全球气候变化:我们知道和不知道的3件事

  自然
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我们对地球气候的许多方面并不了解,在这个星球的地表和大气层,物理、化学和生物过程是如此之复杂。 但是,有些事我们能够确定。地球正在变暖,人类活动要为此负很大责任。不过,地球究竟处于变暖过程的哪一阶段? 整个地球和各地区分别将受什么影响?气候变化将如何影响我们的生活?

Michael Le Page是《新科学家》杂志生物和环境特稿编辑。在下面的文章中,他选取证据,描绘出一个简要的框架,列举了我们现在对气候变化这一迫在眉睫的问题,所了解和不了解的各方面。

我们知道:温室气体“捂热”地球

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冰川融化,春季提前来临,植被分界线往高海拔推进,动物分布的变化—-多种证据都支持温度计显示的事实:地球的确越来越暖和。整个20世纪,全球平均气温升高了0.8摄氏度。

温度升高,有两种解释:到达地球的热量变多,或离开地球的热量变少。第一种解释可以排除。太阳活动的变化,只使每年到达地球的热量变动大约0.1%。卫星数据显示,热量近几十年来在总体上并未有明显增长。那么,只剩下第二种解释:离开地球的热量变少了。

造成这一结果的原因很多。一种观点认为,二氧化碳等温室气体增多了。这些气体吸收特定频率的红外辐射,而这些热能本会发散到太空中。温室气体会重新将一些没发散出去的能量辐射回地球表面和低层大气;大气层中温室气体增加,意味着能发散出去的热量减少,地球因此变得更温暖。

通过研究地球过去的气候,人们发现,不论何时,只要二氧化碳浓度上升,地球就会变暖。自从19世纪工业时代开始,大气中二氧化碳浓度从280ppm上升到380ppm(编者注:ppm为百万分比浓度)。虽然有多种因素同时影响我们星球的气候,但已有的证据表明:二氧化碳是引起近年来气候变暖的首要原因。

我们不知道:人们会排放多少温室气体?

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除非我们知道大气层中最后会有多少温室气体,否则我们无法预测未来几年地球温度会上升多少。

人类是最大的不确定性因素。我们未来如果能大幅度减排,二氧化碳浓度就不会超过400ppm,温度不至于升高太多。但事实上,只有少数国家承诺削减温室气体的排放,中美等重要排放国并不在列;而一些做出承诺的国家还在暗中建造更多火电厂,承诺的可信度打上折扣。目前,温室气体的排放轨迹接近于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的最差情况。如果还不减排,2100年二氧化碳浓度可能达到1000ppm甚至更高。

另一个不确定因素是地球的反应。到目前为止,大气中人类排放的二氧化碳被海洋大量吸收,大约占排放量的1/3。试想,如果这个缓冲效应减弱以后会怎样。当前,大气中二氧化碳浓度上升使地球变暖,但过去二氧化碳浓度也在自然上升。

现在,暖水海洋溶解二氧化碳的能力下降,而我们依然不知道确切原因;有人提出生物活性的改变或许能解释这一现象。如果这种机制开始生效,人们就需要更大力度的减排才能抑制地球变暖。

永久冻土层、泥炭沼泽和海底甲烷水合物中封藏有大量温室气体。我们尚不知道储藏量有多大,不知道冻土层会融化多少,也不知道泥炭沼泽会干涸到什么程度,不知道大海会不会随着温度升高开始从水合物中释放甲烷—-作为温室气体,甲烷可比二氧化碳更强力。

这些风险都难以量化,IPCC考虑的情境很大程度上忽略了它们。最坏的情况是,即使我们大幅度减排,二氧化碳浓度还是持续升高。我们采取行动越晚,行动产生的效果就越弱。

我们知道:其它污染物在给地球降温

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我们往大气中排放各种物质。同二氧化碳一样,一氧化二氮和氟氯烃也是温室气体。煤烟,即炭黑,可以通过吸收热量让物体升温,同时也会形成遮蔽,冷却地表。其他反射物也将太阳热量反射到太空,让地表降温。

大型火山喷发时,会向大气中排放二氧化硫,比如1991年菲律宾的皮纳图博火山。它喷发后一两年间,地球温度降低了。但是,不同于二氧化碳,二氧化硫的效果是短暂的。因为二氧化硫在大气中会形成液体气溶胶,最终随雨降回地面。

燃烧含硫的化石燃料可以大大增加大气中二氧化硫浓度。20世纪40到70年代间,二氧化硫污染非常严重,平衡了二氧化碳造成的温室效应。西方国家为遏制酸雨减少了硫排放,这一掩蔽效应也逐渐消失,地球变暖继续进行。

2000年硫排放的增加,很大程度上源于中国火电厂数量的增多。现在,中国正为这些火电厂安装脱硫设备。二氧化硫排放减少后,温室效应将会加剧。

我们不知道:冷却作用有多强

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有的污染物可以在大气中形成微小的气溶胶液滴,它们能造成异常复杂的影响。二氧化硫气溶胶反射了多少热量,要受很多因素影响:气溶胶液滴的大小,在大气中的高度,夜晚还是白天,处于哪个季节……

气溶胶对云也产生很大影响,比如,云会因为它变得更亮,能将更多热量反射到太空。气溶胶存在的时间很短,通常不会像二氧化碳一样在大气中均匀分布,而容易聚集在污染物的中心。

正因此,我们仍不能确定诸如二氧化硫这样的污染物带来的降温效果有多少。随着二氧化碳的排放增加,降温效果也被温室效应抵消,这一点倒是很明确。但是,温度升高是不是由于较强的降温效应被更强的温室效应抵消后产生的效果?或者,只是温和的降温效应中和了更温和的温室效应?

大部分IPCC的模型显示,是第二种情境。但是,如果气溶胶降温效果强过人们的预想,地球可能在气溶胶浓度降低后加速变暖。

我们知道:地球会变得非常热

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在一个无生命、无水的星球上,大气中二氧化碳浓度升高至两倍,星球温度会升高1.2摄氏度。不过,在地球上,即使没有气溶胶的复杂影响,这一过程也不那么简单。

先看水的作用。水蒸气是强效的温室气体。大气温度升高,蕴含的水蒸气就更多。一旦更多二氧化碳进入湿润的地球大气层,温室效应就会迅速加剧。

这种“正反馈”现象不单单只有这一例。温度一升高,原本能反射阳光的积雪层和海冰会迅速融化,最终导致更多热量被吸收,温室效应加剧。从更长的时间尺度考量,植被变化也会影响热量吸收,而且陆地和海洋也可能释放更多二氧化碳,超过其吸收量。成百上千年过去,冰盖可能大面积融化,进一步减少地球反射率。排除诸如超级火山爆发这样无法意料的灾难,地球会因此变得非常温暖。但是,究竟会温暖到什么程度呢?

我们不知道:究竟会变得有多热

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如果大气中的二氧化碳浓度变成现在的两倍,那么地球究竟会变得有多热?有一种方法可以探询复杂反应后的结果:利用地球气候的计算机模型。另一个更为可靠的办法是参照最近数百万年的气候情况,考察过去二氧化碳浓度改变如何影响气候。

“气候敏感性”是衡量气候系统中温度变化的指标,通常取大气中二氧化碳浓度升至2倍后,引起的全球平均温度变化。上述两种方法都表明,若二氧化碳浓度变为现在的两倍,地球温度至少会提高2摄氏度。而大部分研究认定:升高3摄氏度的可能性最大。

一些对过去气候的研究却表明,升温可能达到6摄氏度或更高。出现这种差异的原因之一是,气候模型只能考虑短期反馈,然而史前气候研究还包括长期反馈,比如冰盖的改变。如果这些研究和真实图景接近,那么我们的模型可能会提供未来几十年气候变暖情况的精确答案,但是,会低估未来几个世纪甚至更长时间的温室效应。

正因为可能存在的缺陷,气候模型甚至会低估近期气候对温室效应的反馈。这意味着我们可能低估2050年或2100年的温室效应。一些研究表明,气候模型中,海洋吸收了比实际情况更多的热量;其它研究表明,云系可能产生比模型中更多的正反馈。因为不能确定气溶胶的冷却效果,也不确定温室效应的实际强度,这些问题还没能解决。

大多数证据仍然表明,短期内“气候敏感性”大概是3摄氏度左右,同IPCC的气候模型一致。不过,即使这数字已经算低得不可能,实际情况仍可能更高。

而即使“气候敏感性”是3度,现在也几乎没可能限制气温升高。想让气温仅比前工业时代高2度很难。根据最近的研究,到2050年,我们有超过50%的可能性尽一切努力减排,削减80%的排放。

IPCC在2007年的报告建议将大气中二氧化碳浓度限制在450ppm;现在这一数字是380ppm。随着中印等国排放量的增加,目标似乎已经难以达到。从现在的趋势来看,最快在21世纪60年代气温就可能上升超过6度。如果“气候敏感性”高过我们预期,或者二氧化碳排放比IPCC情境预测的最坏情况还要高,升温幅度甚至将不止6度。

 

编者注:在本文中,我们节选出《新科学家》系列文章对气候变化现状最基本的阐述,旨在让读者对这些最基本的问题有所了解。而整个地球、世界各地、人类生活具体将在气候变化受到怎样的影响,我们将在另一篇文章中展开介绍。

 

本文编译自 Climate change: What we do–and don’t–know

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