里奇兰,洗。-在多米诺骨牌中敲出第一块瓷砖，你就会引发连锁反应，一块接着一块地掉下来。跨过气候系统的一个临界点，同样，你可能会引发一系列连锁反应，比如加速变暖、海平面上升和日益极端的天气。
事实证明，随着临界点的临近，除了灾难性的环境变化之外，还有更多的事情需要权衡。一项新的研究显示，另一个需要考虑的问题是消除破坏的成本。
根据今天发表在《npj气候与大气科学》杂志上的一项新研究，扭转气候变化影响的成本——例如，恢复融化的极地海冰——在超过临界点后很快就会迅速攀升近四倍。在探索与气候变化相关的环境成本方面，已经做了很多工作。但这项新研究标志着研究人员首次量化了控制临界点前后的成本。
地球临界点的常见例子包括冰盖融化和热带珊瑚礁减少。随着冰融化和珊瑚礁死亡，沿海城市被淹没和生物多样性丧失等剧烈的环境影响很快就会随之而来——这是政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change）将其定义为“系统中的临界阈值，一旦超过，就会导致系统状态发生重大变化”的共同特征。
尽管跨越临界点的危险众所周知，但人们对控制它们的成本知之甚少。要花多少努力才能在跨越临界点之前停下来并逆转路线？
以极地海冰为例，它正在以过去1500年来任何时期都无法比拟的速度融化，逆转将需要停止融化并重新建立冰盖。但是，如果我们等待，那么我们的干预成本会发生怎样的变化呢？
该研究的主要作者、数学家帕瓦西·库洛斯（Parvathi Kooloth）说，超过临界点，要扭转气候变化的影响，并将气候系统恢复到临界点之前的状态，而不是在临界点之前逆转气候变化，所需的努力几乎是临界点之前的四倍。库洛斯说，这个信息适用于大多数临界点，无论它们涉及的是热带珊瑚礁还是寒冷的海冰。
“你要么现在就承担成本，就在跨过门槛之前，”库洛斯说，“要么就等着。如果你等着，让气候系统恢复原状所需的干预程度会急剧上升。从这项工作中得出的一个关键结论是，事后纠正措施的成本要比预防措施高得多，而且更具侵入性。”
每个引爆点都是独一无二的。决定其行为的物理性质——云层覆盖的范围，或者说，最近的海水的热量传输——决定了引爆后的变化如何在气候系统中形成。反过来，这些品质决定了实际干预策略的具体细节。
然而，在每个临界点的核心，都有一个共同的、描述其基本性质的核心方程。这种普遍性使得像Kooloth这样的研究人员可以使用简化的数学模型来探索引爆点的基本、共同行为。
从他们的发现中，科学家们可以收集到广泛的中风细节，可以为未来的干预计划提供信息，也许，正如Kooloth所希望的那样，甚至可以找到一种方法来识别早期预警信号，表明临界点即将到来。
“实际上很难确定一个临界点，”Kooloth说。“我们对今天的气候系统了解很多。但即使是现在，我们也不确定我们离临界点有多远或多近。我们是否有一天可以利用可观察到的前兆来提供早期预警？我希望我们能做到。”
这项新研究背后的团队发现了另一个有趣的现象：一些临界点有一个“超调窗口”。在刚刚越过临界点后的这段时间内，干预成本不会立即开始急剧攀升。相反，成本只会随着时间线性增长。这可能是因为附近的海水需要更长的时间来升温，例如，推迟了快速变化的开始。
库罗斯指出，这是一件幸运的事情，在可怕的变化开始堆积之前，这是一份额外的时间礼物。但她补充说，这是“没有免费的午餐”。额外的回旋余地伴随着干预成本的急剧增加，一旦超调窗口被完全越过。超调窗口越大，成本就越高。
作者指出，并非所有气候变化的影响都是可逆的，比如动植物因快速和长期的环境变化而消失。有些影响可能需要付出很大的努力才能逆转——甚至比推动气候系统越过临界点所付出的努力还要多。
Kooloth说，这是一种不对称。我们可以很快地接近并越过一个临界点，但将气候系统恢复到原来的状态可能需要更长的时间。
“前进的道路和后退的道路往往不一样，”库罗斯说。“想象一下，我们走上了一条高排放的道路，到本世纪末，地球变暖到足以融化所有的海冰。如果我们到达2100年没有海冰，如果我们将排放量降低到2024年我们现在的排放水平，当我们还剩下一些冰时，可能不足以使冰恢复。我们可能需要将排放量进一步降低到2024年之前的水平——在我们选择前进道路时，这种不对称性对我们来说很重要。”
这项名为“极地海冰的最佳控制如何取决于其临界点”的研究得到了美国能源部科学办公室的支持。除了Kooloth，其他太平洋西北国家实验室的合作者包括Jian Lu， Craig Bakker和Adam Rupe。洛斯阿拉莫斯国家实验室的德里克·德桑提斯也是作者之一。
