地球大氣中二氧化碳（CO2）濃度的增長速度現已超出政府間氣候變化專門委員會（IPCC）為將全球變暖限制在1.5°C以內所設定的路徑。

夏威夷毛納羅亞（Mauna Loa）觀測站的最新數據揭示了這一趨勢。該觀測站已持續監測大氣CO2濃度超過60年。

2024年，大氣CO2濃度的年增速達到有記錄以來的最高水平之一。

由于人類活動排放的CO2和其他溫室氣體，全球溫度較工業化前水平已上升約1.3°C。

若想實現《巴黎協定》中將升溫控制在1.5°C的目標，大氣中CO2及其他溫室氣體的累積需先減速至停滯，隨后轉為凈減少。

然而，大氣CO2濃度的上升仍然沒有放緩的跡象。

1.5°C路徑

IPCC第六次評估報告（AR6）第三工作組于2022年發布的報告中提出了七種“示范路徑”（illustrative pathways），展示了各個經濟部門通過采取不同減排措施，對未來溫室氣體排放及全球氣溫的影響。

在其中三個最具雄心的路徑下，全球升溫有50%的概率保持在1.5°C以下，或在僅過沖0.1°C（大概持續幾十年）后，再回落至1.5°C以下：

轉型路徑（IMP-SP）：在向可持續發展更廣泛轉型的背景下實施減緩措施，包括減少社會經濟不平等和逐步淘汰化石燃料。低需求路徑（IMP-LD）：以大幅降低能源需求為核心，并逐步淘汰化石燃料。可再生能源路徑（IMP-Ren）：未來嚴重依賴可再生能源。

如表所示，在這三種情境下，大氣CO2濃度的積累速度將從2010年代的年均2.41ppm（parts per million per year），放緩至2020年代的年均1.33-1.79ppm。

隨后，增量將進一步放緩，并在2030年代或2040年代轉為下降。換言之，大氣中的CO2水平將真正開始減少。

2024年CO2大幅上升

然而，大氣中CO2濃度不僅仍在上升，其增長速度甚至在加快。

自1958年以來，夏威夷毛納羅亞觀測站一直在監測大氣中的CO2積累情況。

如下方著名的基林曲線（Keeling Curve）所示，由于燃燒化石燃料和改變土地利用方式不斷排放CO2，幾十年來CO2濃度上升的速度一直在加快（藍線）。

因此，雖然為了將全球變暖限制在1.5°C以下，曲線需要迅速轉為下降（淺紅色線），但CO2的增速仍然持續上升。

截至2024年的毛納羅亞月度CO2濃度觀測數據（藍色），以及與將全球變暖限制在1.5°C目標一致的IPCC C1-IMP-SP情景（淺紅）。圖中還顯示了英國氣象局對2025年的預測（紅色）。

下表列出了毛納羅亞觀測站記錄的CO2濃度年增長的十年平均值。2020年代前半期的年均增長為2.58ppm，比IPCC預測的1.5°C兼容情景（IPCC 1.5C-compatible scenarios）所能接納的增長高出44%至94%。

事實上，毛納羅亞觀測站記錄在2023-2024年，CO2濃度增加了3.58ppm，這是有記錄以來最大的增幅。

自2003年開始通過衛星監測的全球平均CO2濃度水平也在去年也出現了大幅上升， 達到2.9ppm，這是僅次于2015-2016年的最高的年度記錄。

（雖然毛納羅亞的CO2增長趨勢在長期內與全球趨勢一致，但在短期內，它也會受到局部效應的影響。例如，如果有火災發生在毛納羅亞的上風方向或同一半球，其監測到的CO2濃度會在由火災帶來的CO2充分擴散到全球之前出現暫時的波動。）

2024年，全球CO2排放量也創下歷史新高，但另一個關鍵因素是自然土地碳匯（land carbon sinks）顯著減弱，使更多排放的CO2留在了大氣中。

土地碳匯的減弱至少在一部分程度上與2024年初的厄爾尼諾現象有關。厄爾尼諾事件會改變全球的天氣模式，使熱帶許多地區變得更炎熱和干燥。

這會導致植被生長不良，同時土壤分解和野火釋放出更多碳，從而使土地生態系統從大氣中吸收的碳量少于正常水平。

隨著厄爾尼諾現象的消退，氣候條件逐漸向相反的拉尼娜模式轉變，自然土地碳匯預計將在一定程度上恢復。

因此，我們英國氣象局做出對毛納羅亞CO2濃度的預測認為，2024-2025年的CO2濃度增加將比2023年至2024年少。預計升幅為2.26ppm（不確定范圍為±0.56ppm），比沒有拉尼娜現象影響時的預期增速略低。

然而，即便如此，這一增長速度仍然過快，無法維持貼合IPCC1.5°C兼容情景的軌跡。下圖顯示了自1995年以來毛納羅亞CO2水平的年變化（藍線），以及2025年預測值（紅點）如何超出符合1.5°C情景的路徑（灰色區域）。

將大氣中CO2濃度的近期和預測年度變化與將全球變暖限制在1.5°C的說明性情景進行比較。淺藍色細線：根據觀測數據得出的毛納羅亞觀測站CO2濃度年度變化。中藍色細線：利用濃度、排放量和厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）之間的統計關系重建的毛納羅亞CO2濃度年度增量。帶有垂直誤差線的紅點：2025 年預測增量。深藍色粗線和深藍色點：不受ENSO影響的估計增量。灰色陰影：C1-IMP-SP 情景下模擬的CO2濃度，該情景將全球變暖限制在1.5°C，可能性>50%。

超出預期的增速

2024年CO2濃度異常激增的具體原因尚未完全明確，但較弱的土地碳匯似乎是關鍵因素之一。

我們曾預測，受厄爾尼諾現象影響，2023-2024年毛納羅亞觀測站的CO2濃度增長將達到2.84ppm（±0.54），高于過去十年的平均水平。我們還認為，這可能成為有記錄以來最快的年增幅。

然而，實際測得的CO2濃度增長為3.58ppm，遠超預期。這一數值超出了我們預測的不確定范圍上限——該范圍理論上應覆蓋95%的預測值。

盡管2024年化石燃料燃燒和森林砍伐產生的碳排放量也創下歷史新高，但這仍無法完全解釋預測值與實際觀測之間的差距。

我們的預測方法將前一年的全球碳排放量作為輸入參數之一。2024年的碳排放量估計為11.3GtC，略高于預測中采用的2023年數值（11.1GtC）。（注：1GtC=10億噸碳）

這0.2GtC的差異相當于大氣中約0.09ppm的CO2濃度。因此，即使我們在預測中采用更高的排放值，觀測到的增速仍然會超出我們的不確定性范圍。

由此可見，這種偏差必然與自然碳匯的減弱有關——其程度甚至超過了2023-2024年厄爾尼諾現象導致的預期碳匯弱化。

土地碳匯進一步弱化

科學家們已經確認，2023年的土地碳匯異常薄弱，全球極端高溫是其中的一個重要因素。

2024年比2023年更熱，而且是首個全年溫度較工業化前水平升高超1.5°C的日歷年。可以預計，這一年的氣候條件再次導致全球土地碳匯弱化。

與此同時北美和南美——包括加拿大等通常不受厄爾尼諾影響的地區——均在2024年出現高溫及異常嚴重的火災，且火災持續時間超出了厄爾尼諾的作用周期。

2024年1-9月，全球火災帶來的排放量估計為1.6-2.2GtC，較2014-2023年同期平均值高出11-32%。

此外，北半球由火災帶來的排放量每年可達0.5-0.6GtC，比2014-2023年全球的均值高26-44%。這也許解釋了為什么位于北半球的毛納羅亞觀測記錄的CO2濃度顯著高于全球平均水平。

火災帶來的部分排放可能已計入上述土地利用排放的估算中，但具體比例尚無法量化。盡管如此，大范圍的火災很可能是2024年大氣CO2濃度激增的推手之一，需進一步分析以確定其影響大小。

氣候變化本身也可能在增加火災排放方面發揮了作用。

例如，巴西潘塔納爾濕地（Pantanal wetlands）在2024年6月發生了“史無前例”的大規模野火。人類活動造成的全球變暖讓該事件發生的可能性增加了四到五倍。

盡管土地碳匯總體上會隨著CO2濃度的上升而增加，但地球系統模型（ Earth system model）的預測早已表明，持續的全球變暖會削弱這一趨勢，使更多的人為導致的排放留在大氣中。

計算表明，這種情況近年來已經在發生。因此一個關鍵問題是，過去兩年是否出現了碳匯加速減弱的趨勢。若自然碳匯的弱化程度超過預期，抑制大氣CO2濃度上升的難度將進一步加大。

另一方面，我們歷史上有幾年的CO2預測與實際結果之間，也曾出現與2024年相當的預測偏差。例如，2003年盡管沒有厄爾尼諾，但由于西伯利亞發生了大火，毛納羅亞記錄的CO2濃度還是出現了大幅上升。因此，2025年是否會繼續出現高于我們預期的CO2增長，或者證明2024年的大幅過沖只是暫時現象變得尤為重要。

隨著全球變暖持續，極端高溫事件將變得更加頻繁和劇烈，類似2023和2024年的情況或對全球碳循環產生愈發深遠的影響。

火災對氣候變化的影響與我們模型的預測一致，這表明全球性的火災已經削弱了土地碳匯。未來對全球碳循環的監測將會進一步驗證這一結論是否正確。