Aviazione e cambiamenti climatici globali nel 21° secolo

Aviazione e cambiamenti climatici globali nel 21° secolo

David S. Lee a, *, David W. Fahey b, Piers M. Forster c, Peter J. Newton d, Ron C.N. Con, Ling L. Lim a, Bethan Owen a, Robert Sausen f

a Dalton Research Institute, Manchester Metropolitan University, John Dalton Building, Chester Street, Manchester M1 5GD, Regno Unito
b NOAA Laboratorio di ricerca del sistema terrestre, divisione di scienze chimiche, Boulder, CO, USA
c School of Earth and Environment, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, Regno Unito
d Dipartimento per le riforme delle imprese, delle imprese e delle normative, direzione dell'aviazione, Regno Unito
e Natuur en Milieu, Donkerstraat 17, Utrecht, Paesi Bassi
f Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen, Germania

a r t i c l e i n f o

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Article history:
Received 19 November 2008
Received in revised form
7 April 2009
Accepted 8 April 2009

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Keywords:
• Aviation • Aviation Emissions • Aviation Trends • Climate Change • Radiative Forcing • Contrails • Aviation Induced Cirrus • IPCC • AR4 • Climate Change Mitigation • Climate Change Adaptation •

ASTRATTO

Le emissioni del trasporto aereo contribuiscono alla forzatura radiativa (RF) del clima. Di importanza sono le emissioni di anidride carbonica (CO2), ossidi di azoto (NOx), aerosol e loro precursori (fuliggine e solfato) e un aumento della nuvolosità sotto forma di scie lineari persistenti e nuvolosità dei cirri indotti. Il recente Quarto rapporto di valutazione (AR4) dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ha quantificato il contributo RF dell'aviazione per il 2005 sulla base di 2000 dati operativi. L'aviazione è cresciuta notevolmente negli ultimi anni, nonostante gli eventi che hanno cambiato il mondo all'inizio degli anni 2000; il tasso di crescita medio annuo del traffico passeggeri è stato del 5,3% anno 1 tra il 2000 e il 2007, con un aumento del traffico passeggeri del 38%. Qui vengono presentati i valori aggiornati di RF per l'aviazione per il 2005 sulla base di nuovi dati operativi che mostrano un aumento del traffico del 22,5%, consumo di carburante dell'8,4% e RF di aviazione totale del 14% (escluso il miglioramento dei cirri indotti) nel periodo 2000-2005. La mancanza di modelli di processo fisici e di dati osservazionali adeguati per gli effetti dei cirri indotti dal trasporto aereo limita la fiducia nella quantificazione del loro contributo RF. La RF totale per l'aviazione (esclusi i cirri indotti) nel 2005 è stata di w55 mW m-² (23–87 mW m-², intervallo di probabilità del 90%), che era del 3,5% (intervallo 1,3-10%, intervallo di probabilità del 90%) del totale antropogenico costringendo. L'inclusione delle stime per la RF di cirro indotta dall'aviazione aumenta la RF di aviazione totale nel 2005–78 mW m-² (38–139 mW m-², intervallo di probabilità del 90%), che rappresenta il 4,9% della forzatura antropogenica totale (2–14%, Intervallo di probabilità del 90%). Gli scenari futuri delle emissioni del trasporto aereo per il 2050 che sono coerenti con le ipotesi degli scenari SRCC A1 e B2 dell'IPCC che hanno mostrato un aumento del consumo di carburante di fattori di 2,7–3,9 rispetto al 2000. I calcoli semplificati della RF totale del trasporto aereo nel 2050 indicano aumenti per fattori di 3,0–4,0 rispetto al valore del 2000, che rappresenta il 4–4,7% della RF totale (esclusi i cirri indotti). Un esame di una serie di future opzioni tecnologiche mostra che riduzioni sostanziali nell'uso del carburante per l'aviazione sono possibili solo con l'introduzione di tecnologie radicali. L'incorporazione del trasporto aereo in un sistema di scambio delle emissioni offre il potenziale per la riduzione complessiva delle emissioni di CO2 (vale a dire oltre il settore dell'aviazione). Esistono proposte per l'introduzione di tale sistema a livello europeo, ma non è stato raggiunto un accordo a livello globale.

1. Introduzione

L'interesse per gli effetti del trasporto aereo sul clima risale ad alcuni decenni. Ad esempio, la letteratura sui potenziali effetti delle scie può risalire alla fine degli anni '60 e all'inizio degli anni '70 (Reinking, 1968; Kuhn, 1970; SMIC, 1971). Tuttavia, la preoccupazione iniziale per gli impatti globali dell'aviazione nei primi anni '70 era correlata alla potenziale riduzione dell'ozono stratosferico (O3) da una proposta flotta di velivoli supersonici civili (ad es. SMIC, 1971), che nel caso si limitava al Concorde e Tupolev-144.

Alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90, sono state avviate ricerche sugli effetti delle emissioni di ossido di azoto (NOx 1⁄4 NO þ NO2) sulla formazione di O3 troposferico (un gas serra) e, in misura minore, scie, dall'attuale subsonico flotta. I progetti EU AERONOX e US SASS (Schumann, 1997; Friedl et al., 1997) e una varietà di altri programmi di ricerca hanno identificato una serie di emissioni ed effetti del trasporto aereo, diversi da quelli della CO2, che potrebbero influenzare il clima, incluso il emissione di particelle e gli effetti delle scie e altre nuvolosità indotta dal trasporto aereo (AIC, di seguito). Nel valutare il potenziale delle attività antropogeniche sul clima, l'aviazione si distingue come un settore unico poiché la maggior parte delle sue emissioni viene iniettata ad altitudini di crociera degli aerei di 8-12 km. A queste altitudini, le emissioni hanno una maggiore efficacia per causare effetti chimici e aerosol rilevanti per la forzatura climatica (ad esempio formazione di nuvole e produzione di O3).

Nel 1999, un anno dopo una valutazione europea dell'impatto atmosferico dell'aviazione (Brasseur et al., 1998), il gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) ha pubblicato un rapporto di riferimento, "Aviation and the Global Atmosphere" (IPCC, 1999) , che ha presentato la prima valutazione globale degli impatti del trasporto aereo sul clima utilizzando la metrica climatica "forzatura radiativa" (Prather et al., 1999). Il forzante radiativo (RF) è una misura della perturbazione del bilancio energetico dell'atmosfera terrestre dal 1750 (per convenzione nell'uso dell'IPCC) derivante da cambiamenti nei gas in tracce e particelle nell'atmosfera e altri effetti come l'albedo modificato, ed è misurato in unità di watt per metro quadrato (W m-²) nella parte superiore dell'atmosfera. I componenti RF dell'aviazione derivano dai seguenti processi:

• Emissione di CO2, (RF positiva);
• Emissione di NOx (RF positiva). Questo termine è la somma di tre termini componenti: produzione di O3 troposferico (RF positiva); una riduzione a più lungo termine del metano ambiente (CH4) (RF negativa) e una ulteriore riduzione a lungo termine di O3 (RF negativa);
• Emissioni di H2O (RF positiva);
• Formazione di scie lineari persistenti (RF positiva);
• Nuvolosità indotta dal trasporto aereo (AIC; potenzialmente una RF positiva);
• Emissione di particelle di solfato (RF negativa); e,
• Emissione di particelle di fuliggine (RF positiva).

Queste emissioni e gli effetti delle nuvole modificano le proprietà microfisiche chimiche e delle particelle dell'atmosfera superiore, provocando cambiamenti nella RF del sistema climatico terrestre, che possono potenzialmente portare a impatti dei cambiamenti climatici e alla fine provocare danni e perdita di benessere/ecosistema, come illustrato in Fig 1. Il rapporto IPCC (1999) ha concluso che l'aviazione rappresenta una forzatura piccola ma potenzialmente significativa e crescente del clima che è alquanto incerta in termini di grandezza generale, in gran parte a causa dei suoi effetti non legati alla CO2. L'IPCC (1999) ha stimato che l'aviazione rappresentava il 3,5% della RF antropogenica totale nel 1992 (escluso l'AIC), che si prevede aumentasse al 5% per uno scenario di emissioni a medio raggio entro il 2050.

Gli effetti RF dell'aviazione sono stati rivalutati quantitativamente da Sausen et al. (2005) per l'anno 2000, che ha prodotto una RF totale di 47,8 mW m-² (escluso AIC), che non era dissimile da quella fornita dall'IPCC (1999) per il traffico del 1992 (48,5 mW m-², escluso AIC ), nonostante l'aumento del traffico nel periodo 1992-2000.

Ciò è stato in gran parte il risultato di ipotesi più realistiche alla base del calcolo della contrail RF (che è stato ridotto di oltre un fattore di tre da 33 mW m-² a 10 mW m-² se il traffico del 1992 è ridimensionato a 2000) e i miglioramenti rispetto a il periodo intermedio ai modelli utilizzati per valutare gli impatti degli NOx.

Per AIC, Sausen et al. (2005) ha adottato la stima media di Stordal et al. (2005) di 30 mW m-², con un intervallo di incertezza di 10–80 mW m-². Il limite superiore di 80 mW m-² per AIC era il doppio di quello indicato da IPCC (1999).

Fig. 1. Schema che mostra le principali emissioni delle operazioni di trasporto aereo e dei processi atmosferici che portano a cambiamenti nei componenti di forzatura radiativa. I cambiamenti forzanti radiativi portano ai cambiamenti climatici misurati, ad esempio, da temperature e livelli del mare. Il cambiamento climatico crea impatti sulle attività umane e sugli ecosistemi e può portare a danni alla società. Adattato da Prather et al. (1999) e Wuebbles et al. (2007).

Più recentemente, le RF provenienti da tutti i principali gas serra e altri effetti sono state rivalutate dall'IPCC per il quarto rapporto di valutazione (AR4) dal gruppo di lavoro uno (WGI) per un anno base del 2005 (Forster et al., 2007a). Forster et al. (2007a) non sono stati in grado di aggiornare le forzanti dell'aviazione da Sausen et al. (2005) poiché i dati scalari del carburante non erano disponibili. Invece, i valori RF di Sausen et al., 2005 sono stati adottati come valori del 2005, rilevando che probabilmente sarebbero compresi entro +/- 10% del valore effettivo del 2005. Il gruppo di lavoro tre dell'IPCC (WGIII), in collaborazione con WGI, ha stimato che l'aviazione rappresentava il 3% della RF antropogenica totale nel 2005, con un intervallo di incertezza basato su forzature non aeronautiche del 2-8% (Kahn-Ribeiro et al., 2007).

L'intervallo di incertezza è stato fissato dalla RF antropica di fondo piuttosto che dagli effetti dell'aviazione, dal momento che Sausen et al. (2005) non ha riportato incertezze per i componenti RF per l'aviazione.

Il volume del trasporto aereo di passeggeri in termini di entrate passeggeri chilometri (RPK) ha continuato a crescere fortemente ad un tasso medio del 5,2% annuo nel periodo 1992-2005, nonostante gli eventi che hanno cambiato il mondo come la prima guerra del Golfo, il World Trade Center attacco e focolai di sindrome respiratoria acuta grave (SARS) (Fig. 2). I produttori di aeromobili prevedono che la flotta civile globale potrebbe quasi raddoppiare da 20.500 aeromobili nel 2006 a 40.500 aeromobili nel 2026 (Airbus, 2007). Nel frattempo, a causa del forte tasso di crescita del trasporto aereo e dei conseguenti interessi politici nel mitigare potenziali aumenti futuri delle emissioni, la ricerca sul clima è proseguita dal rapporto IPCC (1999) con l'obiettivo di ridurre le incertezze degli effetti non-CO2 del trasporto aereo, in particolare il effetti di scie lineari persistenti e AIC.

Fig. 2. (Inizio) Consumo di carburante per l'aviazione a partire dal 1940 da Sausen e Schumann (2000) e ampliato con i dati dell'AIE (2007) e lo scenario IPCC Fa1 di Henderson et al. (1999). Le frecce indicano eventi mondiali che potenzialmente hanno minacciato l'uso dell'aviazione globale: le crisi petrolifere degli anni '70, la crisi della guerra del Golfo nei primi anni '90, la crisi finanziaria asiatica alla fine degli anni '90, l'attacco del World Trade Center (OMC) nel 2001 e il mondo crisi di salute causata dalla sindrome respiratoria acuta grave (SARS). Viene anche mostrato lo sviluppo del traffico passeggeri aereo dal 1970 al 2007 in miliardi (1012) di chilometri passeggeri (RPK) (vicino all'asse destro) (fonte: statistiche del traffico ICAO da https://www.icao.int/environmental-protection/Pages/env2016.aspx cui si accede, 19 settembre 2007) e la variazione annuale di RPK (asse di estrema destra (Nota offset zero)) (in basso) Crescita delle emissioni di CO2 in Tg CO2 anno -1 per tutte le attività antropogeniche e dal carburante per aerei combustione (asse a sinistra) e la frazione delle emissioni totali di CO2 antropogeniche rappresentata dalle emissioni di CO2 nel settore dell'aviazione (%) (asse a destra). Nota ridimensionamento x10 delle emissioni di CO2 del trasporto aereo.

Considerando che è stato concluso nel rapporto WGI dell'IPCC AR4 la RF totale nel settore dell'aviazione nel 2005 era compresa tra il +/- 10% dei valori del 2000 a causa della lenta crescita dell'uso del carburante per il trasporto aereo nel periodo 2000-2005, dati di traffico aereo recentemente disponibili dall'Organizzazione per l'aviazione civile internazionale (ICAO) e dati sulle vendite di carburante al cherosene da l'Agenzia internazionale dell'energia (AIE, 2007) indica forti aumenti dell'attività di trasporto aereo e relative emissioni di CO2 durante questo periodo.

Questi nuovi dati hanno fornito la motivazione iniziale per il presente studio. Di seguito ricalcoliamo le RF dell'aviazione 2005, valutiamo le incertezze, forniamo nuovi scenari illustrativi delle emissioni e delle RF dell'aviazione 2050 ed esaminiamo le potenziali opportunità di mitigazione offerte dai miglioramenti tecnologici e dalle misure politiche.

2. Forzatura radiativa nel settore dell'aviazione nel quarto rapporto di valutazione dell'IPCC

2.1. Contesto

Il mandato dell'IPCC AR4 WGI era quello di considerare le RF antropogeniche e naturali totali per il 2005, aggiornando le stime per il 2000 fornite nella Terza relazione di valutazione (IPCC, 2001). Le uniche componenti RF per l'aviazione considerate esplicitamente erano le scie lineari persistenti e l'AIC, poiché altri contributi al trasporto aereo (ad esempio CO2, O3/CH4, ecc.) Sono stati inclusi nei calcoli dei dati e dei modelli che hanno trattato questi altri effetti. Lo stato attuale delle conoscenze sulla contrail e le RF AIC valutate dall'IPCC AR4 e l'uso delle metriche per l'aviazione sono riassunti nelle sezioni seguenti.

2.2. Forzatura radiativa della scia

La stima WGI dell'IPCC AR4 per la scia di contrabbando si basava sul lavoro di Sausen et al. (2005) e relativi riferimenti, che hanno rivalutato l'aviazione per l'anno 2000 e fornito una migliore stima per scie lineari persistenti di 10 mW m-2. (Una "migliore" stima è quella risultante dal processo di valutazione IPCC ed è generalmente associata a un'incertezza a seguito della nomenclatura IPCC. Vedere il Riepilogo tecnico di IPCC AR4 WGI (p.23) (IPCC, 2007).) Questo valore è approssimativamente un fattore di tre volte inferiore alla scia di contraffazione RF (33 mW m-2) che Sausen et al. (2005) ottenuto per il 2000 ridimensionando le cifre dell'IPCC (1999). La stima più piccola deriva principalmente dai ricalcoli della copertura della scia e delle profondità ottiche dipendenti dallo spazio e dal tempo, che hanno effetti quasi lineari sul calcolo della forzatura complessiva (osservando che la scia di contraffazione è la somma di due forzature, radiazione infrarossa e visibile, che hanno segni opposti ). Rimangono significative incertezze sulla copertura della scia e sulla profondità ottica delle scie (Schumann, 2005; Forster et al., 2007a). Le incertezze nella copertura della scia derivano dalla mancanza di osservazioni globali delle scie e dall'estensione poco nota della sovrasaturazione del ghiaccio nell'atmosfera superiore. Per la formazione di una scia persistente è necessaria la sovrasaturazione del ghiaccio nell'atmosfera ambientale lungo una pista di volo dell'aeromobile. La sovrasaturazione del ghiaccio viene misurata solo localmente con difficoltà strumentali (ad es. Spichtinger et al., 2003) e stimata con significativa incertezza dai modelli atmosferici globali, sebbene si stiano compiendo sforzi per migliorarlo (Tompkins et al., 2007). Le incertezze nella profondità ottica derivano dalle incertezze nella distribuzione dimensionale, nella concentrazione numerica e nella forma dei cristalli di ghiaccio.

2.3. Forzatura radiativa del cirro indotta dal trasporto aereo

Si pensa che la copertura del cirro indotta dall'aviazione derivi da due diversi meccanismi. Il primo meccanismo (diretto) è la formazione di scie lineari persistenti, che possono diffondersi attraverso il wind-shear per formare strutture di nuvole simili a cirri, a volte chiamate scia-cirri, che alla fine sono indistinguibili dai cirri naturali. Un numero limitato di studi ha fornito stime delle tendenze in entrambe le scie e nell'AIC basate su dati satellitari relativi all'andamento della nuvolosità (Stordal et al., 2005; Stubenrauch e Schumann, 2005; Zerefos et al., 2003; Eleftheratos et al., 2007) . Il secondo meccanismo (indiretto) è l'accumulo nell'atmosfera di particelle emesse da aeromobili ad altitudini di crociera, in particolare quelle contenenti carbonio nero, solfato e composti organici (Kärcher et al., 2000) che possono fungere da nuclei di condensazione delle nuvole. Qui, il termine nuvolosità indotta dall'aviazione (AIC) è usato per includere entrambi questi meccanismi. I modelli atmosferici hanno dimostrato che le particelle di carbonio nero degli aeromobili potrebbero aumentare o diminuire la densità numerica dei cristalli di ghiaccio nei cirri, a seconda delle ipotesi sul comportamento della nucleazione del ghiaccio dell'aerosol atmosferico (non aereo) in cirri (Hendricks et al., 2005). Un cambiamento nell'abbondanza dei nuclei di ghiaccio troposferico superiore o nell'efficienza della nucleazione può portare a cambiamenti nelle proprietà dei cirri (Kärcher et al., 2007), inclusa la loro frequenza di formazione e proprietà ottiche, che a loro volta modifica il contributo RF della nuvolosità nel atmosfera superiore.

Sulla base delle analisi di correlazione, due studi (Zerefos et al., 2003; Stordal et al., 2005) hanno attribuito le tendenze decadali osservate nella copertura delle nuvole di cirro all'aviazione derivante dalla diffusione di scie lineari e il loro effetto indiretto. Entrambi questi studi hanno utilizzato il database ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) e hanno derivato tendenze del cirro per l'Europa dell'1–2% per decennio negli ultimi due decenni. Un ulteriore studio che utilizza diverse misure strumentali a distanza ha fornito supporto a tali tendenze (Stubenrauch e Schumann, 2005) ma non alla loro grandezza, trovando una tendenza di circa un ordine di grandezza inferiore a quella di Zerefos et al. (2003) e Stordal et al. (2005). Stordal et al. (2005) hanno stimato una RF globale per cirri aerei con un valore medio di 30 mW m-2 e un intervallo di incertezza di 10–80 mW m-2, assumendo proprietà ottiche simili a cirri molto sottili. IPCC AR4 WGI ha adottato questi valori con l'avvertenza che 30 mW m-2 non costituiscono una "migliore stima" nello stesso senso qualitativo degli altri componenti valutati della forzatura climatica antropogenica. Tuttavia, 30 mW m-2 sono in ragionevole accordo con il valore limite superiore della forzatura aviazione-cirro del 1992 di 26 mW m-2 stimato da Minnis et al. (2004).

2.4. Metriche climatiche per il confronto delle emissioni prodotte dal trasporto aereo

Il forzante radiativo è usato qui, come negli studi precedenti, come metrica preferita per quantificare l'impatto sul clima del trasporto aereo in un determinato momento a causa delle emissioni storiche e attuali.

Tuttavia, sono state discusse metriche alternative per l'aviazione e altri settori. Vi è stato un considerevole dibattito in materia di equivalenze delle emissioni, con Fuglestvedt et al. (2003, in corso di stampa) fornendo recensioni complete. L'uso di Global Warming Potentials (GWPs) per le emissioni non-CO2 del trasporto aereo non è stato preso in considerazione specificamente da WGI (Forster et al., 2007a), così come Prather et al. (1999), ma sono stati considerati nel contesto del confronto tra GWP e specie di breve durata (ad es. O3) e di lunga durata. Tuttavia, molti degli studi esaminati dall'IPCC AR4 WGI (Forster et al., 2007a) hanno preso in considerazione i cambiamenti di O3 e CH4 rispetto ai NOx dell'aviazione (Derwent et al., 2001; Stevenson et al., 2004; Wild et al., 2001). La difficoltà nel formulare un solido GWP per le emissioni di NOx nel settore dell'aviazione è stata rivelata in quanto, mentre tutti e tre gli studi summenzionati hanno costantemente trovato AGWP positivi per gli aumenti di O3 primari e AGWP negativi per CH4 e diminuzioni di O3 secondarie, il bilancio di questi termini era 100 e 130 in due degli studi e -3 nel terzo.

Al fine di illustrare che l'aviazione ha significative forzature climatiche oltre all'emissione di gas serra di lunga durata, Prather et al. (1999) ha introdotto il concetto di Radiative Forcing Index (RFI), che è la RF totale per l'aviazione divisa per la CO2 per l'aviazione.

Tuttavia, la RFI non è un moltiplicatore di emissioni che può essere utilizzato per tenere conto degli effetti non CO2 del trasporto aereo derivanti dalle emissioni future. Ciò è stato confermato da IPCC AR4 WGI (Forster et al., 2007a) nel constatare che la RFI non è in grado di spiegare le diverse vite dell'atmosfera dei diversi agenti forzanti coinvolti, come precedentemente spiegato da Wit et al. (2005) e Forster et al. (2006, 2007b). Tuttavia, non sono state espresse critiche di per sé sulla metrica RFI quando è stata compresa e utilizzata correttamente. IPCC AR4 WGIII (Kahn-Ribeiro et al., 2007) ha chiaramente ribadito che "L'aviazione ha un impatto maggiore sul forzante radiativo rispetto a quello derivante dal solo forzamento di CO2".

Le difficoltà legate all'inclusione delle emissioni e degli effetti non legati alla CO2 nei quadri politici sono state evidenziate da IPCC AR4 WGIII (Kahn-Ribeiro et al., 2007) e altri (ad es. Wit et al., 2005; Forster et al., 2006, 2007b). Finora, non è stata concordata una metrica adeguata per porre effetti radiativi non CO2 sulla base di emissioni equivalenti alla CO2 per le future emissioni del trasporto aereo a causa delle difficoltà nel trattamento di specie di breve durata e di specie di lunga durata come la CO2 in un modo equivalente. La metrica utilizzata per confrontare gli impatti climatici delle emissioni di gas a effetto serra di lunga durata ai sensi del protocollo di Kyoto è "emissioni di CO2 equivalenti" (vale a dire, emissioni ponderate con un orizzonte temporale di 100 anni GWP). La metrica delle emissioni di CO2 equivalente è una metrica lungimirante, calcolata per un impulso di emissione e, quindi, adatta per confrontare le emissioni future in un contesto politico.

La metrica RFI è principalmente una metrica dall'aspetto arretrato perché può essere utilizzata correttamente solo con le emissioni accumulate di CO2 e pertanto è intrinsecamente inadatta come metrica di equivalenza delle emissioni ai fini politici. In termini di effetti non legati al CO2 del trasporto aereo, la migliore opzione attuale potrebbe essere quella di impiegare uno o più strumenti politici aggiuntivi che affrontino direttamente tali effetti.

3. Aggiornamento forzamento radiativo dell'aviazione nel 2005

3.1. Traffico aereo e uso aggiornato del carburante per il 2005

Il volume del traffico aereo è riportato, per convenzione, in RPK. Ci sono state chiare tendenze al rialzo sia nel RPK sia nei chilometri disponibili (ASK, una misura della capacità rispetto all'utilizzo) nel corso dei periodi decadali, ma anche nel periodo 2000-2005 (vedi figura 2), il che implicherebbe anche un aumento del carburante utilizzo. Come base accurata per l'aggiornamento delle RF per l'aviazione per il 2005, i recenti dati sulle vendite di carburanti a cherosene per le operazioni di trasporto aereo sono stati ottenuti dall'AIE (IEA, 2007). Questi dati sono stati usati per estendere e aggiornare una serie temporale di consumo di carburante tra il 1940 e il 1995 (Sausen e Schumann, 2000) fino al 2005.

Nel 2001 il traffico aereo civile globale è diminuito dai livelli del 2000 in termini di RPK, dopo di che si è registrato un lieve recupero nel 2002, seguito da un aumento del 2% dal 2002 al 2003 (Fig. 2). Dal 2003 al 2004, c'è stato un aumento senza precedenti del 14% e una crescita dell'8% tra il 2004 e il 2005 tale che, complessivamente, il traffico è aumentato del 22,5% (38%) tra il 2000 e il 2005 (2007), anche se ci sono forti differenze regionali (Airbus, 2007). Di conseguenza, nel 2005 l'utilizzo di carburante per aerei è aumentato dell'8,4% rispetto a quello del 2000 secondo le statistiche dell'AIE.

Vari inventari globali e proiettati di CO2 per l'aviazione globale sono mostrati in Fig. 3 per il periodo 1992-2050, insieme a IEA e altri dati. Dalla figura 3 è chiaro che i dati sulle vendite di carburanti IEA indicano costantemente emissioni di CO2 maggiori di quanto implicito negli inventari "dal basso verso l'alto". Ci sono diverse ragioni per questo. In primo luogo, gli inventari mostrati stimano solo le emissioni civili; le emissioni militari sono molto più difficili da stimare. Le emissioni militari sono state calcolate per circa l'11% del totale nel 2002 (Eyers et al., 2005), cfr. 18% calcolato da Boeing per il 1992 (Henderson et al., 1999). In secondo luogo, i dati dell'AIE includono la benzina per aviazione, utilizzata da piccoli aeromobili a motore a pistoni, ma questo rappresentava solo <2% del totale nel 2000. In terzo luogo, gli inventari sono idealizzati in termini di missioni in quanto vengono spesso assunte grandi distanze circolari e i modelli di tenuta non sono inclusi, né l'effetto dei venti. Infine, alcuni inventari si basano solo sul traffico di linea, mentre altri includono stime del traffico non di linea per le principali regioni del traffico aereo. Questi vari fattori cospirano per sottovalutare sistematicamente le emissioni di CO2 del trasporto aereo, un effetto che è noto da tempo ma che è ancora difficile da conciliare. Pertanto, nei calcoli RF è importante utilizzare i dati di vendita del carburante cherosene totale per calcolare le emissioni di CO2 e, quindi, riflettere l'impatto totale di tutte le attività di trasporto aereo.

Fig. 3. Inventari storici e attuali e proiezioni future delle emissioni di CO2 dell'aviazione civile da una varietà di fonti: AERO2K (Eyers et al., 2005); ANCAT / EC2 (Gardner et al., 1998); CONSAVE (Berghof et al., 2005); FAST (Owen e Lee, 2006); IPCC (IPCC, 1999); NASA (Baughcum et al., 1996, 1998; Sutkus et al., 2001); SAGE (Kim et al., 2007). I simboli aperti indicano l'analisi dell'inventario e i simboli chiusi indicano le proiezioni. Sono anche mostrate le emissioni di CO2 implicite dalle statistiche sulle vendite di carburanti IEA (IEA, 2007). I dati IEA rappresentano il totale dell'uso civile e militare perché sono incluse tutte le vendite di cherosene. I dati di Sausen e Schumann (2000) si basano anche sull'IEA. Le linee solide (tratteggiate) per gli scenari FAST-A1 (B2) (valutati con l'opzione tecnologia t1) e lo scenario IP1 Fa1 rappresentano anche tutte le vendite di carburante per essere coerenti con i valori IEA che terminano nel 2005. Nella legenda della figura , i simboli FAST, CONSAVE e IPCC sono mostrati in un ordine che corrisponde alle etichette dello scenario tra parentesi in ogni caso. I dati IPCC Fa1 per il periodo 1995-2006, i dati IEA e i dati Sausen e Schumann (2000) sono anche mostrati in Fig.2. Adattato dalla Figura 5.6 di Kahn-Ribeiro et al. (2007).

3.2. Metodologia di modellizzazione per radiazioni aeronautiche del 2005 e 2050

forzare componenti

La RF per la CO2 nell'aviazione è calcolata esplicitamente, mentre altre RF sono calcolate direttamente o indirettamente dai dati del carburante dai dati di riferimento dell'anno base da modelli più complessi. L'approccio adottato per calcolare la CO2 per aeronautica era di calcolare prima le concentrazioni di CO2 attribuibili all'aviazione usando un modello del ciclo del carbonio e quindi calcolare la sua RF secondo una semplice funzione come raccomandato dal Terzo Rapporto di valutazione IPCC (Ramaswamy et al., 2001) . Gli effetti non CO2 sono ridimensionati in base al consumo di carburante dai valori di riferimento calcolati con una serie di modelli più complessi, ma tengono conto dei cambiamenti tecnologici che incidono sulle emissioni e altri effetti non lineari (ad es. Scie) come descritto di seguito.

Il modello come descritto da Lim et al. (2007) è una versione estesa di un modello climatico semplificato (SCM) per gli effetti delle emissioni di CO2 e NOx sull'O3 (Sausen e Schumann, 2000) che viene utilizzato anche per tenere conto di altre emissioni ed effetti del trasporto aereo. Gli effetti non CO2 sono stati originariamente calibrati sui risultati dell'IPCC (1999) per il 1992 e il 2050, in modo che il modello potesse essere utilizzato con sicurezza per proiettare in avanti nel tempo (il suo scopo principale è calcolare la risposta della temperatura, essendo la RF una fase intermedia).

Avendo calibrato l'evoluzione nel tempo delle RF di aviazione con i risultati IPCC (1999) per il 1992 e il 2050, il modello è stato ricalibrato a un anno base del 2000 usando i risultati di Sausen et al. (2005), che sono stati derivati ​​da modelli più complessi.

Questo approccio di ridimensionamento per calcolare le RF future viene utilizzato qui in assenza di un set completo e completo di calcoli RF da modelli di trasporto di prodotti chimici, modelli di copertura di scie di condensazione e codici di trasferimento radiativi. Una valutazione così completa è ovviamente preferibile a causa delle sensibilità, ad esempio, agli effetti regionali e ai cambiamenti nei parametri climatici da fonti non aeronautiche. L'IPCC ha accettato un approccio simile (vedi IPCC AR4 WGI, Meehl et al., 2007) per rapidi calcoli a basso costo della futura risposta RF e di temperatura totale con il modello MAGICC (Wigley, 2004) basato su parametrizzazioni che imitano i risultati dell'insieme di modelli più complessi (Wigley et al., 2002).

Inoltre, IPCC (1999) ha utilizzato un approccio simile per ridimensionare le RF per una gamma di scenari di aviazione 2050 da una serie centrale di risultati calcolati per il 2050 con modelli più complessi. Ponater et al. (2006) hanno usato un approccio simile per calcolare gli scenari per l'ipotetica futura flotta di velivoli alimentati a idrogeno liquido (LH2), così come Grewe e Stenke (2008) per proiettare RF da una flotta aerea supersonica. Allo stesso modo, Fuglestvedt et al. (2008) hanno esaminato i contributi dei diversi settori dei trasporti alla risposta globale alla RF e alla temperatura con un SCM.

Il CO2 RF è stato calcolato utilizzando una serie temporale completa di dati relativi al carburante per aerei come descritto sopra per il periodo 1940-2005.

Le emissioni di CO2 derivanti dal consumo di carburante sono state utilizzate per calcolare le concentrazioni atmosferiche di CO2 con il semplice modello del ciclo del carbonio di Hasselmann et al. (1997). Questo modello si basa su quello di Maier-Reimer e Hasselmann (1987) e utilizza una funzione di risposta all'impulso a 5 coefficienti. Tali modelli integrali di convoluzione hanno i loro limiti rispetto ai modelli più complessi del ciclo del carbonio, ma si ritiene che funzionino bene per piccole perturbazioni lineari (Caldeira et al., 2000), come quelle descritte in questo lavoro. Le RF di CO2 di base sono state tratte da dati storici e proiezioni di scenari dal modello MAGICC v4.1 (Wigley, 2004), pubblicato nel terzo rapporto di valutazione IPCC (IPCC, 2001). Il contributo RF della CO2 nell'aviazione viene quindi calcolato utilizzando le concentrazioni di CO2 attribuibili all'aviazione mediante la semplice funzione raccomandata da Ramaswamy et al. (2001), che proviene da Myhre et al. (1998).


I valori di riferimento per vapore acqueo, SO4 e fuliggine sono stati calibrati ai valori di Sausen et al. (2005). I valori futuri sono stati ridimensionati tramite i rispettivi indici di emissione di IPCC (1999).

Il valore di riferimento per la scia lineare persistente RF è stato calibrato in base ai risultati di Sausen et al. (2005). La RF è stata proiettata in avanti sulla base del consumo di carburante (Sausen et al., 1998) ma incorporava anche un ulteriore fattore non lineare che spiega i cambiamenti previsti nell'efficienza propulsiva (vedi Sausen et al., 1998) e lo sviluppo delle rotte di volo come descritto da IPCC (1999). Il ridimensionamento con consumo di carburante probabilmente produce un valore limite superiore a causa del requisito di determinate condizioni meteorologiche (sovrasaturazione del ghiaccio) e degli effetti di saturazione (discussi di seguito).

Il valore di riferimento per AIC RF è stato calibrato rispetto ai risultati di Stordal et al. (2005) per il traffico 2000. La proiezione di AIC RF in avanti nel tempo è problematica in quanto è improbabile che AIC RF si ridimensioni direttamente con l'utilizzo di carburante. Una migliore base fisica per ridimensionare sia le scie lineari persistenti sia l'AIC sarebbe quella di utilizzare i movimenti di traffico aereo segnalati (Gierens et al., 1999) e una climatologia precisa per le condizioni atmosferiche. Per le scie lineari, tuttavia, i cambiamenti nell'efficienza propulsiva complessiva della flotta di aeromobili devono essere presi in considerazione in casi futuri (Gierens et al., 1999), per i quali un modello basato sui movimenti (anziché basato sul carburante) non ha attualmente stato stabilito. Il potenziale aumento di AIC con il traffico è probabilmente non lineare, poiché una data cella di rete o area di interesse può saturare con AIC con traffico aggiuntivo che non produce alcun AIC aggiuntivo.

Attualmente, non esistono stime adeguate del modello fisico su come vari aeromobili e fattori esterni influenzeranno il futuro AIC. In assenza di tali modelli, l'AIC viene ridimensionato in base al consumo di carburante seguendo l'approccio dell'IPCC (1999), rilevando che ciò può produrre una stima superiore del futuro AIC.

3.3. Stime di forzatura radiative aggiornate per l'aviazione nel 2005

Le RF calcolate per l'aviazione per il 2005 sono riportate nella Tabella 1 utilizzando la metodologia descritta nella Sezione 3.2. La tabella include i risultati per il traffico aereo nel 1992 (Prather et al., 1999) e 2000 (Sausen et al., 2005), insieme al consumo di carburante e ai tassi di emissione annuali di CO2. I valori AR4 IPCC di WGI e WGIII sono mostrati come valori 2000a nella Tabella 1.

Per completezza, i valori di 2000b nella Tabella 1 sono inclusi come variante di Sausen et al. (2005) Valori RF (2000a). Per i valori 2000a, l'utilizzo di carburante per RF non CO2 è stato calcolato con un inventario dal basso verso l'alto del carburante per aerei. I valori 2000b derivano dalle stime più complete sui carburanti IEA, che al momento non erano disponibili. Poiché questa discrepanza era ben nota e l'IPCC (1999) utilizzava anche un fattore di ridimensionamento per tenerne conto, le RF 2000a non CO2 includono un ridimensionamento al rialzo del 15%. I nuovi dati IEA disponibili sull'uso del carburante (Fig. 2) mostrano che questo aumento era troppo piccolo (di circa l'8%) nei risultati di Sausen et al. (2005). La RF per le scie lineari persistenti rimane la stessa nel 2000b, poiché la copertura della scia è normalizzata a quella delle osservazioni satellitari regionali. I valori RF per AIC non sono stati ridimensionati nel 2000b a causa della loro grande incertezza. La CO2 RF presentata da Sausen et al. (2005) è stato calcolato in modo leggermente diverso rispetto al presente studio; quindi, la differenza tra i valori 2000a e 2000b. Le RF del 2005 sono state ridimensionate rispetto ai valori 2000b anziché ai valori 2000a poiché è coerente utilizzare la stessa base di carburante nel ridimensionamento. In termini di RF totale, fa solo una piccola differenza, dell'ordine dell'1%.

La RF totale per l'aviazione per il 2005 è di 55 mW m-2, escluso l'AIC, che è un aumento del 14% rispetto a quello stimato per il 2000. Questo supera l'intervallo ''entro +/- 10%'' assunto dall'IPCC AR4 WGI (Forster et al., 2007a). Le forzanti che si sono ridimensionate linearmente con il carburante (ovvero vapore acqueo, solfato e aerosol di fuliggine) sono aumentate dell'8,4% nel periodo 2000-2005. Le RF per O3 e CH4 si differenziano in modo leggermente diverso, poiché si prevede anche un cambiamento nell'indice di emissione. Per le scie, l'incremento percentuale del 18,2% è il risultato non solo del cambio di combustibile (il proxy di base, vedi Sausen et al., 1998) ma anche di cambiamenti nell'efficienza propulsiva e nei percorsi che comportano una maggiore copertura della scia (vedi IPCC, 1999, Capitolo 3). Pertanto, l'incremento complessivo del 14% è maggiore del limite del 10% assunto da Forster et al. (2007a), che non disponeva degli ultimi dati sul traffico e sul carburante.

La grandezza e il segno dei componenti RF aeronautici del 2005 aggiornati sono mostrati in Fig. 4 con il loro intervallo di probabilità del 90% (vedere la sezione successiva per l'analisi dell'incertezza), insieme ai valori assegnati da IPCC AR4. La Fig. 4 include anche scale spaziali delle RF componenti in un formato coerente con i risultati WGI IPCC AR4 per tutti i forzanti antropogenici (Forster et al., 2007a) e il livello di comprensione scientifica (LOSU) attribuito ai vari forzanti, che sono discusso nella sezione seguente. La RF globale per l'aviazione nel 2005 di 55 mW m-2 (esclusa AIC) e 78 mW m-2 (compresa AIC) può essere confrontata con le RF antropogeniche complessive fornite dall'IPCC (2007), che sono riprodotte nella figura 5. Le forzature aeronautiche comprendono circa il 3,5% della RF totale (escluso AIC) e il 4,9% della RF totale (compreso AIC).


Tabella 1
Consumo storico e attuale di carburante per aviazione, emissioni annuali di CO2 e forzanti radiativi.

a) CO2 RF dipende dalle emissioni storiche e dal ciclo del carbonio. I valori di O3 e CH4 sono ridimensionati alle emissioni di NOx, tenendo conto delle variazioni di EINOx nel tempo. H2O, SO4, valori di fuliggine adattati al combustibile. Valori di scia ridotti per il carburante, ma includono fattori che rappresentano l'efficienza propulsiva media della flotta, le dimensioni dell'aeromobile e il percorso.
b) I valori RF sono uguali ai risultati IP4 AR4 citati da WGI e WGIII.
c) Utilizzato per perturbazioni senza CO2 e quindi ridimensionato di 1,15 per inefficienze nell'instradamento del volo (vedere IPCC, 1999, Tabella 6-1, nota (a), in essa).
d) Da Stordal et al. (2005).
e) I valori 2000b e 2005 sono aggiornamenti dei valori 2000a. I valori RF 2000b differiscono da 2000a perché è stato utilizzato un modello C-Cycle diverso e per RF non CO2 il consumo globale effettivo di carburante era maggiore (dalle statistiche IEA, IEA, 2007).
f) Le deviazioni nelle variazioni relative dall'8,4% derivanti dalla divisione dei dati dei risultati del 2005 e del 2000b sono dovute ad errori di arrotondamento.

3.4. Incertezze nelle forzature radiative dell'aviazione del 2005

Le incertezze per le RF per l'aviazione, diverse da quelle della CO2, sono difficili da quantificare. Tuttavia, è importante capire quali potrebbero essere queste incertezze, al fine di valutare i limiti delle stime RF e consentire una valutazione globale del contributo del trasporto aereo ai cambiamenti climatici all'interno di un quadro politico più ampio. Le incertezze sono considerate da due punti di vista; in primo luogo la LOSU più soggettiva utilizzata nelle analisi IPCC e in secondo luogo da un punto di vista più oggettivo dell'assegnazione delle incertezze numeriche utilizzando le funzioni di distribuzione della probabilità (PDF).

Sausen et al. (2005) hanno attribuito LOSU in un sistema di tre gradi di "buono", "equo" e "povero", in cui la CO2 per l'aviazione era "buona", l'AIC era "povero" e tutte le altre forzature "giuste". Qui, sono state adottate le linee guida di incertezza IP4 ARCC aggiornate, utilizzando "alto", "medio", "medio-basso", "basso" e "molto basso", dove i ranghi di "molto basso" non vengono valutati per un intervallo (ma vedi sotto).

Fig. 4. Componenti di forzatura radiativa dall'aviazione globale valutate dai tempi preindustriali fino al 2005. Le barre rappresentano le migliori stime aggiornate o una stima nel caso di nuvolosità indotta dall'aviazione (AIC) come elencato nella Tabella 2. I valori IPCC AR4 sono indicati dal linee bianche nelle barre come riportato da Forster et al. (2007a). La stima della nuvolosità indotta (AIC) include scie lineari. I valori numerici sono indicati a destra sia per IPCC AR4 (tra parentesi) sia per i valori aggiornati. Le barre di errore rappresentano l'intervallo di probabilità del 90% per ogni stima (vedere testo e tabelle 2 e 3). Il valore mediano della forzatura radiativa totale dall'aviazione è mostrato con e senza AIC. I valori mediani e le incertezze per la RF totale di NOx e le due RF totali per l'aviazione sono calcolati usando una simulazione Monte Carlo (vedi testo). Total NOx RF è la combinazione dei termini CH4 e O3 RF, che sono anche mostrati qui. Il valore AR4 indicato per il termine NOx totale è la somma delle migliori stime di AR4 CH4 e O3. Si noti che l'intervallo di confidenza per "Total NOx" è dovuto al presupposto che le RF di O3 e CH4 siano correlate al 100%; tuttavia, in realtà, è probabile che la correlazione sia inferiore al 100% ma in misura sconosciuta (vedi testo). La scala spaziale geografica del forzante radiativo da ciascun componente e il livello di comprensione scientifica (LOSU) sono anche mostrati sulla destra.

Un LOSU di alto è assegnato a CO2, in linea con Sausen et al. (2005). Partiamo da Sausen et al. (2005) attribuendo una LOSU per O3 e CH4 di medio-bassa. Ciò è dovuto al fatto che recenti valutazioni dell'effetto degli NOx degli aeromobili sulle forzature di O3 e CH4 da un impulso di emissione GWP in CTM/CCM o un approccio di emissione prolungato hanno rivelato discrepanze tra i modelli più grandi di quanto ci si potesse aspettare da uno pseudo stato stazionario convenzionale simulazione (Forster et al., 2007a; Fuglestvedt et al., in corso di stampa). Le LOSU a basso contenuto sono assegnate al vapore acqueo, all'aerosol di solfato, all'aerosol di fuliggine e alle scie di condensazione per una serie di motivi: soprattutto, ci sono poche valutazioni di vapore acqueo, solfato e RF di fuliggine. Inoltre per la fuliggine, l'indice delle emissioni è poco conosciuto. Per le scie, la LOSU rimane bassa poiché esiste una scarsità di dati osservativi sulla copertura delle scie con cui è possibile normalizzare la copertura globale. Inoltre, i satelliti hanno difficoltà a discriminare tra scie visibili e sub-visibili e a valutare lo spessore ottico, che influenza quasi linearmente il calcolo della forzatura (Meerkötter et al., 1999). Un LOSU molto basso è assegnato all'AIC, che è in qualche modo in contraddizione con lo schema di valutazione stabilito da Forster et al. (2007a) in cui viene fornita una gamma qui. Tuttavia, questo è stato fatto da quando gli autori originali (Stordal et al., 2005) hanno fornito una gamma. Nel complesso, una LOSU di bassa è assegnata alla RF totale dell'aviazione, principalmente a causa dei fattori non CO2 che rappresentano almeno il 50% della RF totale.

Fig. 5. Forzatura radiativa da attività antropiche e cambiamenti naturali (solari) valutati dai tempi preindustriali al 2005. La scala spaziale geografica del forzante radiativo da ogni componente e il livello di comprensione scientifica (LOSU) sono anch'essi mostrati sulla destra. Adattato dalla figura SPM.2 di IPCC (2007).

La valutazione dell'incertezza nei rapporti IPCC è diventata più rigorosa nel corso degli anni (ad esempio, Box TS-1 di IPCC AR4 WGI, 2007).

Le incertezze RF sono state principalmente basate sulla gamma di valori derivati ​​da diversi studi pubblicati, con una valutazione soggettiva su quanto della gamma complessiva probabile è coperta dagli studi disponibili. La valutazione di scie lineari persistenti e RF antropogenica netta in Forster et al. (2007a) hanno fornito le migliori stime e probabilità del 90% per le loro RF. Conoscenze insufficienti significavano che non era possibile citare un intervallo di probabilità del 90% o la migliore stima per AIC, ma piuttosto è stato fornito un intervallo possibile, basato su Sausen et al. (2005), che ha adottato i valori di Stordal et al. (2005).

Nel gestire le incertezze delle RF nel settore dell'aviazione, IPCC (1999) ha fornito intervalli di probabilità del 67% per tutte le RF, tranne AIC. Per AIC non è stata riportata la migliore stima e quindi non è possibile un intervallo di probabilità.

Le incertezze utilizzate in questo lavoro sono riportate nelle Tabelle 2 e 3 e mostrate nelle Figg. 4 e 6. L'approccio segue Forster et al. (2007a) in cui sono state assegnate distribuzioni normali o lognormali di valori per ciascun componente RF e una routine Monte Carlo è stata utilizzata per calcolare un PDF discreto per il forzante radiativo antropogenico netto. Questo approccio alle incertezze è simile a quello delineato da Boucher e Haywood (2001). Le incertezze assegnate sono associate alla valutazione del modello di ogni forzatura dei componenti e non comprendono le incertezze nell'uso del carburante sottostante. I valori mediani e gli intervalli di probabilità del 90% (alto/basso) delle distribuzioni assunte per ciascun componente RF dell'aviazione e per i PDF di Monte Carlo sono riportati nella Tabella 2. Le larghezze di distribuzione per scie lineari, AIC e non aeronautiche (CO2 antropogenica totale ) i forzanti si basano sui valori AR4. Per le altre RF di aviazione, le larghezze utilizzate nel rapporto IPCC (1999) sono state adottate ad eccezione del vapore acqueo. La RF minima del vapore acqueo pari a zero fornita da IPCC (1999) non sarebbe possibile rappresentare in un quadro di distribuzione lognormale; pertanto è stata scelta una forzatura minima quasi zero per fornire una distribuzione lognormale (vedere la Tabella 2). I valori frazionari di RF fanno uso del PDF della RF antropogenica netta della Figura 2.20b di Forster et al. (2007a) (si noti che questo esclude AIC ma include scie lineari).

I campionamenti Monte Carlo (un milione di punti casuali) dei PDF sono stati usati per combinare le incertezze al fine di stimare sia la RF totale dell'aviazione, il suo contributo frazionario alla RF antropogenica totale, sia le gamme di probabilità del 90% associate a ciascun valore. Si presume che i diversi termini RF siano indipendenti (non correlati) tranne quelli di O3 e CH4, come discusso di seguito. I risultati sono riportati nella Tabella 3 e mostrati nelle Figg. 4 e 6. Le incertezze espresse come intervalli di probabilità del 90% sono coerenti con l'approccio IPCC (2007). Nel linguaggio IPCC (vedere Riepilogo tecnico; IPCC, 2007) la RF è "molto probabile" all'interno di questo intervallo citato.

Tavola 2
Migliori stime e limiti alti/bassi delle gamme di probabilità del 90% per i componenti RF per l'aviazione derivati in questo documento e per la RF totale di CO2 e la RF antropogenica netta di Forster et al. (2007a).

Note: stime dell'incertezza del trasporto aereo basate su IPCC (1999) ad eccezione delle scie lineari e dell'AIC che utilizzano stime di incertezza dell'IPCC AR4 WGI (2007). Si noti che IPCC (1999) ha utilizzato intervalli di incertezza del 67% rispetto agli intervalli di probabilità del 90% utilizzati qui. Le RF non aeronautiche e la loro incertezza sono prese direttamente da Forster et al. (2007a).
a Valori della tabella 1.

Si presume che le stime del modello delle incertezze RF di O3 e CH4 siano collegate e compensative (ovvero, se la RF O3 è più positiva del previsto, la RF CH4 sarebbe più negativa del previsto). Ciò è giustificato perché la modifica CH4 è direttamente influenzata dalla precedente modifica O3. Come passo intermedio nella combinazione delle incertezze, i termini RF O3 e CH4 sono stati combinati per formare un termine "NOx totale" con un campionamento Monte Carlo separato.

Il termine NOx totale in Tabella 2 e Fig. 4 ha un valore mediano di 12,6 mW m-2 con un intervallo di confidenza del 90% di 3,8–15,7 mW m-2 ed è considerato la migliore stima per il NOx totale RF. Mentre il valore mediano è vicino alla differenza tra le migliori stime di O3 e CH4, l'intervallo di probabilità è significativamente inferiore all'intervallo di O3 o CH4. In questo caso il campionamento Monte Carlo ha assunto una correlazione del 100% tra i termini. IPCC (1999) osserva che le incertezze di questi termini sono altamente correlate. Se la correlazione viene ridotta al 50% (0%), i valori mediani cambiano solo leggermente a 12,5 (11,6) mW m-2 mentre l'intervallo di probabilità aumenta da -28 a 49 (da -49 a 67) mW m-2. Il valore di NOx totale è stato combinato con gli altri termini RF indipendenti nei campionamenti di Monte Carlo per calcolare i valori RF di aviazione totali e frazionari nella Tabella 3 e nelle Figg. 4 e 6. È importante riconoscere che le forzanti O3 e CH4 sottostanti il ​​termine di forzatura di NOx totale non si bilanciano a vicenda su scala locale e quindi alcune caratteristiche dell'impatto climatico delle emissioni di NOx non possono essere derivate solo dalla media globale totale Forzatura di NOx.

Tabella 3
RF non aeronautici e di aviazione totale e loro frazione di RF antropogeniche totali.

Note: Risultati per PDF derivati da un modello Monte Carlo (vedere il testo per i dettagli).
Valori alti / bassi danno un intervallo di probabilità del 90%.

La correlazione al 100% dei termini RF O3 e CH4 assunti qui potrebbe non essere pienamente giustificata. Ad esempio, alcuni errori nel calcolo del forzante radiativo di O3 sarebbero approssimativamente indipendenti da quelli del forzante radiativo CH4. Una correlazione inferiore al 100% aumenta l'incertezza nella RF totale dell'aviazione derivata qui, come notato sopra.

Tuttavia, è probabile che le incertezze stimate nei termini O3 e CH4 RF sottostanti siano sopravvalutate perché non sono state aggiornate dall'IPPC (1999) e quindi non riflettono la maggiore competenza dei marchi comunitari e CCM contemporanei (ad esempio, Fiore et al., 2008; Stevenson et al., 2006). Pertanto, una correlazione del 100% costituisce un ragionevole compromesso fino a quando non viene intrapresa una nuova valutazione multi-modello della risposta alle emissioni di NOx nel settore dell'aviazione. Notiamo anche che nei calcoli della risposta al NOx dell'aviazione, l'aumento di O3 RF e la riduzione di CH4 RF si annullano in larga misura nella media globale, ma non si annullano geograficamente perché i loro modelli RF regionali sono molto diversi (cfr. Prather et al., 1999, loro figg. 6-9). La RF di O3 è concentrata nell'emisfero settentrionale mentre la RF di CH4 mostra uno schema più omogeneo (simile a quello della CO2) a causa delle loro diverse vite.

La stima RF dell'AIC include un componente dovuto a scie lineari (Forster et al., 2007a). Di conseguenza, quando l'AIC è incluso nella RF dell'aviazione totale, le scie lineari non vengono aggiunte separatamente. Si noti inoltre che la RF antropogenica netta della Figura 2.20b di Forster et al. (2007a) non include AIC. Quindi, l'AIC viene aggiunto (e le scie lineari rimosse) al modello Monte Carlo di RF antropogenica netta quando vengono calcolate le frazioni nel presente studio.

Un presupposto implicito nell'uso del modello Monte Carlo qui è che le incertezze nei termini RF diversi da NOx e O3 sono completamente indipendenti. Tuttavia, è probabile che le forzanti non-nuvola di breve durata delle specie di aerosol e del vapore acqueo presentino un certo grado di correlazione e studi di modellizzazione in genere impiegano relazioni simili tra le loro emissioni di precursori forzanti.

La contabilizzazione di queste ulteriori correlazioni probabilmente ridurrà l'intervallo complessivo di incertezza. Tuttavia, il grado di correlazione è difficile da stimare poiché queste RF sono così dipendenti dalla posizione della loro fonte di emissione e questa dipendenza è in gran parte specifica per specie. Pertanto, abbiamo scelto di ignorare questo effetto compensativo nelle nostre analisi, ma riconosciamo che i nostri intervalli di incertezza potrebbero essere eccessivamente ampi a causa di questa omissione.

La Tabella 3 e la Figura 6 forniscono risultati RF separati per i termini CO2 e non CO2 insieme all'aviazione totale per diversi casi e risultati per il totale dell'aviazione come una frazione della RF antropogenica totale.

La Fig. 4 mostra un riepilogo delle migliori stime RF per ciascun componente ad eccezione di AIC, i valori mediani dei PDF per i totali con e senza AIC e barre di errore in ciascun caso che indicano l'intervallo di probabilità del 90%. La RF totale del trasporto aereo nel 2005, escluso l'AIC, è di 55 mW m-2 e molto probabilmente (probabilità del 90%) è compresa tra 23 e 87 mWm-2. L'inclusione di AIC aumenta il totale a 78 mW m-2 e l'intervallo molto probabile (90% di probabilità) a 38-139 mW m 2. La gamma più ampia risulta dalla gamma di probabilità più ampia per l'AIC RF.

Come contributo frazionario, la CO2 per aviazione è responsabile dell'1,6% (0,8–2,3%, intervallo di probabilità del 90%) della RF antropogenica globale totale nel 2005. Con l'AIC escluso, la RF netta per via aerea è responsabile del 3,5% (2 –10%, intervallo di probabilità del 90%) della RF antropogenica totale. L'inclusione di AIC aumenta la RF netta dall'aviazione al 4,9% (2-14%, intervallo di probabilità del 90%) della RF antropogenica totale.

Pertanto, è molto improbabile un contributo al trasporto aereo superiore al 14% (probabile meno del 5%).

La Fig. 6 mostra i PDF per l'aviazione RF solo per CO2, il gruppo di termini non CO2 e il totale insieme al PDF del contributo di aviazione CO2 e aviazione totale RF come percentuale della forzatura antropogenica totale. Queste analisi sono state eseguite includendo (due pannelli superiori, A, B) ed escludendo (due pannelli centrali, C, D) il contributo AIC. Il riquadro più in basso (E) mostra il PDF della RF antropogenica totale con e senza AIC utilizzato nei calcoli di Monte Carlo. In genere, i componenti di CO2 hanno una distribuzione ridotta, che riflette le minori incertezze. I componenti non CO2 (escluso AIC) hanno una distribuzione più ampia, che riflette le maggiori incertezze che dominano la forma del PDF totale (vedi pannello A). Quando l'AIC è anche combinato con altri PDF non CO2, una gamma molto più ampia si traduce nella RF totale dell'aviazione.

Il PDF antropogenico totale ha una distribuzione molto più ampia di qualsiasi PDF dell'aviazione, che è il risultato delle maggiori incertezze intrinseche, derivanti principalmente dagli effetti di aerosol diretti e indiretti (vedi Forster et al., 2007a).

Un'ulteriore incertezza che viene omessa in questo studio, ma che potrebbe essere aggiunta ai risultati nelle Tabelle 2 e 3 e Fig. 6, è quella associata agli scenari di emissione. la certezza nell'uso storico del carburante influisce su tutti i componenti RF qui riportati perché le concentrazioni di CO2 derivano direttamente dall'uso di carburante e altri termini sono adattati all'utilizzo di carburante. L'incertezza non si applicherebbe in modo uniforme poiché la forzatura della CO2 dipende più fortemente dalle emissioni storiche a causa della sua lunga vita atmosferica, mentre i componenti non CO2 hanno una durata di vita più breve e quindi dipendono dagli attuali tassi di consumo di carburante. Inoltre, le scie di contrail e cloud potrebbero non ridimensionarsi uniformemente con l'incertezza sull'uso di carburante se, ad esempio, le incertezze presentavano dipendenze regionali.

4. Forze climatiche dell'aviazione: 2050 proiezioni

4.1. Proiezioni delle emissioni del trasporto aereo fino al 2050

Mentre la RF del 2005 per il settore dell'aviazione è relativamente modesta (3,5% della forzatura antropogenica totale, escluso l'AIC), la forte crescita prevista nel traffico comporterà forzature future maggiori a meno che le emissioni dalla flotta non vengano ridotte. Le previsioni dell'ICAO e dell'industria (FESG, 1998; Airbus, 2007) suggeriscono tassi di crescita del traffico (RPK) dell'ordine del 4,5–6% yr-1 nei prossimi 20 anni circa, in modo tale che il traffico passeggeri raddoppierà ogni 15 anni. Le proiezioni future sono generalmente classificate come una previsione intorno al 2020-2025 che generalmente presuppone una probabile estrapolazione del traffico e della tecnologia o come uno scenario per il 2050 che richiede alcune proiezioni plausibili di traffico e tecnologia.

Le emissioni globali del trasporto aereo di CO2 erano state precedentemente calcolate dal gruppo di previsione e sostegno economico (FESG) dell'ICAO per la relazione speciale IPCC (1999) utilizzando le previsioni del traffico e delle emissioni fino al 2015 a partire da un anno base del 1992 e successivamente applicando un modello di la relazione tra RPK globale e PIL globale (che mostrano una forte relazione a questo livello di aggregazione) per estrapolare le tendenze, in questo caso fino al 2050. Se è disponibile una proiezione indipendente dei dati del PIL, un modello della relazione storica consente un'estrapolazione di future stime di RPK globali. In precedenza, il FESG (1998) utilizzava i dati sul PIL degli scenari IS92 dell'IPCC; in particolare, IS92a, IS92c e IS92e, che rappresentano rispettivamente tassi di crescita medi, bassi e alti (Henderson et al., 1999). Questi risultati dello scenario per le emissioni dell'aviazione civile nel 2050 variavano da 800 Tg CO2  yr-1 (bassa 'Fc') a 1440 Tg CO2  yr-1 (metà 'Fa') a 2302 (alta 'Fe') Tg CO2  yr-1 ( Fig. 3).

Fig. 6. Funzioni di distribuzione della probabilità (PDF) per aviazione e forzanti radiativi antropogenici totali (RF) in base ai risultati nelle tabelle 2 e 3. Tutte le RF dell'aviazione provengono dai valori di emissione del 2005 aggiornati derivati ​​da questo studio. Le incertezze sono espresse da una distribuzione sul valore della migliore stima che è normale per CO2 e lognormale per tutti gli altri componenti. Per calcolare tutti i PDF è stata utilizzata una corsa di simulazione Monte Carlo da un milione di punti. I PDF delle RF per l'aviazione, ad esclusione (inclusa) della nuvolosità indotta dall'aviazione (AIC), sono mostrati nei pannelli A e B (C e D). Pannelli A e C: PDF per CO2 dell'aviazione e somma dei componenti RF non CO2 e RF totale per l'aviazione. Pannelli B e D: CO2 per l'aviazione e RF per l'aviazione totale in percentuale della RF antropogenica totale (Pannello E). Ogni PDF è normalizzato in unità nell'intervallo indicato tra parentesi nell'etichetta dell'asse verticale. I numeri tra parentesi in ogni legenda del pannello sono i valori mediani dei PDF corrispondenti. Vedi testo per ulteriori dettagli.

Per questo studio, le emissioni future sono state calcolate con un sofisticato modello di inventario globale dell'aviazione, FAST (Lee et al., 2005), utilizzando i dati esterni per le proiezioni di RPK e PIL fino al 2050 (Owen e Lee, 2006). Ogni tipo di aeromobile nel modello FAST è definito dalla fascia di capacità del sedile, in modo che i dati RPK possano essere utilizzati per determinare la dimensione necessaria della flotta globale e le sue emissioni successive incorporando le proiezioni future di efficienza del carburante.

L'approccio ha tenuto conto dei cambiamenti previsti nella tecnologia utilizzando un concetto di "efficienza del traffico" (vale a dire, carburante RPK kg 1 (Henderson et al., 1999)) che mette in relazione le emissioni di RPK per diversi tipi di aeromobili e consente l'aggregazione a livello di flotta. L'approccio ha consentito la modellizzazione dei miglioramenti dall'integrazione di più carburante aeromobili efficienti nella flotta. Le previsioni regionali di RPK fino al 2020 sono state utilizzate dall'ICAO/FESG per calcolare le emissioni nel 2005, 2010, 2015 e 2020. Dopo il 2020, le proiezioni di RPK globali fino al 2050 sono state calcolate utilizzando una funzione Verhulst non lineare con la relazione speciale IPCC sugli scenari di emissione (SRES) proiezioni del prodotto interno globale (PIL), A1 e B2 (IPCC, 2000), per calcolare le emissioni per il 2030, il 2040 e il 2050 in modo simile a Henderson et al. (1999). Questi scenari SRES, qui designati come FAST-A1 e FAST-B2, sono stati scelti perché costituivano le "basi" contro le quali le valutazioni della mitigazione erano state intraprese dall'IPCC all'interno del WGIII per AR4. La crescita complessiva dell'aviazione nello scenario B2 non è molto diversa da quella dello scenario IPCC di fascia media (1999), Fa1, e lo scenario A1 è parimenti simile allo scenario IPCC di gamma superiore (1999), Fe1. I risultati FAST-A1 e FAST-B2 sono mostrati in Fig. 3 insieme ad altre proiezioni precedenti. Gli scenari FAST-A1 e FAST-B2 includono un ridimensionamento di una quantità fissa di 64 Tg di carburante anno-1, rispettivamente, al fine di essere coerenti con i dati di vendita del carburante IEA fino al 2005 (Fig. 3). Questo importo rappresenta la differenza media tra i dati del 1990 e del 2000 da un inventario dal basso verso l'alto delle emissioni del trasporto aereo (Lee et al., 2005), escluse le emissioni militari e i dati IAE sui dati di vendita di carburanti.

Gli scenari FAST-A1 e FAST-B2 sono ulteriormente differenziati da due fattori tecnologici ("t1" e "t2") che fanno riferimento a diversi presupposti delle future emissioni di NOx, come precedentemente descritto da IPCC (1999). Il presupposto della tecnologia1 (t1), un caso base, è che i progressi nella tecnologia della cellula e del motore saranno tipici e orientati al mercato. Il presupposto della tecnologia2 (t2) è che verrà data maggiore enfasi alla riduzione dei livelli di NOx a scapito dei livelli di emissione di CO2 (vedere Henderson et al. (1999) per i dettagli).

Tuttavia, per i risultati qui presentati, le forzanti dell'aviazione sono state calcolate in base agli scenari di fondo globali pertinenti, in contrasto con l'IPCC (1999) che ha calcolato le varianti orientate al trasporto aereo (IS92a, c, e) rispetto allo stesso scenario di fondo (IS92a).


4.2. Stime di forzatura radiativa nel settore dell'aviazione per il 2050

Le stime RF per gli scenari 2020 e 2050 sono riportate nella Tabella 4 e mostrate nella Figura 7. Le migliori stime future sono derivate dai valori del 2005 riportati nelle Tabelle 1 e 2 utilizzando la metodologia di ridimensionamento descritta nella Sezione 3.2. Non sono disponibili migliori stime per il futuro AIC a causa della LOSU di "molto basso" nel 2005. Ciò è indicato nella Figura 7 con linee tratteggiate che mostrano i valori di AIC ridimensionati.

I modelli atmosferici non sono in grado di calcolare gli effetti AIC perché i vincoli sui processi fisici coinvolti sono poco conosciuti.

Invece, i valori AIC riportati nella Tabella 4 sono ridimensionati linearmente in base al consumo di carburante usando il valore del 2005 come riferimento in assenza di una metrica più adatta, come è stato fatto in modo simile da Prather et al. (1999).

Tuttavia, è probabile che aumenti di AIC RF con traffico aereo aggiuntivo in una determinata regione saturi a un certo livello di soglia di copertura nuvolosa aggiuntiva. Al momento non è possibile inferire o calcolare questa soglia. Pertanto, il ridimensionamento lineare produce valori AIC RF che probabilmente rappresentano i limiti superiori di quelli che potrebbero effettivamente verificarsi.

L'aumento del traffico previsto entro il 2020 e il 2050 comporta un aumento delle emissioni e della RF, nonostante i presunti miglioramenti tecnologici della flotta. Questo è un risultato atteso, in linea con l'IPCC (1999), poiché i miglioramenti tecnologici tendono ad entrare nella flotta a un ritmo determinato dal suo lento turnover degli aeromobili, una conseguenza delle loro lunghe vite di utilizzo, dell'ordine di 25 anni. Nel 2020, viene fornita una sola stima della RF, poiché si basa su una previsione della flotta dell'ICAO (piuttosto che su uno scenario). In questo caso, il totale RF è 84 mW m-2 (escluso AIC), un fattore di 1,75 maggiore rispetto al 2000 (o 1,5 x RF 2005). Per il 2050 sono stati seguiti due principali scenari della trama SRES; A1 e B2, con due varianti tecnologiche (t1, t2), una delle quali enfatizza la riduzione degli NOx a scapito delle emissioni di CO2 (vedi IPCC, 1999, Capitoli 7 e 9). La RF totale per questi scenari è nell'intervallo 183–194 mW m-2 (A1/t2 - A1/t1) e 146–154 mW m-2 (B2/t2 x B2/t1), che sono fattori di circa 4 e 3 volte maggiore della RF totale nel settore dell'aviazione nel 2000.

Le stime RF per l'aviazione del 2050 sono ridimensionate rispetto agli scenari di carburante totali. Allo stesso modo, IPCC (1999) ha scalato una gamma di risultati di scenari 2050 da due risultati chiave con modelli geografici di emissioni.

L'errore introdotto nei risultati dell'IPCC (1999) era dell'ordine del w9% sulla base di un confronto dei risultati dei due scenari con griglia con ridimensionamento lineare. Tale variazione geografica non è stata ancora stimata per i nostri scenari futuri, oggetto di lavori in corso.

Queste stime di 2050 RF per l'aviazione ignorano anche gli effetti dei cambiamenti climatici, ad es. ha cambiato il vapore acqueo o le temperature. Valutazione degli impatti di ad es. il vapore acqueo sulle concentrazioni di OH (ad es. Johnson et al., 1999) e il vapore di temperatura/acqua sulla formazione della scia (ad es. Marquart et al., 2003) sono limitati e sarebbe necessario un lavoro più ampio e dettagliato per includere tali fattori. Gli studi disponibili indicano che un aumento del vapore acqueo e delle temperature tenderebbero a ridurre gli impatti stimati.

Notiamo che ci sono incertezze introdotte nei valori RF 2050 dalle metodologie impiegate, descritte in dettaglio nella Sezione 3.2, poiché abbiamo usato metodi semplificati per riprodurre i risultati da modelli basati su processi più complessi per scie lineari e O3 e CH4 indotti da NOx Perturbazioni RF. Nel caso della CO2 RF, abbiamo utilizzato una metodologia all'avanguardia; per AIC, al momento non esiste un modello basato sul processo descritto in letteratura. È preferibile una valutazione completa dei futuri effetti del trasporto aereo che comprende una suite e un insieme di modelli adeguati basati sui processi, ma richiederebbe uno sforzo internazionale sulla scala di una valutazione IPCC o di un progetto simile su larga scala.


Tabella 4
Consumo di carburante per l'aviazione, emissioni di CO2 e RF per il 2020 e il 2050.

a) Tutte le proiezioni e gli scenari sono basati su (Owen e Lee, 2006), vedi anche (Kahn-Ribeiro et al., 2007), che rappresentano le previsioni dell'ICAO della flotta globale fino al 2020 in termini di numero di aeromobili e dimensioni, e quindi utilizzare metodi simili a Henderson et al. (1999) per proiettare RPK fino al 2050, che include cambiamenti previsti nell'efficienza del carburante della flotta e compromessi tra emissioni di NOx e CO2 per scenari di riduzione degli NOx più aggressivi. La nomenclatura "A1" e "B2" si riferisce alla coerenza con due delle proiezioni del PIL SRES dell'IPCC e "t1" e "t2" si riferiscono a due livelli di tecnologia NOx come descritto da Henderson et al. (1999). I risultati sono mostrati anche in Fig. 7.
b) AIC è ridimensionato per l'utilizzo di carburante in assenza di una metrica più adatta, come è stato fatto in modo simile da IPCC (1999). Tuttavia, è probabile che si verifichino effetti di saturazione con un'ulteriore copertura nuvolosa, ma attualmente non esiste alcun modo per determinare o calibrare la soglia per questo.
c) Si noti che i totali in tutti i casi escludono l'AIC. Gli intervalli qui indicati non sono PDF ma piuttosto intervalli basati su diverse varianti di scenari SRES di diversi modelli. Le RF totali in background sono state derivate da MAGICC v4.1 (Wigley, 2004). I contributi percentuali forniti sono per scenari illustrativi o marker di SRES (qui, A1B-AIM; B2-Message). La gamma tra parentesi è stata derivata utilizzando altre emissioni secondo le principali "famiglie" di scenari SRES (qui, A1B-AIM, A1-ASF, A1-Image, A1-Message, A1-MiniCAM, A1T-AIM, A1T-Message, A1F1-MiniCAM e; B2-Message, B2-AIM, B2-ASF, B2-Image, B2-MiniCAM, B2Hi-MiniCAM).

Fig. 7. Componenti RF per l'aviazione per il 2005, previsioni 2020 e scenari 2050 A1 (t1), A1 (t2), B1 (t1) e B1 (t2) elencati nella Tabella 4. RF totali per l'aviazione come mostrato dal rosso le barre e numericamente a sinistra non includono RF stimate a cirro indotto (AIC).

5.1. Tecnologie e strategie di mitigazione

Il miglioramento del consumo di carburante degli aeromobili è una delle principali aree di ricerca e sviluppo tecnologico, poiché migliora direttamente i costi operativi diretti delle compagnie aeree. I miglioramenti tecnologici di solito comportano cambiamenti aerodinamici, riduzioni di peso, più carburante, motori efficienti e maggiore efficienza operativa. Attualmente, non sono stati adottati standard di efficienza del carburante nel settore.

Il miglioramento dell'efficienza del carburante del motore attraverso modifiche alla progettazione richiede test per garantire la conformità ai requisiti di sicurezza e affidabilità. Inoltre, devono essere considerati i compromessi tra rumore ed emissioni (NOx, HCs, CO, fuliggine).

I compromessi delle prestazioni ingegneristiche e ambientali spesso impongono vincoli ai miglioramenti ricercati. L'efficienza del carburante può essere migliorata mediante l'uso di rapporti di pressione più elevati nei motori, sebbene questo percorso di sviluppo possa aumentare le temperature del combustore e spingere i limiti di progettazione dei materiali oltre le attuali capacità termiche e avere un impatto su altre emissioni (principalmente NOx ma anche fuliggine), che impongono design e prestazioni sfide. Altri sviluppi, come la trasmissione della trasmissione alla ventola del motore (da cui deriva la maggior parte della spinta del motore) per ottimizzare la sua velocità in modo diverso dalla sua turbina di guida, potrebbero anche aiutare a ridurre le emissioni in futuro.

Mentre si è stimato che l'efficienza del carburante degli aeromobili a reazione sia migliorata di oltre il 60% negli ultimi 40 anni (ovvero, dall'introduzione dell'aeromobile Boeing B707-120) in termini di emissioni di CO2 per passeggero km (IPCC, 1999) , molti di questi miglioramenti derivano da cambiamenti nella tecnologia (ad es. motori turbogetto da turbogan a prima generazione come quelli su aeromobili B707/B727 e B747-100 e turbofan da prima a seconda generazione, ad esempio quelli su B777 aeromobile e sue varianti). Alcuni incrementi di efficienza sono stati conseguiti anche grazie a una migliore aerodinamica della cellula e ai cambiamenti dei materiali che hanno ridotto il peso. Nel breve termine, si prevede che la maggior parte degli ulteriori miglioramenti sarà realizzata attraverso un maggiore utilizzo di materiali leggeri. A più lungo termine, l'IPCC AR4 WGIII ha ritenuto che sarebbero stati necessari progetti più radicali come il corpo ad ala miscelata e l'aeromobile a motore non-propfan (una grande pala a rotore aperto) per realizzare ulteriori miglioramenti del cambio di passo (Kahn-Ribeiro et al. , 2007).

I carburanti alternativi al cherosene possono offrire alcuni vantaggi a lungo termine. In termini di carburanti non C, sembra che l'idrogeno liquido (LH 2) sia l'unica vera alternativa in prospettiva. L'uso di LH2 richiederebbe una capacità di stoccaggio della cellula molto più grande, il che aumenterebbe il peso e si trascinerebbe su una cellula convenzionale. Criticamente, la produzione del carburante LH2 dovrebbe essere a emissioni zero (ovvero energia da risorse rinnovabili) per poter offrire vantaggi reali rispetto al cherosene nel mitigare e minimizzare i futuri impatti climatici delle operazioni di trasporto aereo. Vi è consenso sul fatto che lo sviluppo di tali tecnologie sia almeno un decennio o più e molto probabilmente verrà perseguito solo se vi sarà un passaggio più generale a un risparmio di carburante basato sull'idrogeno. Gli aeromobili alimentati a idrogeno produrrebbero più scie di aeromobili a cherosene a causa delle maggiori emissioni di vapore acqueo, che potrebbero potenzialmente produrre scie che hanno una profondità ottica inferiore rispetto alle scie convenzionali. Pertanto, il vantaggio in termini di RF totale derivante dall'uso del combustibile LH2 diventerebbe evidente solo pochi decenni dopo l'introduzione di questo combustibile alternativo (Marquart et al., 2001; Ponater et al., 2006).

I biocarburanti possono anche offrire alcuni vantaggi se possono essere sviluppati economicamente e in conformità con i rigorosi standard di prestazione e sicurezza richiesti per l'aviazione civile (Daggett et al., 2008). Tuttavia, vi sono questioni fondamentali sulla fattibilità economica ed ecologica della produzione di quantità significative di biocarburanti, che probabilmente troveranno un assorbimento e un utilizzo più pratici in altri settori dei trasporti (Kahn-Ribeiro et al., 2007). Inoltre, vi sono crescenti preoccupazioni per i conflitti di utilizzo del suolo tra cibo e produzione di carburante nei paesi in via di sviluppo (Wardle, 2003).

La gestione del traffico aereo e le diverse pratiche operative offrono alcune prospettive di riduzione del consumo di carburante o di mitigazione degli effetti ambientali del trasporto aereo. Le riduzioni più evidenti nell'uso di carburante potrebbero derivare da un sistema di gestione del traffico aereo migliorato che ottimizzerebbe meglio le altitudini di crociera attraverso un minimo ridotto di separazione verticale (RVSM) e minori ritardi e modelli di trattenuta all'arrivo. Uno studio EUROCONTROL (Jelinek et al., 2002) ha mostrato che l'introduzione di RVSM in Europa potrebbe comportare una riduzione del consumo di carburante e delle emissioni di CO2 dell'1,6-2,3% rispetto alle condizioni precedenti. Tuttavia, va sottolineato che l'ottimizzazione del sistema di gestione del traffico aereo è un risparmio una tantum e non può essere ulteriormente migliorato in modo incrementale.

Gli effetti senza CO2 possono anche essere ridotti modificando le altitudini di crociera. Studi di modellistica parametrica (Fichter et al., 2005; Grewe et al., 2002; Gauss et al., 2006) indicano che gli effetti delle scie e dell'O3 possono generalmente essere ridotti abbassando le quote di crociera complessive. Questi studi non hanno proposto di implementare riduzioni generali delle quote di crociera su base globale, ma hanno semplicemente testato l'ipotesi di un effetto ridotto tramite uno studio parametrico.

Mannstein et al. (2005) hanno suggerito che sarebbero necessari solo lievi cambiamenti tattici di altitudine sui voli reali per evitare regioni super-saturi di ghiaccio, qualora fossero disponibili dati adeguati su questo parametro che consentirebbe la previsione volo per volo della formazione di scie. Tuttavia, la loro analisi si basava su una sola regione con la maggior parte degli strati pari a w510 m (con una deviazione standard di 600 m) - in molte regioni si formano cirri di nuvole su strati 1-2 km, in modo che le generalizzazioni in assenza di una migliore le statistiche delle regioni sovrasature sono premature. Tuttavia, ci sono compromessi che devono essere considerati in quanto le riduzioni delle quote di crociera comporterebbero una penalità di consumo di carburante che non è semplice da quantificare, poiché gli effetti RF della CO2 emessa su un volo particolare sono più duraturi di quelli di una scia formata durante lo stesso volo (Wit et al., 2005; Forster et al., 2006, 2007b).

La riduzione delle velocità di volo potrebbe anche comportare un notevole risparmio di carburante se motori e strutture aeree fossero riprogettati per realizzare tali benefici (tali benefici non potrebbero essere realizzati abbassando le velocità degli attuali aeromobili).

La tecnologia per questo esiste già e i motori propfan non canalizzati che sono più efficienti in termini di consumo di carburante rispetto ai motori turbofan a bassa velocità a cui sono limitati potrebbero essere ulteriormente sviluppati. Tuttavia, vi sono svantaggi in termini di aumento del rumore e, eventualmente, di riduzione del comfort dei passeggeri in quanto le quote di crociera verrebbero ridotte rispetto a quelle attualmente impiegate per i velivoli a motore convenzionali.


5.2. Potenziale di mitigazione

IPCC AR4 WGIII (Kahn-Ribeiro et al., 2007) ha esaminato il potenziale di mitigazione che potrebbe essere possibile entro il 2030. Cinque casi sono stati esaminati utilizzando le previsioni della flotta ICAO-FESG (ICAO/FESG, 2003) per proiettare la crescita e la composizione future, tra cui:

1.  crescita ma nessun cambiamento tecnologico;
2.  i cambiamenti tecnologici nel 2005 in "migliore tecnologia disponibile" e specifiche tecnologie Airbus A380 e Boeing B787;
3.  un miglioramento complessivo dell'efficienza del carburante della flotta dell'1,3% anno-1 al 2010, dell'1% anno-1 al 2020 e dello 0,5% anno-1 in seguito basato su Greene (1992) - si è ritenuto che si trattasse di un caso di riferimento;
4.  un caso di tecnologia avanzata provocato da pressioni normative che hanno prodotto un'ulteriore efficienza del carburante dell'anno 0,5% a partire dal 2005 derivante da stime dei costi (43); e, infine,
5.  un caso simile a (4) ma con un ulteriore consumo di carburante dell'1% per anno dal 2005 in poi.

Le variazioni percentuali stimate nelle emissioni globali di CO2 nel 2030 rispetto al riferimento (caso 3) sono state: aumenti del 29% e 11,9% (casi 1 e 2) e diminuzioni dell'11,8 e 22,2% (casi 4 e 5). In tutti i casi, le emissioni di CO2 aumentano nel 2030 rispetto ai livelli del 2002 di fattori che vanno da 3,29 (caso 1) fino a 1,98 (caso 5).

È importante notare che l'analisi di cui sopra è alquanto rudimentale e non del tutto autonoma poiché la tendenza di efficienza del carburante dell'1,3% anno-1 nel caso di riferimento (3) di Greene (1992) presuppone già cambiamenti nella composizione della flotta (ad esempio, aeromobili dimensioni) e introduzione di tecnologie avanzate dopo il 2000 come aeromobili ad ala blended, controllo del flusso laminare e propfans non canalizzati.

Chiaramente, è necessario lavorare di più sui guadagni storici in termini di efficienza del carburante e su come ciò possa essere realisticamente proiettato in avanti, ma lo studio IPCC (1999) suggerisce valori indicativi. Un fattore significativo nel limitare la crescita di CO2 dall'aviazione negli ultimi 15 anni circa è stato il fattore di carico, che è aumentato dal 68% (1989) al 76% (2006) come media globale (vedi Fig. 8).

In tutti i casi sopra esaminati, si prevede che la crescita della domanda di servizi di aviazione civile basata sulla domanda supererà il miglioramento del consumo di carburante, da tutte le fonti, come è stato chiarito anche dall'IPCC (1999).


5.3. Politiche e misure

Le politiche di mitigazione e le misure prese in considerazione da IPCC AR4 WGIII (Kahn-Ribeiro et al., 2007) in tutta la gamma di modi di trasporto includevano:

• pianificazione territoriale e dei trasporti;
• fiscalità e prezzi;
• strumenti normativi e operativi;
• standard di risparmio di carburante;
• gestione della domanda di trasporto;
• politiche non climatiche che influenzano le emissioni di gas a effetto serra;
• co-benefici e misure accessorie.

Per l'aviazione, gli strumenti economici sono stati le principali misure politiche che sono state prese in considerazione. La tassazione del cherosene rimane una misura impopolare per l'industria aeronautica e la sua prospettiva ha causato un certo disaccordo tra alcuni Stati membri dell'ICAO, sebbene l'Unione europea (UE) consideri la tassazione un'opzione di mitigazione praticabile. Si ritiene probabile che un'introduzione della tassazione a livello regionale comporterebbe distorsioni della concorrenza (Resource Analysis, 1999), sebbene alcuni stati impongano la tassazione locale sul carburante ma utilizzino le entrate per lo sviluppo delle infrastrutture aeronautiche. Altri hanno esaminato i potenziali impatti di una tassa sulle emissioni in rotta (Wit e Dings, 2002) e hanno concluso che se fosse applicato in modo non discriminatorio non avrebbe un impatto significativo sulla concorrenza tra vettori europei e non europei. La maggior parte degli studi di questo tipo sulla tassazione o sugli oneri concludono che i risparmi sulle emissioni derivano da riduzioni della domanda. Ciò è in contrasto con uno studio dell'ICAO-CAEP sull'impatto di un sistema di scambio di quote di emissione aperto che ha rilevato che la domanda è stata ridotta solo dell'1% in un caso di base.

Fig. 8. Dati di efficienza aerea per il periodo 1970-2007: fattore di carico passeggeri (%) (asse sinistro) e RPK e ASK per unità di combustione del combustibile (asse destro), sorgente ICAO.

Dall'articolo 2.2. del protocollo di Kyoto specifica che la "riduzione o limitazione delle emissioni" di CO2 del trasporto aereo dovrebbe essere effettuata tramite l'ICAO, all'interno del forum sono state discusse opzioni basate sul mercato.

Tuttavia, finora non è stato raggiunto il consenso a livello globale attraverso l'ICAO sull'introduzione o l'uso di strumenti economici. Di conseguenza, la Commissione europea (CE) ha avviato lo sviluppo di una politica climatica per la CO2 - scambio di emissioni - che include il trasporto aereo internazionale. Nel 2006 la CE ha presentato proposte sullo sviluppo di un sistema di scambio di quote di emissioni che porterà l'aviazione all'interno del sistema di scambio esistente in Europa.

Questa proposta è stata discussa in modo controverso tra la CE, il Parlamento europeo e il Consiglio europeo e nel 2008 ha portato a un compromesso, in base al quale tutti i voli all'interno dell'UE e tutti i voli da/per aeroporti europei saranno coperti dal 2012 in poi, e le emissioni saranno limitate a livelli medi nel periodo 2004-2006. Un'analisi modello prevede una riduzione delle emissioni del 46% su un caso base entro il 2020, principalmente attraverso l'acquisto di quote da altri settori e risparmi di emissioni realizzati altrove (CE, 2006). Di recente, in occasione dell'assemblea generale dell'ICAO nel settembre 2007, sono state discusse opzioni basate sul mercato per il controllo delle emissioni di CO2 nel settore dell'aviazione. L'ICAO ha approvato il concetto di un sistema aperto e volontario di scambio di quote di emissione, ma non ha avviato tale sistema. In risposta alla proposta della Commissione europea di includere vettori non europei in arrivo o in partenza negli aeroporti europei nel sistema europeo di scambio di quote di emissioni, l'Assemblea generale dell'ICAO del 2007 ha esortato gli Stati membri a non applicare un sistema di scambio di emissioni sulle compagnie aeree di un altro Stato '' salvo che sulla base di un accordo reciproco tra questi Stati''. In risposta alla presente Risoluzione dell'Assemblea, tutti e 42 gli Stati membri europei dell'ICAO hanno formulato una riserva formale e hanno dichiarato di non avere intenzione di esserne vincolati (ICAO, 2007).

6. Discussione

6.1. Consumo di carburante per l'aviazione e emissioni di CO2 nel contesto

Le emissioni di CO2 del trasporto aereo hanno rappresentato il 2,5% delle emissioni totali di combustibili fossili di CO2 nel 2005, utilizzando le statistiche del Centro di analisi delle informazioni sull'anidride carbonica (Marland et al., 2008). Questa frazione ha raggiunto il picco nel 2000 al 2,7% (676 Tg CO2 yr-1) ma successivamente è diminuito a seguito di eventi che hanno interessato l'aviazione post 2000 ma sta iniziando aumentare ancora una volta come frazione del totale del combustibile fossile annuale emissioni di CO2 (vedi Fig. 2). In confronto, tassi di emissione annuali nel 2000 per il trasporto stradale globale, il trasporto marittimo globale e l'aviazione erano 4114 Tg CO2 yr-1 (Eyring et al., 2005), 784 Tg CO2 yr-1 (Buhaug et al., 2008) e aviazione 676 Tg CO2 yr-1 (questo lavoro, da Dati IEA), rispettivamente. Di conseguenza, il 12% delle emissioni di CO2 prodotte dai trasporti per via aerea e il 21% delle emissioni totali di combustibile fossile di CO2 proveniva dal settore dei trasporti nel 2000.

Le emissioni antropogeniche totali di CO2 sono aumentate a tassi sempre maggiori nel periodo 1990-2004: il tasso di aumento è stato dell'1,1% yr-1 per il periodo 1990-1999 e del 3% yr-1 per il periodo 2000– 2004 (Raupach et al., 2007) (vedi Fig. 2). Se si considerano periodi simili per l'aviazione, le sue emissioni di CO2 sono aumentate in media dell'1,8% yr-1 per il periodo 1990-1999 e per il periodo 2000-2004 il tasso di aumento è stato leggermente inferiore all'1,6% yr-1 (vedi Fig. 2). Tuttavia, quest'ultimo periodo è stato quello in cui i tassi di emissione del trasporto aereo sono entrambi diminuiti e aumentati di nuovo per motivi settoriali specifici. Se si considera il periodo 2000-2005, le emissioni di CO2 del trasporto aereo sono aumentate ad un tasso del 2,1% yr-1, rispecchiando la crescita delle percentuali di emissioni di CO2 antropogeniche totali nel tempo.

La CO2 RF proveniente dall'aviazione o da qualsiasi altra fonte di CO2 dipende dal suo accumulo nell'atmosfera. Ad un primo ordine, la concentrazione atmosferica di CO2 è il risultato delle emissioni integrate nel tempo. Le emissioni integrate di CO2 del trasporto aereo sono riportate nella Tabella 5. Dal 1940 al 2005, l'integrale è 21,3 Pg di CO2, che rappresenta il 2,1% delle emissioni di CO2 da combustibili fossili in quel periodo, o l'1,8% delle emissioni di CO da combustibili fossili 2 dal 1750 utilizzando i dati di Marland et al. (2008). Le emissioni cumulative di CO2 per il trasporto aereo nel periodo dal 1940 al 2050 per i vari scenari di trasporto aereo qui esaminati sono riportate anche nella Tabella 5. Le emissioni cumulative sono comparabili tra gli scenari del 2050 mentre i tassi di emissione di CO2 per il 2050 differiscono in modo significativo, spiegando così perché le RF di CO2 risultanti per l'aviazione nel 2050 non differiscono notevolmente.


6.2. Efficienza del traffico aereo

L'efficienza del trasporto aereo sta migliorando ma i tassi di emissione su base annua sono comunque in aumento. Se si esaminano le tendenze di RPK (vedere la figura 2) e ASK, è chiaro che i fattori di carico medi stanno aumentando (figura 8). Inoltre, ASK e RPK per unità di consumo di carburante stanno aumentando nel tempo (Fig. 8), quindi è chiaro che l'efficienza di trasporto dell'aviazione globale sta migliorando. Questo miglioramento ha diversi fattori sottostanti che sono difficili da districare e attribuire. In generale, l'efficienza del traffico della flotta aerea globale è influenzata dal fattore di carico, dall'efficienza del sistema delle operazioni (ritardi, rotte, ecc.), Dal miglioramento della tecnologia, dalla velocità di rinnovo della flotta e dalle dimensioni medie degli aeromobili.

I fattori di carico dei passeggeri sono al massimo storico e sono improbabili ulteriori miglioramenti significativi (Fig. 8) (Airbus, 2007).

Considerare il rinnovo della flotta comporta la complessità della velocità con cui la nuova tecnologia entra nella flotta e gli aerei più vecchi vengono ritirati.

La tariffa combinata si manifesta come l'età media della flotta globale, in calo per il trasporto passeggeri ma in generale in aumento per gli aerei da trasporto (Airbus, comm. Comm.). Gli aeromobili da carico rappresentavano solo l'8% della flotta globale nel 2006 (Airbus, 2007), ma va notato che la maggior parte delle merci viene trasportata nelle stive degli aerei passeggeri. I fattori di carico per le merci trasportate su aeromobili passeggeri non sono generalmente disponibili a causa della natura commercialmente sensibile dei dati. Tuttavia, ottimizzando la capacità di trasporto merci, ciò offre ulteriori opportunità di miglioramento dell'efficienza del traffico.

La dimensione media degli aeromobili è inoltre aumentata nel corso degli anni sia per aeromobili regionali (<100 posti) che più grandi (> 100 posti) (Airbus, 2007) (Fig. 9). Tutti questi fattori insieme tendono a migliorare l'efficienza del traffico aereo in termini di RPK (kg di carburante)-1. L'efficienza dell'infrastruttura del trasporto aereo è l'unico fattore che tende a contrastare l'efficienza complessiva del traffico; ci sono stati aumenti dei ritardi che sono sintomatici della congestione infrastrutturale che tende a ridurre l'efficienza del carburante e del traffico. Ciò che questo quadro complesso mostra, tuttavia, è che i recenti miglioramenti non derivano solo da una migliore tecnologia (ad esempio, aeromobili più recenti e più efficienti in termini di consumo di carburante), ma piuttosto da una serie di fattori che influenzano la composizione della flotta dell'aviazione civile globale in termini di dimensioni, età e tasso di utilizzo.

Tabella 5
Emissioni aeronautiche di CO2 (annuali e cumulative) per il 2005, 2020 e 2050 dai dati IEA e proiezioni fatte in questo lavoro come Tg CO2 anno 1. La nomenclatura "A1" e "B2" per gli scenari 2050 si riferisce alla coerenza con due delle proiezioni del PIL SRES dell'IPCC e "t1" e "t2" si riferisce a due livelli di tecnologia NOx come descritto da IPCC (1999).

6.3. Impatti del trasporto aereo sul clima - prospettive per il futuro

Come è stato dimostrato in precedenza dal rapporto IPCC (1999), da una serie di altre valutazioni e da questo lavoro, gli impatti climatici del trasporto aereo non derivano solo dalle sue emissioni di CO2 ma anche da altre emissioni ed effetti associati. Questi effetti non CO2 in termini di RF erano approssimativamente uguali alla CO2 RF nel 2005, che produce una RFI (vedere Sezione 2.4) di circa 2. L'inclusione degli effetti AIC aumenta la RFI a circa 3. La metrica RFI è stata spesso interpretata erroneamente al di fuori della comunità scientifica come moltiplicatore da utilizzare con le emissioni di CO2 per fornire un'emissione totale di CO2 equivalente per scenari aerei futuri. Se utilizzato correttamente, l'RFI fornisce un indicatore numerico dell'effetto climatico aggiuntivo associato alle RF non CO2 valutate per una data specifica. L'entità della RFI per scenari futuri dipende in gran parte dal tasso di crescita delle emissioni del trasporto aereo: se le emissioni della flotta restassero invariate ai valori del 2005 a tempo indeterminato, la RFI si avvicinerebbe a un valore di circa 1,5 (escluso AIC) (Wit et al., 2005; Forster et al., 2006, 2007b). Questo perché la RF CO2 aumenta nel tempo dall'accumulo costante di emissioni di CO2 nell'atmosfera mentre le RF non CO2 rimarrebbero costanti in uno scenario così ipotetico, in assenza di miglioramenti tecnologici.

L'aviazione contribuisce attualmente a una forzatura radiativa piccola ma significativa dei cambiamenti climatici, stimata tra il 3,5% (1,3-10%, intervallo di probabilità 90%) e 4,9% (2,0-14%, intervallo di probabilità 90%) della RF antropogenica totale, a seconda se l'AIC RF è escluso o incluso, rispettivamente. Si prevede che il contributo del trasporto aereo (escluso l'AIC) aumenterà di circa 3-4 volte entro il 2050, diventando una percentuale crescente della RF antropogenica totale (4-4,7%) (Tabella 4). Come è stato dimostrato, l'efficienza complessiva del trasporto aereo sta migliorando, ma questi fattori sono già integrati negli scenari di emissione qui analizzati. Pertanto, la futura RF per l'aviazione totale dipenderà molto probabilmente dal tasso di crescita del trasporto aereo e meno dal tasso di miglioramento tecnologico e della flotta attualmente previsto sulla base dello sviluppo tecnologico evolutivo.

Fig. 9. Variazione delle dimensioni medie dell'aeromobile nella flotta globale in termini di numero medio di posti per partenza (fonte, Airbus, 2007).

Tra il 2005 e il 2007, il traffico è aumentato di un ulteriore 12,9% in termini di RPK, quindi la crescita totale di RPK tra il 2000 e il 2007 è stata del 38% (i dati del carburante IEA non erano disponibili dopo il 2006 al momento della stesura). Nel periodo 2007-2008, i prezzi del carburante sono aumentati notevolmente e ciò potrebbe influire sul futuro tasso di crescita del trasporto aereo.

Le misure di mitigazione con mezzi tecnologici potrebbero potenzialmente rallentare la velocità con cui aumenta la RF dell'aviazione. Altre misure includono misure di mercato e normative. Le misure basate sul mercato sono generalmente preferite da molti settori, compreso il trasporto aereo. In questa classe di misure, il principale contendente è lo scambio di quote di emissioni, che nel caso del trasporto aereo sta in gran parte cercando di ridurre le emissioni di CO2 nell'ambito di un regime di "capitalizzazione". Vi sono prospettive di attuazione di un regime regionale nei prossimi 5 anni circa all'interno dell'UE che includa tutto il traffico interno dell'UE più tutti gli aeromobili in arrivo e in partenza (cfr. Sezione 5.3). La portata geografica complessiva del regime previsto può essere giuridicamente contestata da Stati non UE. Tuttavia, sviluppi più recenti (ad es. In Australia (Anon, 2008; Garnaut, 2008)) potenzialmente aprono la possibilità al collegamento regionale di schemi se si possono superare problemi di compatibilità.

7. Conclusioni

L'IPCC ha affrontato il settore dell'aviazione attraverso i suoi WGI e WGIII nelle Quarte relazioni di valutazione pubblicate nel 2007 (IPCC, 2007).

WGI ha valutato la RF per la nuvolosità dell'aviazione nel 2005 sulla base delle stime disponibili del 2000 e WGIII ha valutato la proporzione che la RF dell'aviazione rappresentava della forzatura antropogenica totale nel 2005.

Nel presente studio, i dati sono stati presentati per mostrare una significativa crescita del traffico e aumenti nell'uso globale di carburante per aviazione e RPK tra il 2000 e il 2005. I dati sul traffico erano disponibili fino al 2007, il che mostrava un aumento del 38% di RPK tra il 2000 e il 2007 (media tasso di crescita del 5,3% yr-1). Gli aumenti si sono verificati nonostante una serie di eventi che hanno cambiato il mondo come la Guerra del Golfo e la SARS che hanno minacciato l'uso dell'aviazione globale. Le RF di ricalcolo dell'aviazione per il 2005 hanno rivelato un totale di 55 mW m-2 (escluso AIC), un aumento del 14% rispetto al valore del 2000 assunto dall'IPCC (2007). Inoltre, i PDF sono stati derivati ​​per rappresentare l'incertezza in ciascuna componente dell'aviazione in modo coerente con le analisi precedenti. I PDF sono stati combinati utilizzando un'analisi Monte Carlo per ricavare un PDF per la RF totale dell'aviazione e la frazione che rappresenta della RF antropogenica totale. Da questi, la RF totale aviazione del 2005 di 55 mW m-2 ha un intervallo di probabilità del 90% di 23–87 mW yr-2, escluso l'AIC. Includendo AIC si ottiene un valore mediano di 78 mW yr-2 con un intervallo di probabilità del 90% di 38-139 mW yr-2. Questi nuovi risultati indicano che l'aviazione rappresenta una quota del 3,5% della forzatura antropogenica totale nel 2005 (intervallo di probabilità del 90% dell'1,3-10%), escluso l'AIC, o una quota del 4,9% (intervallo di probabilità del 90% del 2-14%) compreso l'AIC. Pertanto, un contributo dell'aviazione superiore al 14% è molto improbabile (meno del 5% probabile) sulla base delle conoscenze attuali.

Sono stati costruiti diversi scenari 2050 per il futuro utilizzo potenziale di carburante per l'aviazione e le emissioni. Le previsioni dell'RPK sono state utilizzate dall'ICAO/FESG per calcolare le emissioni nel 2020 e ulteriori proiezioni dell'RPK fino al 2050 sono state collegate agli scenari del PIL dell'IPCC. Le emissioni del trasporto aereo sono state quindi derivate dalle stime dell'RPK con ipotesi che definiscono l'efficienza del traffico della flotta aerea. Dalle emissioni, i valori RF sono stati calcolati utilizzando metodologie di ridimensionamento. Per una previsione di crescita del traffico fino al 2020, la forzatura complessiva è stata stimata in 84 mW yr-2, che è un fattore di 1,7 superiore a quello calcolato per il 2000. Due ulteriori scenari di crescita dell'aviazione fino al 2050 sono stati derivati ​​rispecchiando il Scenari IPCC A1 e B2 con due varianti di tecnologia NOx (t1 e t2). La RF per l'aviazione per lo scenario 2050 A1t1 di 194 mW yr-2 rappresenta un aumento di un fattore di 4,0 rispetto al 2000 e il valore per lo scenario 2050 B2t1 di 154 mW yr-2 è un aumento di un fattore di 3.2 rispetto al 2000. Entrambi gli scenari ipotizzano miglioramenti della tecnologia precedentemente previsti dall'IPCC (1999). Le RF AIC per tutte le previsioni 2020 e gli scenari 2050 sono state ridimensionate in base al consumo di carburante rispetto al valore AIC RF 2005 ma non sono incluse nei totali RF qui presentati. I metodi con cui sono stati calcolati i 2050 RF sono stati semplificati, in particolare per gli impatti di O3, CH4 e scie di condensazione. Pertanto, i risultati qui presentati sono indicativi e dovrebbero essere seguiti con uno sforzo internazionale su più modelli. Nel caso di AIC, sottolineiamo che in letteratura non è stato ancora presentato alcun modello basato sui processi e che vi è un urgente bisogno di tale modellizzazione.

Una serie di opzioni e possibilità per ridurre le emissioni del trasporto aereo, concentrandosi principalmente sulla CO2, è stata presa in considerazione dall'IPCC AR4 WGIII ("riduzioni massime realizzabili"). Per riduzioni sostanziali delle emissioni, dovranno essere introdotte tecnologie nuove e radicali come aeromobili ad ala mista e motori a propulsione non canalizzata.

Al momento ci sono poche prospettive per carburanti alternativi come l'idrogeno liquido per realizzare un sostanziale risparmio di emissioni e l'utilità dell'uso dei biocarburanti nel settore dell'aviazione rimane incerta, principalmente a causa dei rigorosi requisiti sulla composizione del carburante per motivi di sicurezza. È stata esaminata una gamma limitata di scenari per stimare quale grado di risparmio di CO2 potrebbe essere realizzato entro il 2030. I potenziali risparmi sono limitati a causa della lunga durata dei nuovi aeromobili; ad esempio, la flotta nel 2030 comprenderà sostanzialmente il meglio della tecnologia odierna, che ha prodotto rendimenti decrescenti in termini di efficienza del carburante. Tutti gli scenari 2030 hanno comportato un aumento delle emissioni in linea con la crescita sottostante della domanda di passeggeri che varia da 2,0 a 3,3 volte le emissioni di CO2 del 2002. Le politiche e le misure sono state difficili da formulare per il settore dell'aviazione in relazione alla CO2; la tassazione del carburante è impopolare in molti paesi e lo scambio di emissioni ha avuto solo una proposta di attuazione limitata. Attualmente, l'unica proposta di un quadro politico giuridico che affronta direttamente la riduzione mirata delle emissioni di CO2 nel settore dell'aviazione è quella dell'UE che intende incorporare il trasporto aereo nel suo più ampio sistema di scambio di quote di emissioni nel 2012. Determinazione di come o se tenere conto gli effetti non legati alla CO2 del trasporto aereo nella politica climatica rimangono importanti, non solo per la realizzazione del pieno potenziale di mitigazione dei cambiamenti climatici, ma anche per l'accettazione di qualsiasi politica da parte della comunità delle parti interessate.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato supportato dal Dipartimento dei trasporti del Regno Unito, dal sesto progetto quadro della Commissione europea "QUANTIFY" (contratto n. 003893-GOCE, http://ip-quntify.eu) e dal progetto "Omega" del Fondo per l'innovazione nell'istruzione superiore per l'Inghilterra (http://www.omega.mmu.ac.uk). DF/NOAA è supportato dal Programma di composizione e clima atmosferico NOAA (ACCP). Vorremmo anche ringraziare il professor Bernd Kärcher del DLR e un revisore per commenti ampi e costruttivi. La dott.ssa Christine Bickerstaff di Airbus UK è stata estremamente utile nel fornire i dati Airbus (Fig. 9). Le opinioni presentate qui sono quelle degli autori e non rappresentano necessariamente le opinioni delle rispettive organizzazioni.

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