极地海冰的最优控制如何取决于其 tipping points
大气与海洋物理
2024-07-25 v1
摘要
由于气候变暖，多个地球系统组成部分面临快速且不可逆的质变风险，被称为“tipping”。潜在的 tipping 元素包括北极海冰、大西洋纬向 overturning 流动和热带珊瑚礁。尽管面临这些紧迫问题，仍有必要调查通过反馈控制来阻止甚至反转跨越 tipping 阈值的可行性。本文研究了针对地球气候能量平衡模型（EBM）的控制问题；该模型由于强 co-albedo 反馈具有两个 tipping 点。其中一个 tipping 点是一个“小冰盖”不稳定性，导致在增加温室气体（GHG）强迫下迅速转变为无冰气候状态。我们在不同的气候强迫情景下开发了 EBM 的最优控制策略，以实现逆转海冰丧失并最小化成本。我们发现，该系统可以有效控制，但逆转海冰丧失的成本在初始状态刚刚 tipping 时几乎翻倍。我们还发现热惯性可能延迟 tipping，从而导致临界 GHG 强迫阈值的超额。这可能提供一个短暂的干预窗口（超额窗口），在此期间，逆转海冰丧失所需的控制仅随干预时间呈线性增长。对于具有更大系统惯性的系统，虽然拥有更长的超额窗口，但一旦干预延迟超过此窗口，所需控制将呈更陡峭的上升趋势。此外，我们发现恢复海冰所需的控制局限于极地区域。
引用
@article{arxiv.2407.17357,
title = {How optimal control of polar sea-ice depends on its tipping points},
author = {Parvathi Kooloth and Jian Lu and Craig Bakker and Derek DeSantis and Adam Rupe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.17357},
year = {2024}
}