстро удаляется из атмосферы, первоначально может иметь большое влияние, но в течение более длительных периодов времени, по мере удаления, он становится менее важным. Таким образом, метан имеет потенциал 25 в течение 100 лет (ПГП 100 = 25) и 86 в течение 20 лет (ПГП 20 = 86); и наоборот, гексафторид серы имеет ПГП 22 800 за 100 лет и 16 300 за 20 лет (Третий оценочный отчет МГЭИК). Значение ПГП зависит от того, как с течением времени снижается концентрация газа в атмосфере. Часто это неизвестно точно, и поэтому значения не следует считать точными. По этой причине при указании ПГП важно давать ссылку на расчет.
ПГП для смеси газов можно получить из средневзвешенного значения ПГП отдельных газов по массовым долям. [21]
Обычно регулирующие органы используют временной горизонт в 100 лет. [22] [23]
Водяной пар действительно способствует антропогенному глобальному потеплению, но, согласно определению ПГП, он пренебрежимо мал для H 2 O: по оценкам, 100-летний ПГП находится в диапазоне от -0,001 до 0,0005. [24]
H 2 O может функционировать как парниковый газ, поскольку он имеет глубокий инфракрасный спектр поглощения с более широкими полосами поглощения, чем CO 2 . Его концентрация в атмосфере ограничена температурой воздуха, поэтому радиационное воздействие водяного пара увеличивается с глобальным потеплением (положительная обратная связь). Однако определение ПГП исключает косвенные эффекты. Определение ПГП также основано на выбросах, а антропогенные выбросы водяного пара ( градирни , орошение ) удаляются за счет осадков в течение нескольких недель, поэтому его ПГП незначителен.
При расчете ПГП парникового газа значение зависит от следующих факторов:
Высокий ПГП коррелирует с большим поглощением инфракрасного излучения и длительным временем жизни в атмосфере. Зависимость ПГП от длины волны поглощения более сложная. Даже если газ эффективно поглощает излучение на определенной длине волны, это может не сильно повлиять на его ПГП, если атмосфера уже поглощает большую часть излучения на этой длине волны. Газ оказывает наибольший эффект, если он поглощает в «окне» длин волн, где атмосфера достаточно прозрачна. Зависимость ПГП от длины волны была найдена эмпирическим путем и опубликована в виде графика. [28]
Поскольку ПГП парникового газа напрямую зависит от его инфракрасного спектра, использование инфракрасной спектроскопии для изучения парниковых газов имеет центральное значение в попытках понять влияние деятельности человека на глобальное изменение климата .
Точно так же, как радиационное воздействие обеспечивает упрощенные средства сравнения друг с другом различных факторов, которые, как считается, влияют на климатическую систему, потенциалы глобального потепления (ПГП) представляют собой один из типов упрощенных индексов, основанных на радиационных свойствах, которые можно использовать для оценки потенциального будущего. воздействие выбросов различных газов на климатическую систему в относительном смысле. ПГП основан на ряде факторов, включая радиационную эффективность (способность поглощать инфракрасное излучение) каждого газа по сравнению с диоксидом углерода, а также скорость распада каждого газа (количество, удаленное из атмосферы за заданное количество лет) по отношению к углекислому газу. [29]
Мощность радиационного воздействия (RF) — это количество энергии на единицу площади в единицу времени, поглощаемой парниковым газом, которая в противном случае была бы потеряна в космосе. Его можно выразить формулой:
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) предоставляет общепринятые значения ПГП, которые незначительно изменились в период с 1996 по 2001 год, за исключением метана, ПГП которого увеличился почти вдвое. Точное определение того, как рассчитывается ПГП, можно найти в Третьем оценочном отчете МГЭИК за 2001 год. [30] ПГП определяется как отношение интегрированного во времени радиационного воздействия от мгновенного выброса 1 кг следового вещества к выбросу 1 кг эталонного газа:
Поскольку все расчеты ПГП представляют собой сравнение с CO 2 , которое является нелинейным, это влияет на все значения ПГП. Если предположить иное, как это сделано выше, это приведет к более низким ПГП для других газов, чем это могло бы произойти при более детальном подходе. Поясним это: хотя увеличение CO 2 оказывает все меньшее и меньшее влияние на поглощение излучения по мере роста концентрации ppm, более мощные парниковые газы, такие как метан и закись азота, имеют разные частоты теплового поглощения по сравнению с CO 2 , которые не заполнены (насыщены) так сильно, как CO 2. , поэтому рост содержания этих газов в ppm гораздо более значителен.
Эквивалент диоксида углерода (CO 2 e или CO 2 eq или CO 2 -e) количества газа рассчитывается на основе его ПГП. Для любого газа масса CO 2 согреет Землю так же сильно, как и масса этого газа. [31] Таким образом, он обеспечивает общую шкалу для измерения климатического воздействия различных газов. Он рассчитывается как ПГП, умноженный на массу другого газа. Например, если газ имеет ПГП, равный 100, две тонны газа имеют CO 2 e, равный 200 тоннам, а 9 тонн газа имеют CO 2 e, равный 900 тоннам.
В глобальном масштабе эффект потепления от одного или нескольких парниковых газов в атмосфере также может быть выражен как эквивалентная концентрация CO 2 в атмосфере . Тогда CO 2 e может быть атмосферной концентрацией CO 2 , которая согреет Землю так же, как определенная концентрация какого-либо другого газа или всех газов и аэрозолей в атмосфере. Например, содержание CO 2 e в 500 частей на миллион будет отражать смесь атмосферных газов, которые нагревают землю так же, как 500 частей на миллион CO 2 согреют ее. [32] [33] Расчет эквивалентной атмосферной концентрации CO 2 парникового газа или аэрозоля в атмосфере является более сложным и включает в себя атмосферные концентрации этих газов, их ПГП и отношения их молярных масс к молярной массе CO. 2 .
Расчеты CO 2 e зависят от выбранного временного масштаба, обычно 100 или 20 лет, [34] [35] , поскольку газы разлагаются в атмосфере или поглощаются естественным путем с разной скоростью.
Обычно используются следующие единицы :
Например, в таблице выше ПГП для метана за 20 лет равен 86, а для закиси азота — 289, поэтому выбросы 1 миллиона тонн метана или закиси азота эквивалентны выбросам 86 или 289 миллионов тонн углекислого газа соответственно.
В соответствии с Киотским протоколом в 1997 году Конференция Сторон стандартизировала международную отчетность, решив (см. решение № 2/CP.3), что значения ПГП, рассчитанные для Второго оценочного доклада МГЭИК , должны использоваться для преобразования различных парниковых газов. выбросы в сопоставимых эквивалентах CO 2 . [40] [41]
После некоторых промежуточных обновлений в 2013 году этот стандарт был обновлен Варшавской встречей Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК ООН, решение № 24/CP.19), чтобы потребовать использования нового набора значений ПГП за 100 лет. Они опубликовали эти значения в Приложении III и взяли их из Четвертого оценочного отчета МГЭИК , который был опубликован в 2007 году. [19] Эти оценки 2007 года все еще используются для международных сравнений до 2020 года, [20] хотя последние исследования по потеплению эффекты нашли другие значения, как показано в таблицах выше.
Хотя недавние отчеты отражают большую научную точность, страны и компании продолжают использовать значения Второго оценочного отчета МГЭИК (SAR) [14] и Четвертого оценочного отчета МГЭИК для целей сравнения в своих отчетах о выбросах. Пятый оценочный отчет МГЭИК пропустил 500-летние значения, но представил оценки ПГП, включая обратную связь между климатом и углеродом (f) с большой долей неопределенности. [11]
Потенциал изменения глобальной температуры (GTP) — еще один способ сравнения газов. В то время как GWP оценивает поглощение инфракрасного теплового излучения, GTP оценивает результирующее повышение средней приземной температуры мира в течение следующих 20, 50 или 100 лет, вызванное парниковым газом, по сравнению с повышением температуры, которое могла бы вызвать та же масса CO 2 . причина. [11] Расчет GTP требует моделирования того, как мир, особенно океаны, будет поглощать тепло. [22] GTP публикуется в тех же таблицах МГЭИК, что и GWP. [11]
Было предложено, чтобы GWP* лучше учитывал короткоживущие загрязнители климата (SLCP), такие как метан, связывая изменение скорости выбросов SLCP с фиксированным количеством CO 2 . [42] Однако сам GWP* подвергался критике как за его пригодность в качестве показателя, так и за присущие ему конструктивные особенности, которые могут увековечивать несправедливость и неравенство. [43] [44] [45]
Индекс, используемый для сравнения относительного радиационного воздействия различных газов без прямого расчета изменений концентраций в атмосфере.
ПГП рассчитывается как отношение радиационного воздействия, которое может возникнуть в результате выброса одного килограмма парниковых газов, к выбросу одного килограмма углекислого газа за фиксированный период времени, например 100 лет.