太阳能地球工程对温度归因死亡率的影响（英）

太阳能地球工程对温度死亡率的影响 安东尼·哈丁、大卫·基思、杨文昌和加布里埃尔·维奇 工作论文23-232023年5月 关于作者 安东尼·哈丁是一名研究创新技术和气候政策交叉点的博士后研究员。他在佐治亚理工学院获得经济学博士学位，他的研究重点是气候和能源经济学，并在伦斯勒理工学院获得数学和物理学学士学位。哈丁的研究应用计量经济学和经济模型来评估气候政策和气候影响。他最近 的工作估计了太阳能地球工程在各国的经济影响分布，并将其与气候变化的影响进行了比较 。他目前的兴趣包括设计有效的国际气候治理结构和衡量科学学习的价值。 DavidKeith在气候科学、能源技术和公共政策的界面附近工作了二十五年。他在加拿大国家物理奖考试中获得一等奖，获得麻省理工学院实验物理学卓越奖，并且是《时代》杂志 的英雄的环境.Keith是哈佛大学工程与应用科学学院应用物理学教授和哈佛肯尼迪学院公共政策教授，也是碳工程公司研发技术捕捉有限公司2从环境空气中制造碳中和碳氢化合物燃 料。基思以其在太阳能地球工程的科学、技术和公共政策方面的工作而闻名，他领导了这项发展 的哈佛大学的太阳能地球工程研究项目，哈佛大学范围内的跨学院研究计划。 文昌杨系副研究员 普林斯顿大学的地球科学，在GabrielVecchi教授的小组工作。他的研究重点是更好地了解从 亚季节到千年的广泛时间尺度上的气候变异和变化，以及为什么地球的平均气候是这样的。 加布里埃尔Vecchi地球科学教授吗高草地环境研究所主任,地球系统建模合作研究所在普林斯顿大学。他的研究兴趣是气候科学;极端天气事件;飓风;降水变异和变化的机制;海洋-大气相互作用;检测和归因。 确认 安东尼·哈丁和大卫·基思感谢LAD气候基金的支持。GabrielVecchi和WenchangYang感谢美国能源部拨款DE-SC0021333的支持。我们感谢KevinCromar和未来资源研讨会的其他参与者提供的有用的评论和反馈。我们感谢SimoneTilmes在访问GLENS仿真数据方面的帮助。我们感谢AntonellaZanobetti和JoelSchwartz在项目早期阶段进行的有益对话。 关于复位触发器 未来资源（RFF）是华盛顿特区的一家独立的非营利研究机构。其使命是通过公正的经济研究和政策参与来改善环境、能源和自然资源决策。RFF致力于成为最广泛信任的研究见解和政策解决方案的来源，从而带来健康的环境和繁荣的经济。 工作文件是其作者为提供信息和讨论而分发的研究材料。他们不一定经过正式的同行审查。此处表达的观点是个别作者的观点，可能与其他RFF专家，其官员或其董事的观点不同。 关于这个项目 未来资源太阳能地球工程研究项目应用来自多个社会科学研究学科的工具，以更好地了解太阳能地球工程的风险、潜在效益和社会影响，作为一种可能的方法，帮助降低气候风险，同时积极和必要的缓解和适应努力。该项目始于2020年，在SRM跨大西洋对话下召开了一系列专家研讨会。这些会议产生了2021年的一篇文章科学这列出了一系列与太阳能地球工程研究和潜在部署相关的关键社会科学研究问题。在此之后，该项目进行了额外的赞助研究，包括旨在解决科学品。本文是该竞赛产生的八篇研究论文之一，并得到了两个作者研讨会的支持。征集和整个项目的一个关键目标是与来自全球的更广泛的研究人员、越来越多的感兴趣的利益相关者和公众进行接触。 分享我们的工作 我们的作品可在署名-非商业性使用-禁止衍生品4.0国际（CCBY-NC-ND4.0）许可下进行共享和改编。您可以以任何媒介或格式复制和重新分发我们的材料;您必须提供适当的信用，提供许可证的链接，并指出是否进行了更改，并且您不得应用其他限制。您可以以任何合理的方式这样做，但不得以任何方式暗示许可方认可您或您的使用。您不得将材料用于商业目的。如果重新混合、转换或构建材质，则不得分发修改后的材质。有关更多信息，请访问https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. 文摘 温度导致的死亡率是气候变化的一个主要风险。我们分析了太阳能地球工程（SG）降低这种风险的能力，并将其与CO等效冷却的影响进行了比较。2减排。我们使用面向预测的低海洋分辨率模型来模拟气候对SG的反应。使用Carleton等人（2022）对温度与死亡率之间历史关系的经验估计，我们预测了全球和区域温度归因于死亡率，发现SG在全球范围内降低了死亡率，并提供证据表明这种影响大于减排带来的等效冷却。在区域范围内，SG在大多数地区缓和风险，但并非在所有地区。最后，我们发现降低温度引起的死亡率的好处大大超过了硫酸盐气溶胶注射的直接人类死亡风险。这些发现对关于社会经济学、适应和SG实施的各种替代假设具有鲁棒性。 内容 1. 2. 2.1. 2.2. 3. 3.1. 3.2. 4. 5. 6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 7. 1.介绍 气候模型分析表明，太阳能地球工程（SG）均匀应用（跨半球平衡）和适度应用（抵消温室气体变暖的不到一半）可以缓和突出的气候风险，例如极端天气（Dagon和Schrag2017;欧文和基思2020）、永久冻土损失（Chen等人，2020年、2022年）和作物产量变化（Fan等人 ，2021年）。然而，它也带来了新的风险。这些风险包括所用气溶胶的直接风险（Eastham等人，2018年），气候变化的区域恶化（Moreno-Cruz等人，2012年），以及突然终止时迅速和极端的变暖（ParkerandIrvine2018）。关于SG的决策应以全面和定量的风险-风险为依据 （Harding等人，2022年;费尔根豪尔等人，2022年;Parson2021）的分析权衡了SG缓和气候风险的能力与其使用所带来的风险。 我们通过估计SG对温度导致的死亡率（气候变化的主要风险）的影响，朝着更全面的风险-风险分析迈出了一小步。最近的一项全球规模研究（Carleton等人，2022年）发现，在高变暖情景下，到21世纪末，气候变化的死亡风险约为每100，000人中有85人死亡（中度变暖情景为14人）。以货币计算，该研究估计碳社会成本的死亡率部分为37美元/吨二氧化碳。2(17美元/tCO2对于适度变暖的情况）。相比之下，温室气体社会成本机构间工作组（2021年）将其对用于监管影响分析的碳总社会成本的估计值修订为51美元/吨二氧化碳2在其2021年2月的报告中。最近对碳的社会成本的另一项估计包括温度导致的死亡风险，发现它大约是成本的一半（Rennert等人，2020年）。 尽管死亡风险很重要，而且对SG的兴趣日益浓厚，但对其人类死亡率影响的研究却很少。Eastham等人（2018）量化了平流层硫酸盐气溶胶对地面臭氧，颗粒物和地面UV-B通量的影响，发现每年净死亡率增加26，000（95%CI：-30，000-79，000）死亡，将全球平均气温降低1°C。其他研究分析了对热应激（Kuswanto等人，2022年）和疟疾（Carlson等人，2022年）影响的死亡率，但没有量化影响。 大致均匀的SG可能采用一系列方法，从各种平流层气溶胶到卷云变薄再到天基方法。技术上最可行的方法是添加SO2到平流层。我们的判断是，对新加坡来说，与政策最相关的问题是 ，在适度减排的情况下，适量减排如何补充（例如，在本世纪下半叶逐步实现1°C的峰值减排）。鉴于技术和部署策略的不确定性，我们的主要气候模拟使用太阳常数减少作为均匀SG的代表。我们通过使用替代模拟来探索这种选择的后果，在该模拟中，硫酸盐气溶胶被注入一种试图保持多个温度目标的控制算法。 我们使用地球物理流体动力学实验室面向预报的低海洋分辨率（FLOR）模型来模拟气候变化 （Vecchi等人，2014）（见方法）。相对于1990年代的控制，我们比较了200年实验中二氧化碳翻倍的气候响应2浓度(2xco2实验一倍)和有限公司2浓度抵消了1.7%的太阳常数减少（2xCO2+SG实验）。这种太阳常数减少大约抵消了大气顶部净辐射强迫的变化，因为CO加倍2 （图S1）。FLOR对陆地和大气的空间分辨率约为50公里，对海洋和冰的空间分辨率约为1°x1° 。我们选择了一个具有高空间分辨率的模型，因为它提高了表示极端天气的准确性（vanderWiel等人，2016年;菲利普等人，2021年），这在我们的环境中尤为重要。我们利用每个实验的最后100年来平衡气候系统。 2.结果 2.1.气候的响应 如果全球平均温度是气候影响的唯一决定因素，那么SG可以完美地补偿一氧化碳对气候的影响。2.但影响取决于当地的气候变化，这是SG无法消除的。关于SG的一个核心技术问题是它在多大程度上加剧了当地的气候变化-增加了它们与工业化前的偏差。由于SG冷却量是一种策略选择，因此将还原CO的相同全球平均冷却效果进行比较通常最有用2浓度。我们引入一个比率指标�在一个变量措施SG的效果X归一化/学位全球平均冷却相对于减少公司的影响2按全球平均冷却度归一化的浓度（见方法），这可能代表相对于较高浓度反事实的减排效果或直接碳去除的效果。在本文的其余部分，我们将其称为“减排的影响”。一 ￿￿￿>表明对SG的反应大于对减排的反应，以及￿￿￿<1表示对SG的反应小于对减排的反应。 我们分析了干球温度对SG的气候响应，这是我们基于经验的可归因于温度的死亡率分析的气候输入变量。我们考虑了年温度平均值（),强度 连续热天(失业的),连续冷强度天(但），在网格单元级别。极端寒冷（热）的强度测量为每年滚动五天最高（最低）日温度的第10（90）个百分位数。补充材料（图S2和S3 ）显示了其他百分位数的结果。 图1.太阳能地球工程（SG）相对于减排量的温度响应 左侧子面板显示了（a）年平均温度，（c）热浪强度和（e）SG每度冷却的冷浪强度的响应与减排后每 度冷却的响应的比率。显示的值是100个气候模拟年的中位数。蓝色（红色）网格像元表示SG比减排量降低更多（更少）。剖面线使用Wilcoxon符号秩检验在95%置信水平下指示统计显著性，该检验遵循错误发现率过程进行校正。右侧子面板显示三个加权方案的左侧子面板的区域平均值。 图1显示了估计比率指标的区域分布𝑟,𝑟�饾惢W, ￿￿连续波.也许最显著的特点是，与减排量相比，按全球平均降温度计算，SG对赤道地区的 降温更多，对极地地区的降温较小。赤道到极点梯度的这种抑制（或热带的过冷和两极的过冷）是全球范围内有据可查的影响 制服SG（戈文达萨米和卡尔代拉2000;班-韦斯和卡尔代拉2010;欧文2016）。它可以通过调整气溶胶注射纬度分布的非均匀SG来调节（Kravitz等人，2019）。尽管担心热带过冷，但客观上均匀降温从来都不是SG的正确目标。鉴于全球很大一部分人口生活在赤道地区，而进一步变暖对健康和生产力的影响在炎热地区最为强烈，功利主义或正义问题为将降温集中在热带地区提供了论据。 对于每个温度指标，我们使用人口权重计算全球人口加权平均值，因为我们关注与人类死亡率相关的变化。对于年平均气温，全球人口加权平均值中位数�为1.087（95%置信区间：1.066–1.11）。这表明，对于等效的平均全球降温，SG的年平均气温降温量比人们居住地的减排量高出约8.7%。这是由北纬30°至南纬40°纬度带的过冷驱动的，这是全球大部分人口的居住地。 热极端的反应𝑟�饾惢W为1.086（95%置信区间：1.010–1.194），与区域和全球年平均气温相似。因此，SG倾向于使人们居住的地方的极端高温过冷，而不是减排。 这与分析其对热浪的影响是一致的（Dagon和Schrag2017）。极端寒冷的变化𝑟�连续波为1.045（95%CI0.967–1.167）。我们没有发现对SG和SG的全局平均响应存在统计学上的显着差异 减排。图1中相应的纬向子图显示，SG导致极端寒冷在更小的纬度带范围内相对过冷，而在更多区域相对于年均