常 问 的 问 题 1.1 哪 些 因 子 决 定 地 球 的 气 候? 气 候 系 统 是 一 个 复 杂 的 各 部 分 相 互 作 用 的 系 统, 包 括 大 气 陆 地 表 面 雪 和 冰 海 洋 和 其 它 水 体 以 及 生 物 气 候 系 统 中 的 大 气 部 分 决 定 了 气

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1 根 据 政 府 间 气 候 变 化 专 门 委 员 会 第 一 工 作 组 接 受 但 未 经 详 细 批 准 的 报 告 常 问 的 问 题 常 问 的 问 题 的 引 用 : 这 些 常 问 的 问 题 直 接 摘 自 主 报 告 的 有 关 章 节 并 汇 集 于 此 当 涉 及 具 体 问 题 时, 请 参 阅 常 问 的 问 题 原 引 报 告 中 的 相 关 章 节 当 引 用 这 套 常 问 的 问 题 时, 请 按 以 下 方 式 引 用 : IPCC,2007: 气 候 变 化 2007: 自 然 科 学 基 础, 政 府 间 气 候 变 化 专 门 委 员 会 第 一 工 作 组 第 四 次 评 估 报 告 [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor 和 H.L. Miller 等 ] 英 国, 剑 桥, 剑 桥 大 学 出 版 社 和 美 国, 纽 约

2 常 问 的 问 题 1.1 哪 些 因 子 决 定 地 球 的 气 候? 气 候 系 统 是 一 个 复 杂 的 各 部 分 相 互 作 用 的 系 统, 包 括 大 气 陆 地 表 面 雪 和 冰 海 洋 和 其 它 水 体 以 及 生 物 气 候 系 统 中 的 大 气 部 分 决 定 了 气 候 最 明 显 的 特 征 ; 气 候 常 常 被 定 义 为 天 气 的 平 均 状 态 气 候 通 常 被 描 述 为 从 数 月 到 数 百 万 年 的 一 段 时 间 内 ( 通 常 采 用 30 年 的 时 间 段 ) 的 气 候 降 水 和 风 的 平 均 值 及 变 率 由 于 其 内 在 动 力 作 用 的 影 响, 以 及 影 响 气 候 的 外 部 因 子 ( 称 为 强 迫 ) 的 变 化, 气 候 系 统 随 着 时 间 而 逐 渐 演 变 外 部 强 迫 包 括 诸 如 火 山 爆 发 太 阳 变 化 等 自 然 现 象 以 及 人 为 引 起 的 大 气 成 分 的 变 化 太 阳 辐 射 为 气 候 系 统 提 供 了 动 力 改 变 地 球 的 辐 射 平 衡 有 三 种 最 基 本 的 方 法 :1) 改 变 入 射 的 太 阳 辐 射 ( 例 如 由 于 地 球 轨 道 发 生 了 变 化 或 太 阳 本 身 的 变 化 );2) 改 变 被 反 射 的 那 部 分 太 阳 辐 射 ( 称 为 反 照 率 ; 例 如 由 于 云 量 大 气 微 粒 或 地 表 植 被 的 变 化 ); 和 3) 改 变 地 球 向 空 间 的 长 波 辐 射 ( 例 如 由 于 温 室 气 体 浓 度 的 变 化 ) 反 过 来, 通 过 各 种 反 馈 机 制, 气 候 直 接 和 非 直 接 地 对 上 述 变 化 做 出 反 应 在 白 天, 每 一 秒 钟 内, 到 达 面 向 太 阳 的 地 球 大 气 顶 层 表 面 的 能 量 为 每 平 方 米 1,370 瓦 特, 而 均 摊 到 整 个 地 球, 每 秒 钟 内 到 达 每 平 方 米 表 面 的 能 量 只 有 上 述 数 值 的 四 分 之 一 ( 见 图 1) 到 达 大 气 顶 层 的 太 阳 光 中 约 有 30% 被 反 射 回 太 空 而 被 反 射 的 太 阳 光 中 约 有 三 分 之 二 是 由 于 云 和 大 气 中 被 称 为 气 溶 胶 的 小 微 粒 反 射 的 剩 下 的 三 分 之 一 是 由 地 球 表 面 上 浅 色 的 地 区 主 要 是 雪 冰 和 沙 漠 反 射 的 当 发 生 大 规 模 的 火 山 爆 发 时, 爆 发 物 被 喷 入 大 气 中 非 常 高 的 地 方, 这 就 会 使 气 溶 胶 反 射 的 太 阳 光 量 发 生 十 分 显 著 的 变 化 ( 接 下 页 ) FAQ 1.1, 图 1. 地 球 年 度 和 全 球 平 均 能 量 平 衡 估 算 从 长 期 来 讲, 地 球 和 大 气 吸 收 的 入 射 太 阳 辐 射 的 量 与 地 球 和 大 气 向 外 辐 射 的 长 波 辐 射 的 量 是 持 平 的 入 射 的 太 阳 辐 射 中 约 有 一 半 被 地 球 表 面 吸 收 通 过 加 热 与 地 表 接 触 的 空 气 ( 上 升 暖 气 流 ) 蒸 发 和 被 云 以 及 温 室 气 体 吸 收 的 长 波 辐 射, 能 量 被 传 导 到 大 气 中 大 气 反 过 来 又 以 长 波 辐 射 将 能 量 反 馈 给 地 球, 和 向 外 辐 射 到 太 空 出 处 :Kehl 和 Trenberth(1997 年 ) 94

3 一 般 而 言, 降 雨 能 在 一 到 两 周 内 清 除 大 气 中 的 气 溶 胶, 但 是 如 果 剧 烈 的 火 山 爆 发 产 生 的 物 质 被 喷 送 到 比 最 高 层 的 云 还 要 高 得 多 的 地 方, 这 些 气 溶 胶 会 在 影 响 了 气 候 一 到 两 年 之 后, 才 会 降 至 对 流 层, 然 后 由 降 水 将 其 输 送 回 地 表 因 此, 大 规 模 的 火 山 爆 发 能 够 让 全 球 表 面 平 均 气 温 下 降 约 半 摄 氏 度, 并 且 持 续 数 月 甚 至 数 年 的 时 间 一 些 人 为 产 生 的 气 溶 胶 也 反 射 了 大 量 的 太 阳 光 没 有 被 反 射 回 太 空 的 能 量 被 地 球 表 面 和 大 气 吸 收 了 每 平 方 米 约 吸 收 240 瓦 特 (Wm -2 ) 为 了 与 入 射 的 能 量 保 持 平 衡, 地 球 本 身 也 必 须 向 太 空 辐 射 出 平 均 起 来 等 量 的 能 量 地 球 通 过 向 外 释 放 长 波 辐 射 来 实 现 这 种 能 量 的 平 衡 地 球 上 的 每 一 样 东 西 都 不 停 地 释 放 出 长 波 辐 射 这 就 如 同 一 个 人 感 受 到 火 辐 射 出 的 热 能 一 样 ; 一 个 物 体 的 温 度 越 高, 它 辐 射 出 的 热 能 就 越 多 要 释 放 出 240Wm -2 的 能 量, 物 体 表 面 温 度 必 须 达 到 -19 o C 这 比 地 球 表 面 的 实 际 温 度 要 低 得 多 ( 全 球 平 均 表 面 温 度 约 14 o C) 然 而, 在 地 球 表 面 以 上 5 公 里 高 处, 温 度 为 -19 o C 地 球 表 面 之 所 以 如 此 温 暖 是 由 于 温 室 气 体 的 存 在, 它 们 包 裹 住 了 部 分 地 球 表 面 发 出 的 长 波 辐 射 这 种 包 裹 效 应 被 称 为 自 然 的 温 室 效 应 最 重 要 的 温 室 气 体 是 水 汽 和 二 氧 化 碳 而 大 气 中 最 主 要 的 组 成 部 分 氮 气 和 氧 气 不 具 备 这 样 的 温 室 效 应 另 一 方 面, 云 也 会 发 挥 类 似 于 温 室 气 体 的 包 裹 作 用 ; 但 是 这 种 作 用 被 云 的 反 射 作 用 抵 消, 而 且 从 平 均 而 言, 云 往 往 对 气 候 产 生 冷 却 的 作 用 ( 然 而 局 部 地 区 会 感 受 到 云 的 增 温 效 应 ; 有 云 的 夜 晚 往 往 比 无 云 的 夜 晚 要 温 暖, 因 为 云 向 地 表 辐 射 长 波 能 量 ) 人 类 活 动 释 放 的 温 室 气 体 增 强 了 包 裹 效 应 例 如, 在 工 业 化 时 代, 大 气 中 的 二 氧 化 碳 含 量 增 加 了 约 35%, 现 在 被 公 认 为 是 由 于 人 类 活 动 造 成 的, 主 要 是 燃 烧 化 石 燃 料 和 毁 林 因 而, 人 类 已 经 显 著 地 改 变 了 全 球 大 气 的 化 学 成 分, 进 而 对 气 候 产 生 了 实 质 的 影 响 能 量 从 赤 道 地 区 输 送 到 高 纬 度 地 区 从 海 洋 或 陆 地 表 面 蒸 发 水 也 需 要 能 量, 当 水 蒸 气 在 云 中 凝 结 的 时 候, 这 种 称 为 潜 热 的 能 量 被 释 放 出 来 ( 见 图 1) 大 气 环 流 主 要 是 通 过 这 种 潜 热 的 释 放 来 驱 动 的 反 过 来, 通 过 风 作 用 在 海 洋 水 体 的 表 面, 以 及 通 过 降 水 和 蒸 发 来 改 变 海 洋 表 面 的 温 度 和 盐 度, 大 气 环 流 又 驱 动 了 许 多 海 洋 环 流 由 于 地 球 的 旋 转, 大 气 环 流 型 态 更 偏 东 西 向, 而 不 是 南 北 向 大 尺 度 的 天 气 系 统 嵌 在 中 纬 度 西 风 带 中, 向 两 极 地 区 输 送 热 量 这 些 天 气 系 统 是 十 分 常 见 的 移 动 低 压 和 高 压 系 统, 以 及 与 之 相 伴 随 的 冷 锋 和 暖 锋 由 于 陆 地 - 海 洋 温 差 和 山 脉 以 及 冰 盖 等 障 碍, 环 流 系 统 中 的 行 星 尺 度 大 气 波 的 地 理 位 置 往 往 会 被 大 陆 和 山 脉 固 定 住, 但 是 它 们 的 振 幅 会 随 着 时 间 改 变 因 为 波 的 型 态 使 然, 在 北 美 洲 出 现 一 个 特 别 冷 的 冬 季 的 同 时, 在 地 球 的 另 一 个 地 方 会 出 现 一 个 特 别 暖 的 冬 季 气 候 系 统 中 各 个 部 分 的 变 化, 如 冰 盖 尺 度 的 变 化 植 被 类 型 和 分 布 的 变 化 大 气 或 海 洋 温 度 的 变 化 都 会 影 响 大 气 和 海 洋 的 大 尺 度 环 流 特 征 气 候 系 统 中 有 许 多 反 馈 机 制 能 放 大 ( 正 反 馈 ) 或 缩 小 ( 负 反 馈 ) 气 候 强 迫 变 化 的 效 应 例 如, 温 室 气 体 浓 度 的 增 加 使 地 球 气 候 变 暖, 雪 和 冰 就 会 开 始 融 化 雪 和 冰 融 化 后, 原 来 藏 在 雪 和 冰 下 面 的 深 色 的 地 面 和 水 面 露 了 出 来, 这 些 深 色 的 表 面 吸 收 更 多 的 太 阳 热 量, 就 会 造 成 进 一 步 增 温, 进 而 又 造 成 更 多 的 雪 冰 融 化, 周 而 复 始, 愈 演 愈 烈 这 种 反 馈 循 环 被 称 为 冰 - 反 照 率 反 馈, 放 大 了 最 初 由 于 温 室 气 体 的 增 加 而 造 成 的 变 暖 试 图 破 解 复 杂 的 地 球 气 候 系 统 的 科 学 家 们 一 直 把 探 测 认 识 和 精 确 地 量 化 气 候 反 馈 作 为 其 大 量 研 究 工 作 的 重 点 因 为 地 球 呈 球 形, 到 达 热 带 地 区 的 太 阳 能 量 比 到 达 较 高 纬 度 地 区 的 能 量 多, 因 为 在 纬 度 较 高 的 地 方, 太 阳 通 过 大 气 和 和 海 洋 环 流, 包 括 风 暴 系 统, 95

4 常问的问题 常问的问题1.2 气候变化与天气之间 有何关系 气候通常被定义为平均天气 因此 气候变化 和天气是相互交织的 观测显示天气一直处于变化 之中 而一段时间内天气变化的统计数据反映出气 候变化的特征 虽然天气和气候密切相关 但二者 之间也存在重要的区别 科学家们常被问到这样的 问题 如果他们连从现在开始数周之后的天气都无 法预测 他们又如何预测从现在开始50年后的气 候 这实际上是常见的一种把天气和气候混为一谈 的现象 天气的混沌状态使得数天之后的天气难以 预料 然而 根据大气成分或其它要素的变化来预 估气候的变化(也就是长期的平均天气)是非常不同 且相对而言较易解决的问题 譬如 我们不可能预 测某个人的具体死亡年龄 但是我们可以很有把握 地说工业化国家人们的平均死亡年龄大约是75岁 另外一种常见的混淆天气和气候的现象是仅凭一次 寒冬或是地球上某个地区温度较低就否认全球变暖 极热和极冷的现象始终是存在的 尽管它们的频率 和强度随着气候的变化而变化 但是 如果把天气 状态作了空间和时间平均后 数据清晰地显示了全 球在变暖的事实 气象学家投入大量的工作来观测 认识和预测 天气系统逐天的演变 应用决定着大气运动 增 温 冷却 降雨 降雪和水分蒸发过程的物理学概 念 气象学家基本上已经能够成功地预测未来数天 的天气 制约数天之后天气可预测性的一个主要因 素是大气的基本动力特性 在二十世纪六十年代 气象学家Edward Lorenz发现初始状态的细微差别能 (接下页) ᄞ ଉ Վ ٷ ഘ գ FAQ 1.2,图1,气候系统各组成部分 其过程和相互影响的示意图. 96

5 使 最 终 的 预 报 结 果 出 现 很 大 差 异 这 就 是 所 谓 的 蝴 蝶 效 应 ; 一 只 蝴 蝶 在 某 个 地 方 扇 动 翅 膀 ( 或 某 个 其 它 微 小 的 现 象 ), 在 理 论 上, 可 以 随 后 改 变 远 方 异 地 的 天 气 状 况 这 种 效 应 的 核 心 是 混 沌 理 论, 即 研 究 某 些 变 量 的 微 小 变 化 如 何 使 复 杂 系 统 呈 现 显 而 易 见 的 随 机 结 果 然 而, 混 沌 理 论 并 不 意 味 着 完 全 无 序 例 如, 风 暴 系 统 发 展 过 程 中 的 各 种 条 件 如 果 出 现 细 微 的 差 别, 也 许 会 改 变 风 暴 系 统 到 达 的 日 期 或 者 它 的 确 切 路 径, 但 是 那 个 区 域 和 那 段 时 间 的 平 均 温 度 和 降 水 ( 也 即 气 候 ) 仍 将 保 持 不 变 因 为 天 气 预 报 面 对 的 一 个 重 要 问 题 是 如 何 获 知 预 报 期 初 始 的 全 部 状 况, 所 以 气 候 可 以 被 看 作 是 与 天 气 的 背 景 状 况 有 关 的 更 确 切 的 说, 气 候 可 以 被 视 为 是 与 整 个 地 球 系 统 的 状 态 有 关 的, 包 括 大 气 陆 地 海 洋 雪 冰 和 生 物 ( 见 图 1), 它 们 共 同 形 成 全 球 背 景 状 况, 决 定 着 天 气 的 状 态 例 如, 影 响 秘 鲁 沿 海 地 区 天 气 的 厄 尔 尼 诺 厄 尔 尼 诺 确 定 了 无 序 效 应 所 产 生 的 天 气 状 态 发 展 变 化 的 限 度 范 围 而 拉 尼 娜 确 定 的 是 另 一 种 不 同 的 限 度 范 围 又 例 如, 人 们 熟 悉 的 夏 季 和 冬 季 之 间 的 鲜 明 对 比 季 节 的 更 替 是 由 于 地 球 系 统 吸 收 和 辐 射 的 能 量 在 地 理 分 根 据 地 球 系 统 热 能 的 基 本 变 化 来 确 定 的, 特 别 是 使 热 量 滞 留 在 地 表 附 近 的 温 室 气 体 效 应 不 断 增 强, 这 是 由 大 气 中 二 氧 化 碳 和 其 它 温 室 气 体 的 量 决 定 的 与 预 报 未 来 数 周 的 天 气 状 况 相 比, 预 估 未 来 50 年 由 于 温 室 气 体 的 变 化 而 造 成 的 气 候 变 化 是 非 常 不 同 的 问 题 而 且 解 决 起 来 要 容 易 得 多 换 句 话 说, 预 测 由 于 大 气 成 分 的 变 化 而 发 生 的 长 期 变 异 比 预 测 单 独 的 天 气 事 件 要 容 易 得 多 举 个 例 子, 我 们 无 法 预 测 投 掷 一 枚 硬 币 或 一 粒 骰 子 的 结 果, 但 是 我 们 能 够 预 测 多 次 投 掷 的 统 计 结 果 虽 然 有 许 多 要 素 不 断 影 响 着 气 候, 科 学 家 已 经 确 定 人 类 活 动 已 成 为 一 个 主 要 的 作 用 力, 而 且 是 过 去 50 年 里 观 测 到 的 大 部 分 变 暖 的 成 因 人 为 引 起 的 气 候 变 化 主 要 是 由 于 大 气 中 温 室 气 体 含 量 的 变 化 造 成 的, 此 外 大 气 中 微 粒 ( 气 溶 胶 ) 的 变 化, 以 及 土 地 使 用 的 变 化 等 也 是 气 候 变 化 的 原 因 随 着 气 候 发 生 变 化, 某 些 类 型 的 天 气 事 件 的 概 率 受 到 影 响 例 如, 随 着 地 球 平 均 温 度 升 高, 一 些 天 气 现 象 的 发 生 频 率 和 强 度 也 在 增 加 ( 如 热 浪 和 强 降 雨 ), 而 另 外 一 些 天 气 事 件 的 发 生 频 率 和 强 度 在 减 少 ( 如 极 端 寒 冷 的 天 气 事 件 ) 97

6 常问的问题 常问的问题1.3 什么是温室效应 太阳为地球的气候提供动力 它以甚短波的 形式辐射能量 主要是可见光或近可见光(如紫外 线) 到达地球大气层顶的太阳能中大约有三分之 一被直接反射回太空 余下的三分之二主要被地球 表面 其次被大气吸收 为了平衡被吸收的入射能 量 地球本身也必须向太空辐射出平均起来等量的 能量 因为地球比太阳的温度要低得多 它辐射的 波长要长得多 主要是红外光(见图1) 陆地和海 洋释放的热辐射中有很多被大气 包括云吸收了 然后又被辐射回地球 这就是所谓的温室效应 温 室中的玻璃墙减少了空气流动 提高了温室内的气 温 与之类似 地球的温室效应使地球表面的温度 升高 但是其物理过程不同 如果没有自然的温室 效应 地球表面的平均温度会降到水的冰点以下 因此 没有地球的自然温室效应 就不可能有我们 现在的生活 但是 人类的活动 主要是燃烧化石 燃料和毁林 大大地加强了自然温室效应 引起全 ᄞ FAQ 1.3,图1,自然温室气体效应的理想模式 详情见文中 98 球变暖 大气中含量最高的气体是氮气(干燥大气中的 含量为78%)和氧气(含量为21%) 它们没有温室效 应 温室效应来自于那些更加复杂而且不太常见的 分子 水汽是最重要的温室气体 其次是二氧化碳 (CO 2) 甲烷 氧化亚氮 臭氧和少量存在于大气 中的若干其它气体也具有温室效应 在潮湿的赤道 地区 空气中的水汽含量非常高 以致于温室效应 已经很强 因此增加少量的CO 2或水汽对射向地表 的红外辐射量只有很小的直接影响 但是在冷而干 的极地地区 增加很少量的CO 2或水汽会产生大得 多的效应 但是在冷而干的极地地区 增加很少量 的CO 2或水汽会产生大得多的效应 同样 冷而干 的大气上层中增加少量水汽所产生的影响比在近地 表增加同量水汽的影响要大得多 (接下页)

7 气 候 系 统 中 的 某 些 组 成 部 分, 特 别 是 海 洋 和 生 物, 影 响 着 大 气 中 温 室 气 体 的 浓 度 水 平 最 重 要 的 一 个 部 分 是 植 物 吸 收 大 气 中 的 CO 2, 然 后 通 过 光 合 作 用 将 其 ( 和 水 ) 转 化 成 碳 水 化 合 物 在 工 业 化 时 代, 人 类 活 动 增 加 了 大 气 中 的 CO 2 含 量, 主 要 是 通 过 燃 烧 化 石 燃 料 和 毁 林 造 成 的 向 大 气 中 增 添 更 多 的 CO 2 会 增 强 温 室 效 应, 从 而 使 地 球 气 候 变 暖 变 暖 的 量 取 决 于 各 种 反 馈 机 制 例 如, 由 于 温 室 气 体 浓 度 水 平 增 高, 大 气 变 暖, 大 气 中 的 水 汽 含 量 也 随 之 增 加, 进 而 又 增 强 了 温 室 效 应 这 反 过 来 又 引 起 了 进 一 步 的 变 暖, 而 水 汽 含 量 又 接 着 增 加, 这 是 一 种 不 断 自 我 强 化 的 循 环 水 汽 反 馈 的 效 应 非 常 强, 由 它 所 引 起 的 温 室 效 应 增 强 的 量 是 增 加 CO 2 所 引 起 的 温 室 效 应 增 强 量 的 两 倍 其 它 重 要 的 反 馈 机 制 包 括 云 云 能 有 效 地 吸 收 红 外 辐 射, 因 此 产 生 较 大 的 温 室 效 应, 从 而 使 地 球 增 温 云 也 能 有 效 地 反 射 入 射 的 太 阳 辐 射, 从 而 使 地 球 降 温 云 的 几 乎 任 何 方 面 的 改 变, 诸 如 云 的 类 型 位 置 水 含 量 云 高 度 微 粒 大 小 和 形 状 云 的 存 续 时 间 等 等 都 会 影 响 云 对 地 球 的 增 温 或 降 温 效 应 的 程 度 有 些 变 化 放 大 了 增 温 效 应, 而 其 它 变 化 减 弱 了 增 温 效 应 目 前 正 在 开 展 很 多 研 究, 以 便 更 好 地 认 识 云 如 何 随 着 气 候 变 暖 而 发 生 变 化, 以 及 这 些 变 化 又 如 何 通 过 各 种 反 馈 机 制 来 影 响 气 候 99

8 常 问 的 问 题 2.1 人 类 活 动 如 何 引 起 气 候 变 化 及 其 与 自 然 影 响 相 比 如 何? 人 类 活 动 通 过 改 变 大 气 中 温 室 气 体 气 溶 胶 ( 微 小 颗 粒 物 ) 和 云 的 量 对 气 候 变 化 做 出 贡 献 最 大 的 贡 献 源 是 燃 烧 化 石 燃 料, 向 大 气 中 释 放 二 氧 化 碳 气 体 温 室 气 体 和 气 溶 胶 影 响 气 候 的 途 径 是 改 变 入 射 的 太 阳 辐 射 量 和 向 外 的 红 外 ( 热 ) 辐 射 量, 它 们 都 是 地 球 能 量 平 衡 的 一 部 份 改 变 这 些 气 体 和 微 粒 在 大 气 中 的 含 量 或 特 性 能 够 导 致 气 候 系 统 的 增 温 或 冷 却 自 从 工 业 化 时 代 ( 大 约 1750 年 ) 开 始 以 来, 人 类 活 动 对 气 候 的 总 体 影 响 是 变 暖 的 在 这 个 时 代, 人 类 对 气 候 的 影 响 超 过 了 太 阳 活 动 火 山 爆 发 等 自 然 过 程 的 变 化 带 来 的 影 响 (CO2) (CH4) (N2O) 温 室 气 体 人 类 活 动 导 致 了 四 种 主 要 气 体 的 排 放 : 二 氧 化 碳 (CO 2 ), 甲 烷 (CH 4 ), 氧 化 亚 氮 (N 2 O) 和 卤 烃 ( 一 组 含 氟 氯 和 溴 的 气 体 ) 这 些 气 体 集 聚 在 大 气 中, 导 致 浓 度 随 着 时 间 而 增 长 在 工 业 化 时 代, 所 有 这 些 气 体 都 在 大 气 中 有 重 大 增 长 ( 见 图 1) 所 有 这 些 增 长 都 归 咎 于 人 类 活 动 二 氧 化 碳 的 增 长 是 交 通 建 筑 物 取 暖 和 制 冷 生 产 水 泥 和 其 它 产 品 使 用 化 石 燃 料 的 结 果 毁 林 释 放 出 CO 2, 并 减 少 了 植 物 吸 收 的 CO 2 量 二 氧 化 碳 也 会 通 过 一 些 自 然 过 程 释 放, 如 植 物 腐 烂 甲 烷 的 增 长 是 与 农 业 天 然 气 输 配 和 垃 圾 填 埋 有 关 的 人 类 活 动 造 成 的 自 然 过 程 也 释 放 甲 烷, 例 如 发 生 在 湿 地 的 自 然 过 程 目 前, 大 气 中 甲 烷 浓 度 不 处 于 增 长 状 态, 因 为 在 过 去 的 二 十 年 里 增 长 率 下 降 了 氧 化 亚 氮 也 是 人 类 活 动 排 放 的, 例 如 使 用 肥 料 和 燃 烧 化 石 燃 料 土 壤 和 海 洋 里 的 自 然 过 程 也 释 放 N 2 O 卤 烃 气 体 浓 度 的 增 长 主 要 是 人 类 活 动 的 结 果 自 然 过 程 也 是 一 个 小 的 排 放 源 主 要 的 卤 烃 气 体 包 括 氯 氟 烃 ( 如 CFC-11 和 CFC-12), 在 人 们 发 现 它 进 入 大 气 后 会 破 坏 平 流 层 臭 氧 前, 它 已 被 广 泛 地 用 作 制 冷 剂 和 用 于 其 它 工 业 过 程 由 于 旨 在 保 护 臭 氧 层 的 国 际 规 则 的 实 施, 氯 氟 烃 气 体 的 浓 度 正 在 下 降 臭 氧 是 一 种 温 室 气 体, 它 在 大 气 中 经 由 化 学 反 应 不 断 产 生 又 不 断 被 破 坏 人 类 活 动 增 加 了 对 流 层 FAQ 2.1, 图 1. 过 去 的 2000 年 里, 重 要 的 长 寿 命 温 室 气 体 在 大 气 中 的 浓 度 自 1750 年 以 来 的 增 长 归 咎 于 工 业 化 时 代 的 人 类 活 动 浓 度 单 位 是 百 万 分 率 (ppm) 或 是 十 亿 分 率, 分 别 表 示 在 大 气 采 样 的 每 一 百 万 个 或 每 十 亿 个 空 气 分 子 中 所 含 的 温 室 气 体 分 子 数 目 ( 对 本 报 告 第 6 和 2 章 中 的 数 据 作 了 综 合 和 简 化 ) 中 的 臭 氧 含 量, 因 为 活 动 排 放 出 的 一 氧 化 碳 碳 氢 化 合 物 和 氧 化 亚 氮 经 过 化 学 反 应 产 生 出 臭 氧 如 上 所 述, 人 类 活 动 释 放 的 卤 烃 破 坏 平 流 层 中 的 臭 氧, 在 南 极 上 空 造 成 了 臭 氧 空 洞 水 汽 是 大 气 中 含 量 最 高 和 最 重 要 的 温 室 气 体 但 是, 人 类 活 动 对 大 气 中 水 汽 含 量 的 直 接 影 响 是 很 小 的 但 是, 通 过 改 变 气 候, 人 类 能 对 水 汽 含 量 造 成 很 大 的 非 直 接 影 响 例 如, 大 气 温 度 越 高, 它 能 容 纳 的 水 汽 就 越 多 人 类 活 动 排 放 出 的 甲 烷 也 影 响 水 汽 含 量, 因 为 甲 烷 在 平 流 层 通 过 化 学 过 程 被 破 坏 后 会 产 生 少 量 的 水 汽 气 溶 胶 是 存 在 于 大 气 中 的 小 微 粒, 有 各 种 大 小 浓 度 和 化 学 成 分 有 些 气 溶 胶 是 直 接 排 放 到 大 气 中 的, 有 些 是 通 过 排 放 的 其 它 化 合 物 反 应 形 成 的 气 溶 胶 包 括 自 然 形 成 的 化 合 物 和 人 类 活 动 排 放 形 成 的 化 合 物 化 石 燃 料 和 生 物 质 燃 烧 增 加 了 含 硫 化 合 物 有 机 化 合 物 和 黑 碳 ( 煤 烟 ) 露 天 采 矿 和 工 业 过 程 之 类 的 人 类 活 动 增 加 了 大 气 中 的 尘 埃 自 然 气 溶 胶 包 括 地 表 释 放 的 矿 物 粉 尘 海 盐 气 溶 胶 陆 地 和 海 洋 的 生 物 排 放 以 及 火 山 爆 发 产 生 的 硫 酸 盐 和 粉 尘 气 溶 胶 ( 接 下 页 ) 100

9 受 人 类 活 动 影 响 的 因 子 的 辐 射 强 迫 图 2 显 示 了 受 人 类 活 动 影 响 的 一 些 因 子 所 贡 献 的 辐 射 强 迫 这 些 数 值 反 映 了 与 工 业 化 时 代 初 ( 大 约 在 1750 年 ) 相 比 较 的 总 强 迫 图 中 列 出 的 温 室 气 体 都 是 我 们 最 了 解 的 由 人 类 活 动 产 生 的 温 室 气 体, 它 们 增 长 所 带 来 的 强 迫 都 是 正 数 值, 因 为 每 种 气 体 都 吸 收 地 球 向 大 气 的 红 外 辐 射 在 这 段 时 期 中, 二 氧 化 碳 的 增 长 所 造 成 的 强 迫 是 图 中 所 有 温 室 气 体 中 最 大 的 对 流 层 臭 氧 增 加 也 是 变 暖 的 原 因 之 一, 而 平 流 层 臭 氧 减 少 造 成 了 降 温 气 溶 胶 微 粒 通 过 反 射 和 吸 收 大 气 中 的 太 阳 辐 射 和 红 外 辐 射 来 直 接 影 响 辐 射 强 迫 一 些 气 溶 胶 造 成 正 辐 射 强 迫 而 其 它 气 溶 胶 则 造 成 负 辐 射 强 迫 各 种 气 溶 胶 直 接 辐 射 强 迫 的 总 和 是 负 值 气 溶 胶 通 过 改 变 云 的 属 性, 也 会 造 成 负 辐 射 强 迫 工 业 化 时 代 以 来 的 人 类 活 动 已 经 改 变 了 全 球 土 地 覆 盖 的 自 然 状 态, 主 要 是 由 于 农 田 草 原 和 森 林 的 改 变 人 类 活 动 还 改 变 了 冰 和 雪 的 反 射 特 性 总 体 而 言, 结 果 可 能 是 由 于 人 类 活 动, 地 球 表 面 现 在 反 射 更 多 的 太 阳 辐 射 这 种 变 化 导 致 了 负 辐 射 强 迫 FAQ 2.1, 图 2. 气 候 变 化 辐 射 强 迫 的 主 要 部 分 概 述 所 有 这 些 辐 射 强 迫 都 是 影 响 气 候 变 化 的 一 个 或 多 个 因 子 造 成 的, 它 们 与 文 中 讨 论 的 人 类 活 动 和 自 然 过 程 相 关 联 图 中 的 数 值 反 映 了 2005 年 的 强 迫 与 工 业 化 时 代 初 ( 约 1750 年 ) 的 对 比 人 类 活 动 使 长 寿 命 气 体 臭 氧 水 汽 地 表 反 照 率 气 溶 胶 和 凝 结 尾 迹 发 生 了 重 大 变 化 1750 年 到 2005 年 间, 自 然 强 迫 的 唯 一 重 大 增 长 是 太 阳 辐 射 正 强 迫 导 致 气 候 变 暖, 负 强 迫 导 致 冷 却 每 个 彩 柱 上 的 细 黑 线 表 示 每 个 数 值 的 不 确 定 性 范 围 ( 本 报 告 中 的 图 2.20 调 整 后 得 到 本 图 ) ( 接 下 页 ) FAQ2.1 什 么 是 辐 射 强 迫? 什 么 是 辐 射 强 迫? 能 够 引 起 气 候 变 化 的 因 子, 如 温 室 气 体, 的 影 响 常 常 用 辐 射 强 迫 来 计 算 辐 射 强 迫 用 来 衡 量 当 影 响 气 候 的 因 子 发 生 改 变 时, 地 球 - 大 气 系 统 的 能 量 平 衡 受 到 怎 样 的 影 响 之 所 以 使 用 辐 射 一 词 是 因 为 这 些 因 子 改 变 地 球 大 气 中 入 射 的 太 阳 辐 射 和 向 外 的 红 外 辐 射 这 种 辐 射 平 衡 调 节 着 地 球 的 温 度 强 迫 一 词 被 用 来 表 示 地 球 的 辐 射 平 衡 被 迫 偏 离 了 它 的 正 常 状 态 辐 射 强 迫 常 常 用 在 大 气 层 顶 测 度 的 全 球 每 单 位 面 积 的 能 量 变 化 率 来 表 示, 使 用 的 单 位 是 瓦 特 每 平 方 米 ( 见 图 2) 如 果 某 个 因 子 或 一 组 因 子 的 辐 射 强 迫 估 算 为 正 值, 地 球 - 大 气 系 统 的 能 量 平 衡 最 终 将 增 加, 导 致 系 统 增 温 反 之, 如 果 辐 射 强 迫 为 负, 能 量 将 最 终 减 少, 导 致 系 统 降 温 气 候 学 家 面 临 的 重 要 挑 战 就 是 找 出 影 响 气 候 的 所 有 因 子 确 定 它 们 施 加 强 迫 的 机 制 量 化 每 个 因 子 的 辐 射 强 迫 和 估 算 该 组 因 子 最 终 的 辐 射 强 迫 之 和 101

10 在 具 备 适 宜 的 低 温 和 高 湿 的 地 区, 飞 机 产 生 持 久 稳 固 的 线 状 凝 结 尾 迹 ( 凝 结 尾 ) 凝 结 尾 是 卷 云 的 一 种, 它 能 反 射 太 阳 辐 射 并 吸 收 红 外 辐 射 全 球 飞 机 营 运 产 生 的 线 状 凝 结 尾 迹 增 加 了 地 球 的 云 量, 估 计 产 生 少 量 的 正 辐 射 强 迫 自 然 变 化 造 成 的 辐 射 强 迫 自 然 强 迫 是 由 于 太 阳 活 动 变 化 和 火 山 爆 发 造 成 的 在 工 业 化 时 代, 太 阳 辐 射 输 出 逐 渐 增 加, 造 成 了 少 量 的 正 辐 射 强 迫 ( 见 图 2) 这 种 变 化 是 在 11 年 轮 回 一 次 的 太 阳 辐 射 周 期 变 化 之 外 的 太 阳 能 量 直 接 加 热 气 候 系 统, 还 能 影 响 大 气 中 某 些 温 室 气 体 的 浓 度, 如 平 流 层 臭 氧 火 山 爆 发 能 造 成 短 期 (2-3 年 ) 的 负 强 迫, 这 是 因 为 大 气 中 的 硫 酸 盐 气 溶 胶 暂 时 增 加 了 自 从 1991 年 发 生 的 上 一 次 大 规 模 火 山 爆 发 ( 皮 纳 图 博 火 山 ) 以 来, 平 流 层 中 目 前 不 存 在 火 山 气 溶 胶 对 比 当 今 和 工 业 化 时 代 初, 由 于 太 阳 辐 射 变 化 和 火 山 活 动 造 成 的 辐 射 强 迫 估 值 的 变 化 都 比 人 类 活 动 造 成 的 辐 射 强 迫 估 值 的 变 化 小 得 多 因 此, 在 今 天 的 大 气 中, 人 类 活 动 造 成 的 辐 射 强 迫 相 对 于 自 然 过 程 造 成 的 辐 射 强 迫 估 值 而 言, 会 对 当 今 和 未 来 的 气 候 变 化 产 生 更 重 要 的 作 用 102

11 常 问 的 问 题 3.1 地 球 的 温 度 正 在 发 生 怎 样 的 变 化? 过 去 157 年 的 仪 器 观 测 显 示 全 球 的 表 面 温 度 都 已 升 高, 但 区 域 之 间 有 很 大 差 异 就 全 球 平 均 而 言, 在 上 个 世 纪 的 增 温 分 两 个 阶 段 发 生,1910 年 代 到 1940 年 代 (0.35 o C), 和 增 温 更 强 的 1970 年 代 至 今 (0.55 o C) 在 过 去 的 25 年 里, 增 温 呈 现 加 速, 而 且 在 过 去 的 12 年 中 有 11 个 年 份 位 列 有 记 录 以 来 最 温 暖 的 12 个 年 份 在 地 表 以 上, 自 从 1950 年 代 末 以 来 的 全 球 观 测 显 示 对 流 层 ( 地 表 往 上 直 到 10 公 里 高 处 ) 的 增 温 速 度 稍 快 于 地 表, 而 平 流 层 (10-30 公 里 的 高 空 ) 自 1979 年 以 来 显 著 降 温 这 与 物 理 学 上 的 推 断 和 大 多 数 模 式 结 果 是 一 致 的 海 洋 温 度 上 升 海 平 面 升 高 冰 川 融 化 北 极 海 冰 减 少 和 北 半 球 积 雪 减 少 等 现 象 也 证 实 了 全 球 变 暖 没 有 哪 一 支 温 度 计 能 够 测 量 全 球 温 度 但 是 利 用 分 布 于 全 球 陆 地 各 区 域 的 数 千 个 站 的 温 度 计 获 取 的 观 测 值 与 在 全 球 海 洋 上 航 运 的 船 舶 采 集 的 海 表 温 度 观 测 值, 我 们 能 估 算 出 每 个 月 的 全 球 平 均 温 度 为 了 获 取 随 时 间 的 连 贯 变 化 情 况, 实 际 上 分 析 观 测 数 据 的 重 点 是 距 平 ( 每 个 站 点 的 观 测 值 与 气 候 均 值 的 差 距 ), 因 为 距 平 的 准 确 性 不 容 易 被 数 据 到 报 率 的 变 化 影 响 目 前 我 们 已 经 能 够 使 用 1850 年 至 今 的 观 测 数 据, 不 过 在 19 世 纪 下 半 叶 的 观 测 远 没 有 覆 盖 到 全 球, 自 1957 年 在 南 极 开 始 观 测 后, 数 据 覆 盖 面 有 了 很 大 改 善, 而 在 1980 年 左 右 有 了 卫 星 观 测 后, 数 据 覆 盖 是 最 好 的 在 过 去 的 一 百 年 里 ( 从 1906 至 2005 年 ; 见 图 1), 地 表 温 度 的 全 球 平 均 值 增 加 了 大 约 0.74 o C 但 是, 增 温 情 况 随 季 节 或 地 点 的 变 化 呈 现 不 稳 定 和 差 别 从 1850 年 到 大 约 1915 年, 除 了 与 自 然 变 率 相 联 系 的 温 度 起 伏 外, 总 体 没 有 出 现 很 大 的 温 度 变 化, 但 这 也 或 许 部 分 是 由 于 数 据 采 集 十 分 有 限 的 结 果 1910 年 代 到 1940 年 代 出 现 了 全 球 平 均 温 度 的 上 升 (0.35 o C), 随 后 稍 微 下 降 了 一 点 (0.1 o C), 这 之 后 一 直 到 2006 年 又 出 现 了 迅 速 升 温 (0.55 o C)( 见 图 1) 这 其 中, 1998 年 和 2005 年 是 最 暖 的 ( 这 两 年 在 统 计 上 难 分 伯 仲 ), 而 在 过 去 的 12 年 中 ( 年 ) 有 11 个 年 份 位 居 12 个 最 暖 年 之 列 总 体 上, 陆 地 比 海 洋 增 温 多, 特 别 是 1970 年 代 以 来 从 季 节 角 度 而 言, 冬 季 的 增 温 要 稍 微 多 一 点 城 市 和 城 市 地 区 的 增 温 更 高 ( 常 被 称 为 城 市 热 岛 效 应 ), 但 是 仅 局 限 在 一 定 的 空 间 范 围 内, 而 且 通 过 尽 量 在 全 球 温 度 数 据 中 剔 除 受 影 响 的 站 点 以 及 通 过 增 大 误 差 范 围, 这 种 效 应 已 被 考 虑 ( 图 中 用 灰 色 带 表 示 ) 1901 年 以 来, 少 数 几 个 地 区 的 平 均 温 度 下 降 了, 最 主 要 的 是 北 大 西 洋 北 部 靠 近 格 陵 兰 的 地 区 而 这 段 时 期 里, 增 温 最 强 的 是 亚 洲 大 陆 腹 地 和 北 美 洲 北 部 但 是, 上 述 地 区 具 有 很 大 的 年 际 变 率, 因 此 最 明 显 的 增 温 信 号 还 是 出 现 在 中 纬 度 和 低 纬 度 的 部 分 地 区, 尤 其 是 热 带 海 洋 地 区 在 图 1 下 方 左 边 的 图 框 显 示 了 1979 年 以 来 的 温 度 趋 势, 太 平 洋 温 度 趋 势 的 特 点 是 与 厄 尔 尼 诺 有 关 的 增 温 地 区 和 降 温 地 区 现 在 已 经 能 够 分 析 世 界 上 许 多 区 域 ( 北 美 洲 和 南 美 洲 南 部 的 部 分 地 区 非 洲 南 部 和 澳 大 利 亚 ) 每 日 温 度 极 值 的 长 期 变 化 特 别 是, 这 些 记 录 显 示 自 1950 年 代 以 来 非 常 寒 冷 的 白 昼 和 夜 晚 的 数 目 在 减 少, 而 极 热 的 白 昼 和 温 暖 的 夜 晚 的 数 目 在 增 加 ( 见 常 问 的 问 题 3.3) 在 南 北 半 球 的 大 多 数 中 纬 度 和 高 纬 度 地 区, 无 霜 季 节 都 变 长 了 在 北 半 球, 主 要 表 现 为 春 季 提 前 到 来 除 了 上 述 地 球 表 面 的 数 据 外, 从 1958 年 以 来, 利 用 天 气 气 球, 对 地 表 以 上 的 温 度 也 实 现 了 较 大 范 围 的 观 测, 而 从 1979 年 起 又 开 始 获 得 卫 星 观 测 数 据 所 有 的 数 据 都 根 据 仪 器 和 实 际 观 测 操 作 的 不 同 做 了 必 要 调 整 利 用 微 波 卫 星 数 据, 创 建 了 关 于 厚 厚 的 大 气 层 的 卫 星 温 度 记 录, 包 括 对 流 层 ( 从 地 表 向 上 约 10 公 里 ) 和 对 流 层 下 层 ( 大 约 公 里 的 高 空 ) 尽 管 这 些 新 的 分 析 资 料 对 不 同 卫 星 搭 载 的 13 种 仪 器 做 了 交 叉 标 定, 并 且 对 观 测 时 间 和 卫 星 高 度 的 变 化 进 行 了 校 正, 温 度 趋 势 中 仍 存 在 不 确 定 性 就 20 世 纪 50 年 代 末 以 来 的 全 球 观 测 来 看, 最 近 的 数 据 集 显 示 对 流 层 增 温 速 度 稍 快 于 地 表, 而 1979 年 以 来 平 流 层 显 著 降 温 这 与 物 理 学 上 的 推 断 和 大 多 数 模 式 结 果 一 致, 它 们 显 示 了 温 室 气 体 浓 度 增 加 在 对 流 层 增 温 和 平 流 层 降 温 过 程 中 起 到 的 作 用 ; 臭 氧 减 少 也 对 平 流 层 降 温 起 了 很 大 作 用 与 观 测 到 的 地 表 温 度 增 加 一 致 的 是, 河 流 和 湖 泊 冰 期 缩 短 了 此 外, 在 20 世 纪, 几 乎 全 世 界 都 出 现 了 冰 川 质 量 和 面 积 减 少 的 现 象 ; 格 陵 兰 冰 盖 融 化 的 现 象 最 近 越 来 越 明 显 ; 在 北 半 球 的 许 多 地 方, 积 雪 减 少 了 ; 在 各 个 季 节, 北 极 海 冰 的 厚 度 和 面 积 都 减 少 了, 春 季 和 夏 季 最 为 严 重 ; 海 洋 在 变 暖 ; 由 于 海 洋 热 膨 胀 和 陆 地 冰 的 融 化, 海 平 面 在 上 升 ( 接 下 页 ) 103

12 常问的问题 ඇ൰ ୲ FAQ 3.1,图1 (上图) 观测到的全球年平均温度 (黑点)以及与资料的简单拟合 左边的轴表示与 年平均值相比的矩平 右边的轴显示了 估计的实际温度( ) 该图表明了与过去25年(黄色) 50年(橙色) 100年(紫色)和150年(红色)的线性趋势拟合 这些时间分别对应于 和 年 请注意 最近的时间段越短 倾斜度就越大 这表明温度正在加速上升 蓝色曲线是平滑后的表述 记录了年 代际的变化 为得到这些波动的意义 对该线给出了每10年5%-95%(浅灰色)的误差区间(这样每年的值都会超过这些极限值) 利用估算的20世纪辐 射强迫驱动的气候模式算出的结果(第9章)表明在约1915年之前几乎没有什么变化 大部分20世纪初的变化可归因于自然界发生的影响 如太阳辐射 变化 火山爆发和自然变率 从约 年期间 快速的工业化以及随后的二战增加了北半球的污染 造成了降温 而在20世纪70年代中期之后 二氧化碳和其它温室气体的增加主导了观测到的升温 (下图)利用卫星记录估算的 年线性全球温度趋势图 左边是地表温度趋势图 右边 是地表到约10公里高度的对流层温度趋势图 灰色区域表示资料不完整 请注意当地表温度变化时如果对流层卫星记录中存在空间上比较一致的变 暖 那么这种变暖与陆地和海洋的关系就更明显 1 摘自HadCRUT3数据集 104

13 常 问 的 问 题 3.2 降 水 正 在 发 生 怎 样 的 变 化? 观 测 显 示, 降 水 量 强 度 频 率 和 类 型 正 在 发 生 变 化 降 水 的 这 些 方 面 普 遍 展 示 大 的 自 然 变 率, 厄 尔 尼 诺 以 及 大 气 环 流 形 势 的 变 化 ( 如 北 大 西 洋 涛 动 ) 也 具 有 实 质 性 影 响 在 降 水 量 方 面 一 些 地 方 已 观 测 到 年 期 间 明 显 的 长 期 趋 势 : 北 美 和 南 美 的 东 部 北 欧 以 及 北 亚 和 中 亚 明 显 多 雨, 但 在 萨 赫 勒 南 部 非 洲 地 中 海 和 中 亚 则 少 雨 在 北 部 区 域 降 水 偏 多, 但 降 水 形 式 是 雨 而 不 是 雪 已 观 测 到 普 遍 的 强 降 水 事 件 的 增 多, 甚 至 在 总 降 水 量 减 少 的 地 区 也 是 如 此 这 些 变 化 与 全 球 海 洋 变 暖 引 起 的 大 气 中 水 汽 增 加 有 关, 尤 其 是 在 低 纬 度 地 区 在 某 些 区 域 发 生 的 旱 灾 和 洪 涝 均 有 所 增 加 降 水 是 降 雨 降 雪 和 从 云 中 降 落 的 其 它 形 式 的 冻 结 的 或 液 态 的 水 的 总 称 降 水 是 间 歇 性 的, 降 水 在 发 生 时 的 特 征 在 很 大 程 度 上 取 决 于 温 度 和 天 气 条 件 后 者 决 定 了 通 过 风 和 表 面 蒸 发 供 应 的 水 汽 以 及 它 如 何 在 风 暴 中 聚 集 在 一 起, 如 云 随 着 水 汽 的 凝 结 就 形 成 降 水, 这 种 凝 结 通 常 发 生 在 空 气 上 升 而 引 起 空 气 膨 胀 并 使 气 温 下 降 时 向 上 的 运 动 产 生 于 空 气 爬 越 山 脉 暖 气 团 在 较 冷 气 团 的 上 方 ( 暖 锋 ) 冷 气 团 在 较 暖 的 气 团 下 面 推 动 ( 冷 锋 ) 地 表 局 部 加 热 形 成 的 对 流 以 及 其 它 的 天 气 和 云 系 因 此, 这 些 因 素 中 任 何 一 个 的 变 化 都 会 改 变 降 水 由 于 降 水 图 中 的 降 水 地 点 往 往 是 零 散 的, 因 此 我 们 用 帕 尔 默 干 旱 强 度 指 数 来 表 示 降 水 的 总 体 趋 势 ( 见 图 1), 该 指 数 利 用 降 水 和 对 蒸 发 变 化 的 粗 略 估 算 来 衡 量 土 壤 的 湿 度 如 果 地 表 有 充 足 的 水 汽 ( 因 为 水 汽 总 是 存 在 于 海 洋 及 其 它 潮 湿 表 面 的 上 空 ), 那 么 因 人 类 活 动 引 起 的 温 室 效 应 增 强 而 造 成 的 升 温 的 后 果 则 是 加 大 了 蒸 发 量 因 此, 地 表 水 汽 有 效 地 扮 演 了 空 调 的 角 色, 因 为 蒸 发 所 用 的 热 量 使 空 气 变 得 更 湿 润 而 不 是 使 气 温 升 高 观 测 到 的 这 种 现 象 的 后 果 是 夏 季 通 常 要 么 温 暖 和 干 燥, 要 么 凉 爽 和 潮 湿 北 美 和 南 美 东 部 的 地 区 多 雨 ( 图 1), 因 此 气 温 比 其 它 地 区 上 升 幅 度 低 ( 见 常 见 问 题 3.3, 图 1: 暖 日 的 变 化 ) 但 是, 在 冬 季 的 北 半 球 大 陆, 更 多 的 降 水 与 偏 高 的 温 度 相 关, 因 为 在 较 暖 的 条 件 下 大 气 的 持 水 能 力 会 增 加 然 而, 在 降 水 通 常 有 所 增 加 的 区 域, 气 温 升 高 ( 常 见 问 题 3.1) 更 加 干 燥, 这 使 降 水 变 化 在 图 1 中 变 得 不 太 明 显 由 于 气 候 变 化, 一 些 直 接 影 响 改 变 了 降 水 量 强 度 频 率 和 类 型 变 暖 使 地 表 变 干 加 速, 增 加 了 干 旱 发 生 的 可 能 性 和 强 度, 这 在 世 界 很 多 地 方 都 已 观 测 到 ( 图 1) 然 而, 一 个 既 定 的 物 理 规 律 ( 克 劳 修 斯 - 克 拉 柏 龙 关 系 式 ) 决 定 了 气 温 每 上 升 1 大 气 持 水 量 可 增 加 约 7% 对 相 对 湿 度 趋 势 的 观 测 尚 无 定 论, 但 表 明 从 地 表 到 整 个 对 流 层 相 对 湿 度 保 持 大 致 相 同, 因 此 气 温 的 上 升 将 使 水 汽 增 加 在 20 世 纪, 基 于 海 洋 表 面 温 度 的 变 化 可 以 估 算 出 海 洋 上 空 的 大 气 中 的 水 汽 约 增 加 了 5% 由 于 降 水 主 要 来 自 于 靠 存 贮 在 大 气 中 的 水 汽 为 来 源 的 天 气 系 统, 这 就 普 遍 增 加 了 降 水 的 强 度 以 及 暴 雨 和 暴 雪 事 件 的 风 险 基 本 理 论 气 候 模 式 模 拟 结 果 以 及 主 观 证 据 都 证 实 由 于 水 汽 增 加 造 成 的 偏 暖 的 气 候 导 致 了 更 多 的 强 降 水 事 件, 甚 至 在 总 年 降 水 量 略 有 减 少 的 情 况 下 也 是 如 此, 而 且 预 计 在 总 降 水 量 增 加 时 甚 至 会 发 生 更 强 的 降 水 事 件 因 此, 偏 暖 的 气 候 增 加 了 干 旱 的 风 险 ( 无 雨 的 地 方 ) 和 洪 水 的 风 险 ( 下 雨 的 地 方 ), 但 会 发 生 在 不 同 的 时 间 和 / 或 地 点 例 如,2002 年 夏 天 欧 洲 普 遍 发 生 洪 涝, 但 随 后 一 年 即 2003 年 发 生 了 破 纪 录 的 热 浪 和 干 旱 洪 水 和 干 旱 的 分 布 和 时 间 在 很 大 程 度 上 受 到 厄 尔 尼 诺 事 件 周 期 的 影 响, 特 别 是 在 热 带 和 中 纬 度 环 太 平 洋 的 多 数 国 家 在 气 溶 胶 污 染 遮 盖 地 表 使 其 免 受 阳 光 直 接 照 射 的 地 区, 蒸 发 的 下 降 减 少 了 供 给 大 气 的 总 体 水 汽 因 此, 即 使 由 于 水 汽 量 增 加 会 产 生 更 强 降 水 的 可 能 性, 但 降 水 的 持 续 时 间 会 缩 短, 降 水 的 频 率 会 减 少, 因 为 大 气 中 的 水 汽 需 要 较 长 时 间 补 充 降 水 特 征 局 地 和 区 域 的 变 化 也 在 很 大 程 度 上 取 决 于 大 气 环 流 形 势, 而 这 些 大 气 环 流 形 势 则 取 决 于 厄 尔 尼 诺 北 大 西 洋 涛 动 (NAO; 用 来 衡 量 北 大 西 洋 冬 季 西 风 带 的 强 度 ) 以 及 其 它 形 式 的 变 率 其 中 一 些 观 测 到 的 环 流 变 化 与 气 候 变 化 相 关 一 个 相 关 的 风 暴 路 径 的 改 变 使 一 些 地 区 多 雨, 而 使 另 一 些 地 区 ( 经 常 在 附 近 ) 少 雨, 这 就 造 成 复 杂 的 变 化 形 式 例 如, 在 欧 洲,20 世 纪 90 年 代 的 一 次 活 跃 的 NAO 使 北 欧 雨 水 增 多, 而 地 中 海 和 北 非 地 区 的 天 气 条 件 变 得 干 燥 ( 图 1) 从 20 世 纪 60 年 代 末 到 80 年 代 末 在 萨 赫 勒 地 区 发 生 了 持 续 干 旱 ( 见 图 1) 目 前 仍 在 持 续, 但 没 有 以 前 那 样 强 通 过 大 气 环 流 的 变 化, 这 次 旱 情 已 与 太 平 洋 印 度 洋 和 大 西 洋 洋 盆 的 热 带 海 洋 表 面 温 度 形 势 相 关 非 洲 大 部 分 地 区 普 遍 发 生 干 旱, 在 热 带 和 亚 热 带 地 区 更 为 普 遍 由 于 气 温 上 升, 以 降 雨 而 不 是 降 雪 形 式 发 生 降 水 的 可 能 性 增 加, 尤 其 是 在 雪 季 开 始 的 秋 季 和 雪 季 结 ( 接 下 页 ) 105

14 束 的 春 季, 以 及 在 气 温 接 近 结 冰 的 地 区 在 许 多 地 方 观 测 到 这 种 变 化, 尤 其 是 在 北 半 球 中 高 纬 度 的 陆 地 上, 这 些 变 化 导 致 降 雨 增 加, 但 积 雪 减 少, 并 因 此 减 少 了 夏 季 的 水 资 源, 而 这 时 却 最 需 要 水 然 而, 降 水 通 常 是 零 星 和 间 歇 性 的, 这 意 味 着 观 测 到 的 变 化 形 势 很 复 杂 长 期 记 录 强 调 降 水 形 势 每 年 不 尽 相 同, 长 达 多 年 的 持 续 干 旱 通 常 会 在 某 个 年 份 发 生 暴 雨, 例 如 能 感 受 到 厄 尔 尼 诺 现 象 的 影 响 美 国 西 南 部 地 区 年 冬 季 潮 湿, 而 随 后 发 生 了 6 年 的 干 旱 而 且 积 雪 低 于 常 年 平 均 值, 这 或 许 是 一 个 例 子 FAQ 3.2, 图 1: 年 月 平 均 帕 尔 默 干 旱 强 度 指 数 (PDSI) 最 重 要 的 空 间 分 布 形 势 ( 上 图 ) PDSI 是 一 种 表 示 干 旱 的 主 要 指 数, 它 通 过 把 以 前 的 降 水 量 和 大 气 中 水 汽 估 值 ( 基 于 气 温 ) 代 入 一 个 水 分 统 计 系 统, 衡 量 地 表 水 汽 的 累 计 亏 值 下 图 表 示 这 种 空 间 分 布 形 势 的 符 号 和 强 度 从 1990 年 以 来 发 生 的 变 化 当 下 图 中 显 示 的 值 为 正 ( 负 ) 时, 红 色 和 橙 色 区 域 表 示 相 对 平 均 值 少 雨 ( 多 雨 ), 蓝 色 和 绿 色 区 域 表 示 比 平 均 值 雨 水 偏 多 ( 偏 少 ) 平 滑 的 黑 色 曲 线 表 示 十 年 的 变 化 时 间 序 列 基 本 上 对 应 一 种 趋 势, 这 种 降 水 分 布 形 势 及 其 变 化 占 全 球 陆 地 地 区 年 间 PDSI 线 性 趋 势 的 67% 因 此 它 显 示 了 非 洲 干 旱 普 遍 增 多, 如 : 尤 其 是 在 萨 赫 勒 地 区 还 请 注 意 雨 水 偏 多 的 地 区, 尤 其 是 北 美 和 南 美 东 部 以 及 欧 亚 大 陆 的 北 部 根 据 Dai 等 整 理 (2004b) 106

15 常 问 的 问 题 3.3 热 浪 干 旱 洪 水 和 飓 风 等 极 端 事 件 是 否 发 生 了 变 化? 1950 年 以 来, 热 浪 数 量 增 加, 热 夜 的 数 量 也 普 遍 增 多 由 于 陆 地 降 水 有 所 减 少, 同 时 由 于 偏 暖 的 条 件 造 成 蒸 发 增 加, 因 此 受 干 旱 影 响 的 地 区 域 也 有 所 扩 大 总 之, 导 致 洪 水 的 日 强 降 水 事 件 的 数 量 增 加 了, 但 不 是 所 有 地 方 都 如 此 热 带 风 暴 和 飓 风 的 频 率 每 年 相 差 很 大, 但 有 证 据 表 明, 自 20 世 纪 70 年 代 以 来 它 们 的 强 度 和 时 间 长 度 显 著 增 加 在 温 带, 风 暴 路 径 和 强 度 的 变 化 反 映 了 大 气 环 流 的 主 要 特 征, 如 北 大 西 洋 涛 动 在 世 界 的 几 个 区 域 已 发 现 了 各 种 类 型 极 端 气 候 事 件 出 现 变 化 的 迹 象 指 时 间 超 过 1% 5% 和 10%( 一 种 极 端 ) 或 超 过 90% 95% 和 99%( 另 一 种 极 端 ) 的 值 被 视 为 极 端 事 件 热 夜 或 热 昼 ( 在 后 面 讨 论 ) 是 指 超 过 90 个 百 分 点 温 度 的 昼 夜, 而 冷 夜 或 冷 昼 则 是 指 低 于 10 个 百 分 点 的 昼 夜 强 降 水 的 定 义 是 每 天 的 降 水 量 大 于 95 个 百 分 点 ( 或 特 大 降 水,99 个 百 分 点 ) 在 过 去 50 年 的 陆 地 采 样 区, 每 年 发 生 冷 夜 的 天 数 显 著 减 少, 而 每 年 发 生 热 夜 的 天 数 却 大 幅 增 加 ( 图 1) 虽 然 冷 夜 发 生 的 减 少 和 热 天 的 增 多 很 普 遍, 但 总 体 上 不 太 明 显 最 低 和 最 高 气 温 的 分 布 不 但 转 向 更 高 的 值, 与 整 体 变 暖 一 致, 而 且 过 去 50 年 极 端 寒 冷 值 的 升 温 幅 度 要 大 于 极 端 高 温 的 升 温 幅 度 ( 见 图 1) 更 多 的 极 端 高 温 意 味 着 热 浪 发 生 的 频 率 增 加 更 多 的 迹 象 包 括 观 测 到 霜 冻 天 数 趋 少 以 及 伴 随 的 绝 大 多 数 中 纬 度 地 区 平 均 气 温 升 高 极 端 事 件 变 化 的 一 个 主 要 迹 象 是 观 测 到 过 去 50 年 中 纬 度 地 区 强 降 水 事 件 增 多, 甚 至 在 平 均 总 降 水 量 没 有 增 加 的 地 方 ( 另 请 参 阅 常 问 的 问 题 3.2) 关 于 特 大 降 水 事 件, 也 报 告 有 日 益 增 多 的 趋 势, 但 可 提 供 结 果 的 地 区 不 多 干 旱 由 于 持 续 时 间 长, 因 此 比 较 容 易 衡 量 虽 然 有 许 多 种 干 旱 指 标 和 标 准, 但 许 多 研 究 都 采 用 月 总 降 水 量 和 温 度 平 均 值, 并 将 它 们 综 合 成 一 种 被 称 为 帕 尔 默 干 旱 强 度 指 数 (PDSI) 的 衡 量 方 法 从 20 世 纪 中 期 开 始 计 算 的 PDSI 显 示, 许 多 北 半 球 陆 地 区 域 从 20 世 纪 50 年 代 中 期 以 来 存 在 很 大 的 少 雨 趋 势, 欧 亚 大 陆 南 部 的 多 数 区 域 非 洲 北 部 加 拿 大 和 阿 拉 斯 加 都 普 遍 少 雨 ( 常 问 的 问 题 3.2, 图 1), 而 北 美 和 南 美 东 部 则 呈 现 相 反 的 趋 势 在 南 半 球, 陆 地 表 面 在 20 世 纪 70 年 代 潮 湿, 在 60 年 代 和 90 年 代 相 对 少 雨, 从 1974 年 至 1998 年 存 在 少 雨 的 趋 势 欧 洲 在 整 个 20 世 纪 较 长 时 间 的 记 录 没 有 显 示 出 显 著 的 趋 势 虽 然 过 去 年 大 幅 地 表 变 暖 也 有 可 能 造 成 少 雨, 但 20 世 纪 50 年 代 以 来 陆 地 降 水 的 减 少 有 可 能 是 少 雨 的 原 因 有 一 项 研 究 表 明, 全 球 非 常 干 旱 的 陆 地 地 区 ( 定 义 为 PDSI 低 于 -3.0 的 地 区 ) 自 20 世 纪 70 年 代 以 来 其 面 积 翻 了 一 翻 之 多, 同 时, 厄 尔 尼 诺 - 南 方 涛 动 造 成 一 开 始 的 降 水 减 少, 而 随 后 主 要 由 于 地 表 变 暖 而 造 成 降 水 增 多 大 的 自 然 变 率 遮 盖 了 热 带 风 暴 和 飓 风 的 频 率 和 强 度 的 变 化 厄 尔 尼 诺 - 南 方 涛 动 极 大 地 影 响 了 全 球 热 带 风 暴 的 位 置 和 活 动 从 全 球 着 眼, 对 飓 风 潜 在 破 坏 程 度 的 估 测 表 明 自 20 世 纪 70 年 代 中 期 以 来 呈 大 幅 上 升 趋 势, 风 暴 持 续 时 间 趋 长, 强 度 偏 高 这 种 活 动 与 热 带 海 表 温 度 密 切 相 关 20 世 纪 70 年 代 以 来 全 球 强 飓 风 的 个 数 和 比 例 大 幅 增 加 再 次 证 实 了 这 种 关 系, 尽 管 气 旋 总 数 和 气 旋 天 数 在 多 数 海 域 略 有 减 少 具 体 而 言,20 世 纪 70 年 代 以 来 4 类 和 5 类 飓 风 的 个 数 约 增 加 了 75% 最 大 增 幅 在 北 太 平 洋 印 度 洋 和 西 南 太 平 洋 但 是, 北 大 西 洋 飓 风 的 个 数 在 过 去 11 年 中 有 9 年 高 于 常 值, 并 终 于 在 2005 年 创 下 破 纪 录 的 季 节 基 于 在 地 面 和 高 空 对 流 层 的 多 种 测 量, 风 暴 在 20 世 纪 后 半 叶 呈 向 两 极 转 移 的 趋 势 并 且 北 半 球 冬 季 风 暴 路 径 活 动 增 多 这 些 变 化 是 与 北 大 西 洋 涛 动 的 相 关 的 变 化 的 一 部 分 从 1979 年 至 20 世 纪 90 年 代 中 期 的 观 测 显 示, 每 年 十 二 月 至 翌 年 二 月, 整 个 对 流 层 和 平 流 层 下 部 的 极 地 西 风 带 大 气 环 流 呈 增 强 的 趋 势, 同 时 急 流 向 两 极 转 移, 风 暴 路 径 活 动 增 多 观 测 到 的 小 尺 度 灾 害 性 天 气 现 象 ( 如 龙 卷 风 冰 雹 和 雷 暴 等 ) 变 化 的 证 据 绝 大 多 数 是 局 地 性 的, 比 较 分 散, 难 以 得 出 普 遍 性 结 论 ; 许 多 地 区 这 些 现 象 的 增 多 主 要 因 为 公 众 的 意 识 得 到 提 高, 而 且 收 集 这 些 现 象 报 告 的 工 作 得 到 改 进 ( 接 下 页 ) 107

16 FAQ 3.3, 图 1: 观 测 到 的 年 极 端 温 度 出 现 频 率 的 趋 势, 按 年 时 段 的 值 确 定 低 10 个 百 分 点 的 图 :(a) 冷 夜 和 (b) 冷 昼 ; 高 90 个 百 分 点 的 图 :(c) 热 夜 和 (d) 热 昼 只 计 算 格 点 区 的 趋 势, 每 个 格 点 区 在 此 时 段 至 少 有 40 年 的 资 料 且 资 料 时 间 至 少 到 1999 年 在 黑 色 封 闭 线 包 括 的 区 域 中, 趋 势 显 著 性 达 到 5% 在 每 幅 图 的 下 方 是 全 球 年 时 间 序 列 距 平 ( 年 ) 红 线 表 示 年 代 际 变 化 所 有 全 球 指 数 都 显 示 出 5% 的 显 著 性 根 据 Alexander 等 整 理 (2006) 108

17 常 问 的 问 题 4.1 地 球 上 的 冰 雪 量 是 否 正 在 减 少? 是 的 观 测 表 明, 全 球 尺 度 的 冰 雪 量 正 在 减 少, 特 别 是 自 1980 年 以 来, 而 且 过 去 十 年 在 加 速 减 少 当 然 在 有 些 地 方 还 有 所 增 加, 其 它 一 些 地 方 变 化 不 大 ( 图 1) 大 多 数 高 山 冰 川 面 积 愈 来 愈 小 春 季 积 雪 提 前 退 缩 北 极 的 海 冰 在 各 个 季 节 都 在 退 缩, 夏 季 尤 为 显 著 有 报 告 称 常 年 冻 土 层 季 节 性 冻 土 和 河 湖 冰 在 减 少 格 陵 兰 和 南 极 西 部 冰 盖 的 一 些 重 要 沿 海 地 区 以 及 南 极 半 岛 的 冰 川 正 在 变 薄, 造 成 海 平 面 上 升 冰 川 冰 帽 和 冰 盖 融 化 对 海 平 面 上 升 的 总 贡 献 估 计 在 年 期 间 每 年 上 升 了 1.2±0.4 毫 米 连 续 的 卫 星 测 量 捕 获 到 地 球 上 大 部 分 季 节 性 陆 地 积 雪, 并 表 明 自 1996 年 以 来 北 半 球 春 季 积 雪 面 积 每 十 年 约 减 少 了 2% 但 秋 季 或 初 冬 没 有 多 大 变 化 在 许 多 地 方, 尽 管 降 水 增 加 但 春 季 仍 发 生 积 雪 减 少 的 情 况 卫 星 资 料 尚 无 法 对 河 湖 的 结 冰 情 况 或 是 季 节 性 或 常 年 冻 土 层 进 行 类 似 可 靠 的 测 量 然 而 目 前 已 有 许 多 局 地 和 区 域 的 报 告 发 表, 总 体 上 似 乎 揭 示 了 常 年 冻 土 层 变 暖, 夏 季 解 冻 的 常 年 冻 土 层 厚 度 增 加, 冬 季 季 节 性 冻 土 层 的 厚 度 减 少, 常 年 冻 土 层 的 地 域 范 围 缩 小, 季 节 性 河 冰 和 湖 冰 的 结 冻 期 缩 短 1978 年 以 来, 卫 星 资 料 对 两 个 极 区 的 海 冰 范 围 进 行 了 连 续 观 测 在 北 极 地 区, 海 冰 的 年 平 均 面 积 每 十 年 减 少 2.7±0.6%, 而 夏 季 的 面 积 每 10 年 减 少 7.4 ±2.4% 南 极 海 冰 面 积 没 有 明 显 的 趋 势 目 前 可 以 获 得 厚 度 资 料, 尤 其 是 从 潜 艇 获 得 资 料, 但 仅 限 于 北 极 中 部, 这 些 资 料 表 明 年 和 1990 年 海 冰 厚 度 约 减 少 了 40% 但 是, 这 可 能 对 整 个 北 极 地 区 海 冰 变 薄 估 计 过 高 绝 大 多 数 山 地 冰 川 和 冰 帽 一 直 不 断 退 缩, 退 缩 可 能 始 于 1850 年 前 后 虽 然 许 多 北 半 球 冰 川 在 1970 年 左 右 有 几 年 收 支 基 本 平 衡, 但 之 后 退 缩 加 快 冰 川 和 冰 帽 融 化 使 得 在 年 间 海 平 面 每 年 上 升 了 0.77 ± 0.22 毫 米 两 者 加 在 一 起, 格 陵 兰 冰 盖 和 南 极 冰 盖 很 有 可 能 正 在 退 缩, 年 期 间, 格 林 兰 的 贡 献 是 每 年 使 海 平 面 约 上 升 0.2±0.1 毫 米, 南 极 使 海 平 面 约 上 升 0.2±0.35 毫 米 有 证 据 表 明 2005 年 加 速 融 化 格 陵 兰 和 南 极 东 部 高 纬 度 严 寒 地 区 的 冰 盖 加 厚 有 可 能 是 因 为 降 雪 增 多, 高 纬 度 冰 盖 的 增 厚 远 远 不 足 以 抵 消 格 陵 兰 和 南 极 西 部 沿 海 地 区 因 冰 溢 出 增 加 和 格 林 兰 表 层 融 化 而 变 薄 的 程 度 冰 通 过 复 杂 的 方 式 与 周 围 的 气 候 相 互 作 用, 因 FAQ 4.1, 图 1: 极 地 表 面 气 温 (A G) 北 极 和 南 极 海 冰 面 积 (B F) 北 半 球 冻 土 面 积 (C) 北 半 球 积 雪 面 积 (D) 和 全 球 冰 川 物 质 平 衡 (E) 按 时 间 序 列 矩 平 ( 与 长 期 平 均 值 的 差 ) 图 E 中 的 红 色 实 线 表 示 累 计 的 全 球 冰 川 物 质 平 衡 ; 其 它 图 中 的 红 色 实 线 表 示 年 代 际 变 化 ( 见 附 件 3.A) ( 接 下 页 ) 109

18 此 具 体 变 化 的 原 因 尚 不 完 全 清 晰 虽 然 如 此, 不 可 避 免 的 事 实 是, 在 局 地 温 度 高 于 冰 点 温 度 时 冰 会 融 化 尽 管 在 许 多 情 况 下 降 雪 增 多, 但 积 雪 和 山 地 冰 川 仍 在 退 缩, 这 也 就 意 味 着 气 温 在 升 高 同 样, 虽 然 积 雪 的 变 化 影 响 冻 土 层 和 河 湖 冰, 这 似 乎 并 不 足 以 解 释 观 测 到 的 变 化, 也 就 意 味 着 局 地 气 温 的 升 高 很 重 要 已 观 测 到 的 北 极 海 冰 减 少 可 在 历 史 环 流 和 温 度 变 化 驱 动 的 模 式 中 较 好 地 模 拟 出 来 在 一 些 寒 冷 的 中 部 区 域 观 测 到 冰 盖 上 的 降 雪 增 加, 沿 海 地 区 表 面 的 融 化 和 靠 近 许 多 沿 海 地 区 的 次 冰 架 的 融 化 都 与 变 暖 相 一 致 这 些 冰 雪 变 化 在 地 理 上 的 广 泛 性 表 明 普 遍 变 暖 是 导 致 地 球 总 冰 量 损 失 的 原 因 110

19 常 问 的 问 题 5.1 海 平 面 在 上 升 吗? 是 的, 有 确 凿 的 证 据 表 明 全 球 海 平 面 在 20 世 纪 逐 渐 升 高, 在 公 元 初 和 公 元 1900 年 期 间 变 化 很 小 之 后, 目 前 正 在 以 更 快 的 速 度 上 升 预 计 本 世 纪 海 平 面 将 以 更 快 的 速 度 上 升 导 致 全 球 海 平 面 上 升 的 两 个 主 要 原 因 是 海 洋 热 膨 胀 ( 水 变 暖 导 致 发 生 膨 胀 ) 和 由 于 融 化 导 致 的 陆 地 冰 的 损 失 全 球 海 平 面 在 数 千 年 中 大 约 上 升 了 120 米 ( 大 约 在 21,000 年 前 ), 并 在 3000 年 前 和 2000 年 前 之 间 的 时 期 稳 定 下 来 海 平 面 指 标 显 示, 从 那 时 起 到 19 世 纪 晚 期 全 球 海 平 面 变 化 并 不 非 常 明 显 对 现 代 海 平 面 变 化 的 仪 器 记 录 显 示 海 平 面 上 升 始 于 19 世 纪 对 20 世 纪 的 估 算 显 示, 全 球 平 均 海 平 面 是 以 每 年 1.7 毫 米 的 速 度 上 升 从 90 年 代 初 以 来 可 获 得 的 卫 星 观 测 资 料 提 供 了 几 乎 全 球 范 围 的 更 准 确 的 海 平 面 高 度 数 据 这 种 长 达 十 年 的 卫 星 测 高 资 料 集 显 示,1993 年 以 来 海 平 面 一 直 在 以 每 年 3 毫 米 的 速 度 不 断 上 升, 大 大 高 于 前 半 个 世 纪 的 平 均 值 沿 海 潮 汐 测 量 站 的 测 量 结 果 证 实 了 这 个 观 测 结 论, 并 指 出 在 前 几 十 年 中 也 有 类 似 的 上 升 速 度 预 计 21 世 纪 全 球 海 平 面 上 升 的 速 度 要 大 于 年 的 速 度 例 如, 根 据 IPCC 排 放 情 景 特 别 报 告 (SRES) 中 关 于 到 21 世 纪 90 年 代 中 期 的 A1B 情 景, 全 球 海 平 面 将 比 1990 年 高 米, 每 年 约 上 升 4 毫 米 与 过 去 一 样, 未 来 海 平 面 的 变 化 在 地 理 上 不 会 是 均 一 的, 在 典 型 的 模 式 预 测 中, 区 域 的 海 平 面 变 化 幅 度 在 平 均 值 上 下 0.15 米 预 计 热 膨 胀 将 在 海 平 面 上 升 中 发 挥 一 半 以 上 作 用, 但 陆 冰 随 着 本 世 纪 时 间 的 推 移 冰 物 质 将 会 越 来 越 快 地 损 失 一 个 重 要 的 不 确 定 因 素 涉 及 冰 盖 溢 流 的 冰 是 否 会 因 为 最 近 几 年 观 测 到 的 冰 流 加 速 而 继 续 增 加 这 会 增 加 海 平 面 上 升 的 量, 但 由 于 对 相 关 的 过 程 了 解 有 限, 没 有 把 握 以 量 化 的 方 式 预 估 其 增 加 量 图 1 显 示 了 全 球 平 均 海 平 面 过 去 的 演 变 以 及 按 SRES A1B 情 景 对 21 世 纪 作 出 的 预 估 与 气 候 模 式 的 结 论 相 同, 卫 星 资 料 和 水 位 图 观 测 结 果 显 示, 世 界 各 地 的 海 平 面 上 升 并 不 均 匀 在 有 些 地 区, 上 升 的 速 度 比 全 球 平 均 上 升 速 度 高 几 倍, 而 其 它 一 些 地 区 的 海 平 面 正 在 下 降 海 平 面 变 化 速 度 的 这 种 大 的 空 间 变 化 也 可 以 从 水 位 观 测 中 推 导 出 来 海 平 面 上 升 速 度 的 空 间 变 化 主 要 是 由 于 不 均 匀 的 温 度 和 盐 度 变 化 并 与 海 洋 环 流 的 变 化 有 关 最 近 几 年 获 得 的 近 乎 全 球 的 海 洋 温 度 资 料 集 能 够 直 接 计 算 热 膨 胀 人 们 相 信, 平 均 而 言, 在 年 这 段 期 间 里, 由 于 观 测 系 统 变 得 更 好, 热 膨 胀 和 陆 冰 融 化 大 约 各 占 观 测 到 的 海 平 面 上 升 的 一 半, 当 然 在 估 算 中 尚 存 在 一 些 不 确 定 因 素 最 近 几 年 在 观 测 到 的 海 平 面 上 升 速 度 与 热 膨 胀 及 陆 冰 损 失 的 合 计 之 间 取 得 了 合 理 的 一 致, 这 也 表 明 了 陆 地 蓄 水 量 变 化 幅 度 的 上 限, 而 人 们 对 此 仍 相 对 知 之 甚 少 模 式 结 果 表 明, 由 于 气 候 变 化 的 驱 动, 在 陆 地 蓄 水 量 方 面 没 有 任 何 净 趋 势, 但 存 在 年 际 和 十 年 的 大 波 动 然 而, 在 最 近 的 年 中, 在 观 测 到 的 海 平 面 上 升 和 已 知 贡 献 的 总 和 之 间 的 小 差 异 可 能 是 由 于 未 量 化 的 人 类 引 起 的 过 程 ( 例 如 : 抽 取 地 下 水 水 库 蓄 水 湿 地 排 水 和 毁 林 ) FAQ 5.1, 图 1: 按 时 间 序 列 的 过 去 和 对 未 来 预 估 的 全 球 海 平 面 ( 根 据 年 平 均 值 反 演 ) 无 法 获 取 1870 年 以 前 时 期 的 全 球 海 平 面 测 量 值 灰 色 阴 影 区 表 示 在 估 算 的 长 期 海 平 面 变 化 速 度 方 面 存 在 不 确 定 性 (6.4.3 节 ) 红 线 是 利 用 验 潮 仪 重 建 的 全 球 平 均 海 平 面 ( 节 ), 红 色 阴 影 区 是 指 相 对 于 平 滑 曲 线 的 变 化 范 围 绿 线 表 示 从 卫 星 测 高 仪 观 测 到 的 全 球 平 均 海 平 面 蓝 色 阴 影 区 表 示 SRES A1B 情 景 相 对 于 年 平 均 值 的 21 世 纪 模 式 预 估 范 围, 并 单 独 根 据 不 同 观 测 进 行 了 计 算 2100 年 之 后 的 预 估 结 果 越 来 越 多 地 依 赖 于 排 放 情 景 ( 见 第 10 章, 讨 论 本 报 告 按 其 它 情 景 作 出 的 海 平 面 上 升 预 估 ) 在 未 来 几 百 年 或 几 千 年 内, 海 平 面 可 能 会 上 升 若 干 米 ( 节 ) 111

20 常 问 的 问 题 6.1 工 业 化 时 代 之 前 出 现 冰 期 和 发 生 其 它 重 要 气 候 变 化 的 原 因 是 什 么? 地 球 的 气 候 在 所 有 时 间 尺 度 上 都 发 生 了 变 化, 其 中 包 括 远 在 人 类 活 动 能 够 发 挥 作 用 之 前 在 认 识 这 些 气 候 变 化 的 成 因 和 机 制 方 面 取 得 了 很 大 的 进 展 地 球 辐 射 平 衡 的 变 化 是 过 去 气 候 变 化 的 主 要 驱 动 因 子, 但 这 些 变 化 的 原 因 各 不 相 同 任 何 一 种 情 况, 无 论 是 冰 期 恐 龙 时 代 的 暖 期 或 是 过 去 一 千 年 中 的 波 动, 其 具 体 原 因 都 必 须 单 独 确 定 在 许 多 情 况 下, 现 在 已 经 能 够 很 有 信 心 地 确 定 其 成 因, 利 用 各 种 量 化 模 式 可 以 重 建 许 多 过 去 的 气 候 变 化 过 程 全 球 气 候 是 由 地 球 辐 射 平 衡 所 决 定 的 ( 见 常 问 的 问 题 1.1) 有 三 种 基 本 途 径 可 以 改 变 地 球 的 辐 射 平 衡, 从 而 导 致 气 候 变 化 : (1) 改 变 射 入 的 太 阳 辐 射 ( 例 如, 地 球 轨 道 或 太 阳 自 身 的 变 化 );(2) 改 变 太 阳 辐 射 的 反 射 率 ( 该 反 射 率 称 之 为 反 照 率, 它 可 以 通 过 云 层 的 变 化 被 称 为 气 溶 胶 的 颗 粒 物 或 陆 地 层 等 来 改 变 );(3) 改 变 辐 射 回 空 间 的 长 波 的 能 量 ( 例 如, 通 过 改 变 二 氧 化 碳 的 浓 度 ) 此 外, 局 地 气 候 也 取 决 于 风 和 洋 流 如 何 分 布 热 量 所 有 这 些 因 素 都 在 过 去 的 气 候 变 化 中 发 挥 了 作 用 从 冰 期 开 始 到 过 去 近 300 万 年 的 周 期 中, 有 充 分 的 证 据 显 示, 这 些 变 化 与 地 球 围 绕 太 阳 的 轨 道 的 周 期 变 化 有 关, 这 些 周 期 也 即 所 谓 的 米 兰 科 维 奇 周 期 ( 图 1) 这 些 周 期 改 变 了 每 个 纬 度 每 个 季 节 接 收 的 太 阳 辐 射 ( 但 几 乎 对 全 球 年 平 均 值 没 有 影 响 ), 我 们 可 以 以 天 文 精 度 计 算 出 这 些 周 期 目 前 仍 就 冰 期 具 体 从 何 时 开 始 和 结 束 进 行 讨 论, 但 有 许 多 研 究 表 明, 北 半 球 各 大 洲 夏 季 日 照 至 关 重 要 : 如 果 低 于 某 个 阈 值, 过 去 冬 季 的 雪 在 夏 季 就 不 会 融 化, 随 着 越 来 越 多 的 雪 积 累 下 来, 冰 盖 就 开 始 增 厚 气 候 模 式 的 模 拟 结 果 证 实 冰 期 的 确 可 以 这 样 开 始, 同 时 还 利 用 一 些 简 单 的 概 念 模 式 在 轨 道 变 化 的 基 础 上 成 功 地 后 报 了 过 去 冰 期 的 开 始 与 前 几 个 冰 期 的 开 始 相 类 似, 下 一 次 北 半 球 夏 季 日 射 的 大 幅 减 少 将 在 30,000 年 后 开 始 大 气 中 的 二 氧 化 碳 (CO 2 ) 虽 然 不 是 首 要 原 因, 但 它 在 冰 河 期 也 起 到 重 要 的 作 用 南 极 冰 芯 资 料 显 示, 二 氧 化 碳 在 寒 冷 的 冰 川 时 代 浓 度 很 低 (~190 ppm), 在 温 暖 的 间 冰 期 浓 度 要 高 (~280ppm), 大 气 CO 2 随 着 南 极 气 温 的 变 化 而 变 化, 滞 后 期 约 有 几 百 年 由 于 从 冰 期 开 始 到 结 束 的 气 候 变 化 持 续 数 千 年, 这 些 变 化 多 数 是 受 到 FAQ 6.1, 图 1 驱 动 冰 期 的 周 期 ( 米 兰 科 维 奇 周 期 ) 的 地 球 轨 道 变 化 示 意 图 T 表 示 地 轴 倾 斜 度 的 变 化, E 表 示 离 心 力 的 变 化 ( 由 于 椭 圆 轨 道 短 轴 的 变 化 引 起 ), P 代 表 岁 差, 即 以 轨 道 上 某 一 特 定 轨 道 位 置 上, 地 轴 倾 斜 方 向 的 变 化 出 处 :Rahmstorf 和 Schellnhuber (2006). 二 氧 化 碳 正 反 馈 的 影 响 ; 即 : 由 于 米 兰 科 维 奇 周 期 最 初 引 发 的 小 幅 冷 却 随 着 二 氧 化 碳 浓 度 下 降 而 被 放 大 只 有 在 考 虑 到 二 氧 化 碳 作 用 的 情 况 下, 冰 期 气 候 的 模 拟 ( 见 第 节 的 讨 论 ) 才 能 产 生 令 人 满 意 的 结 果 在 上 个 冰 期 发 生 了 20 起 突 变 的 和 剧 烈 的 气 候 转 迁, 在 北 大 西 洋 周 边 的 记 录 中 尤 为 突 出 ( 见 6.4 节 ) 这 些 变 迁 不 同 于 冰 川 间 冰 期 的 周 期, 在 此 周 期 内 没 有 大 的 全 球 平 均 温 度 变 化 : 格 陵 兰 和 南 极 的 变 化 不 同 步, 在 南 大 西 洋 和 北 大 西 洋 呈 相 反 方 向 这 意 味 着 已 经 不 需 要 全 球 辐 射 平 衡 的 重 大 变 化 就 能 引 发 上 述 变 迁 ; 在 气 候 系 统 中 的 热 量 重 新 分 布 就 足 以 触 发 变 迁 事 实 上 有 确 凿 的 证 据 表 明, 海 洋 环 流 和 热 输 送 的 变 化 可 以 解 释 很 多 这 些 突 发 事 件 的 特 征 ; 沉 积 物 资 料 及 模 式 模 拟 显 示 其 中 一 些 变 化 可 能 是 由 那 个 时 代 环 绕 大 西 洋 的 冰 盖 不 稳 定 性 及 与 之 相 关 的 淡 水 释 放 到 海 洋 所 触 发 的 在 过 去 的 5 亿 年 期 间, 气 候 历 史 上 也 曾 发 生 过 偏 暖 的 时 期, 地 球 可 能 完 全 没 有 冰 盖 ( 地 质 学 家 可 从 岩 石 上 的 冰 叶 标 迹 予 以 判 别 ), 而 不 像 今 天 的 格 陵 兰 和 南 极 被 冰 盖 覆 盖 追 溯 到 过 去 一 百 万 年 以 上 的 有 关 温 室 气 体 的 资 料, 即 超 过 南 极 冰 芯 年 代 的 数 据, 仍 有 相 当 大 的 不 确 定 性 但 对 地 质 采 样 的 分 析 表 明 ( 接 下 页 ) 112

21 无 冰 暖 期 与 大 气 中 二 氧 化 碳 高 浓 度 相 吻 合 在 百 万 年 时 间 尺 度 上, 二 氧 化 碳 浓 度 的 变 化 是 由 于 地 壳 构 造 活 动 引 起 的, 它 影 响 到 海 洋 和 大 气 与 固 体 地 球 的 CO 2 交 换 如 欲 了 解 这 些 古 代 气 候 的 更 多 详 情, 请 参 阅 文 框 6.1 过 去 气 候 变 化 的 另 一 个 可 能 的 原 因 是 太 阳 能 量 输 出 的 变 化 最 近 几 十 年 的 观 测 表 明 太 阳 能 量 输 出 在 11 年 的 周 期 中 有 略 有 变 化 ( 接 近 0.1%) 太 阳 黑 子 观 测 ( 可 追 溯 到 17 世 纪 ) 以 及 从 宇 宙 辐 射 产 生 的 同 位 素 资 料 证 明 了 太 阳 活 动 的 长 期 变 化 数 据 相 关 性 和 模 式 模 拟 结 果 均 表 明, 在 工 业 化 时 代 开 始 前 的 一 百 万 年 中, 太 阳 变 化 和 火 山 活 动 有 可 能 是 导 致 气 候 变 异 的 首 要 原 因 这 些 例 子 说 明 过 去 不 同 的 气 候 变 化 都 有 不 同 的 原 因 自 然 因 子 在 过 去 引 起 气 候 变 化 的 事 实 并 不 意 味 着 目 前 的 气 候 变 化 是 自 然 的 如 此 类 推, 森 林 火 灾 长 期 以 来 一 直 是 自 然 界 雷 击 造 成 的, 但 并 不 意 味 着 火 灾 不 可 能 是 由 一 位 粗 心 的 露 营 者 引 发 常 问 的 问 题 2.1 讨 论 了 与 自 然 影 响 相 比, 人 类 如 何 引 起 最 近 的 气 候 变 化 113

22 常 问 的 问 题 6.2 与 地 球 历 史 上 的 早 期 变 化 相 比, 当 前 的 气 候 变 化 异 常 吗? 气 候 在 整 个 地 球 历 史 中 和 所 有 时 间 尺 度 上 一 直 在 变 化 当 前 的 气 候 变 化 在 某 些 方 面 并 非 异 常, 但 在 另 外 一 些 方 面 则 属 异 常 与 过 去 50 多 万 年 相 比, 大 气 中 CO 2 的 浓 度 现 已 经 达 到 创 记 录 的 高 值, 并 且 还 在 以 异 常 快 的 速 度 继 续 这 种 趋 势 与 至 少 过 去 五 百 年 甚 至 可 能 超 过 一 千 年 相 比, 目 前 的 全 球 温 度 是 偏 暖 的 如 果 这 种 变 暖 持 续 下 去, 所 引 起 的 本 世 纪 气 候 变 化, 用 地 质 术 语 来 说 将 是 极 端 异 常 的 当 前 气 候 变 化 的 另 一 个 异 常 方 面 是 它 的 成 因 : 过 去 的 气 候 变 化 源 于 自 然 原 因 ( 参 见 FAQ6.1), 而 过 去 50 年 的 大 部 分 变 暖 是 因 人 类 活 动 所 致 在 对 当 前 的 气 候 变 化 和 早 期 的 自 然 变 化 进 行 比 较 时, 必 须 区 分 三 点 不 同 首 先, 必 须 明 确 是 在 对 哪 些 变 量 进 行 比 较 : 是 温 室 气 体 浓 度, 或 者 温 度 ( 或 者 其 它 气 候 参 数 ), 是 它 们 的 绝 对 值, 还 是 其 变 化 速 率? 其 次, 切 勿 把 局 地 变 化 同 全 球 变 化 相 混 淆 局 地 气 候 变 化 通 常 比 全 球 气 候 变 化 大 得 多, 因 为 局 地 因 子 ( 如 海 洋 或 大 气 环 流 的 变 化 ) 能 够 把 热 量 和 水 汽 从 一 个 地 点 转 移 输 送 到 另 一 个 地 点, 局 地 反 馈 会 产 生 影 响 ( 如 海 冰 反 馈 ) 相 比 之 下, 全 球 平 均 温 度 的 较 大 变 化 需 要 某 种 全 球 强 迫 ( 如 温 室 气 体 浓 度 的 改 变 或 太 阳 活 动 ) 第 三, 必 须 区 分 时 间 尺 度 与 一 百 年 的 时 间 尺 度 相 比, 几 百 万 年 的 气 候 变 化 可 能 要 大 得 多, 并 且 有 不 同 的 成 因 ( 如 大 陆 漂 移 ) 当 前 关 注 气 候 变 化 的 主 要 原 因 是 大 气 二 氧 化 碳 (CO 2 )( 和 其 它 一 些 温 室 气 体 ) 浓 度 的 增 加, 这 种 增 加 在 第 四 纪 ( 过 去 约 两 百 万 年 ) 中 是 十 分 罕 见 的 过 去 650,000 年 间 的 CO 2 浓 度 是 从 南 极 冰 芯 准 确 获 知 的 在 这 段 时 期 内,CO 2 浓 度 在 冷 冰 川 期 的 低 值 180 ppm 和 暖 间 冰 期 的 高 值 300ppm 之 间 变 化 在 过 去 一 个 多 世 纪 里, 浓 度 值 快 速 增 加 而 大 大 超 出 了 这 一 范 围, 现 在 为 379ppm( 参 见 第 2 章 ) 相 比 之 下, 在 上 一 个 冰 期 结 束 时,CO 2 浓 度 约 80ppm 的 上 升 花 费 了 5000 多 年 的 时 间 高 于 当 前 值 的 浓 度 值 仅 在 几 百 万 年 以 前 出 现 过 ( 参 见 FAQ 6.1) 温 度 是 一 个 比 CO 2 ( 全 球 充 分 混 合 气 体 ) 更 难 重 建 的 变 量, 因 为 它 在 全 球 各 个 地 方 的 意 义 不 尽 相 同, 因 此 单 一 的 记 录 ( 如 冰 芯 ) 只 具 有 有 限 的 价 值 局 地 温 度 的 变 化, 即 便 是 短 短 几 十 年 的 变 化, 都 可 能 达 到 几 摄 氏 度, 这 远 远 大 于 过 去 一 个 世 纪 中 约 0.7 的 全 球 变 暖 信 号 大 尺 度 ( 全 球 或 半 球 ) 平 均 分 析 对 于 全 球 变 化 更 有 意 义, 在 这 种 尺 度 下, 大 部 分 局 地 变 化 达 到 平 均 值, 变 异 较 小 有 足 够 覆 盖 范 围 的 仪 器 记 录 仅 能 追 溯 约 150 年 在 时 间 上 做 进 一 步 追 溯, 对 来 自 树 木 年 轮 冰 芯 等 代 用 资 料 进 行 汇 编 使 得 追 溯 时 间 超 过 一 千 年, 其 空 间 覆 盖 有 所 减 少 ( 参 见 第 6.5 节 ) 尽 管 在 那 些 重 建 结 果 中 存 在 差 异, 以 及 存 在 明 显 的 不 确 定 性, 但 所 有 已 发 表 的 重 建 结 果 表 明, 中 世 纪 时 期 的 温 度 是 温 暖 的,17 18 和 19 世 纪 降 冷 到 低 值, 此 后 迅 速 变 暖 中 世 纪 的 温 暖 水 平 是 无 法 确 定 的, 但 在 20 世 纪 中 期 可 能 再 次 达 到 了 这 一 水 平, 只 是 从 那 时 起 才 有 可 能 超 过 这 一 水 平 这 些 结 论 也 得 到 气 候 模 拟 的 支 持 在 二 千 多 年 以 前, 温 度 变 化 没 有 被 系 统 地 汇 编 成 大 尺 度 的 平 均 值, 但 它 们 也 并 未 提 供 追 溯 到 全 新 世 ( 过 去 近 11,600 年 ; 参 见 6.4 节 ) 的 比 当 前 全 球 年 平 均 温 度 偏 暖 的 证 据 有 强 烈 的 迹 象 表 明, 直 到 约 3 百 万 年 以 前, 一 直 盛 行 着 偏 暖 的 气 候, 使 得 全 球 冰 盖 大 大 缩 减, 海 平 面 更 高 因 此, 目 前 的 变 暖 从 过 去 几 千 年 的 时 间 范 围 内 看 似 乎 是 异 常 的, 但 站 在 更 长 的 时 间 尺 度 上 看 则 并 非 异 常, 在 这 种 尺 度 上, 构 造 活 动 的 变 化 ( 可 能 由 温 室 气 候 浓 度 自 然 缓 慢 的 变 化 所 驱 动 ) 变 得 有 关 系 了 ( 见 框 6.1) 一 个 不 同 的 问 题 是 目 前 的 变 暖 速 率 代 用 资 料 中 记 录 的 全 球 气 候 变 化 是 否 较 快? 过 去 一 百 万 年 间 最 大 的 温 度 变 化 发 生 冰 川 期, 在 这 段 时 期, 全 球 平 均 温 度 从 冰 期 的 4 变 化 为 暖 间 冰 期 的 7 ( 局 部 变 化 要 大 得 多, 如 在 大 陆 冰 盖 附 近 ) 然 而, 资 料 表 明 冰 期 结 束 时 的 全 球 变 暖 是 一 个 渐 进 的 过 程, 历 时 近 5000 年 ( 参 见 第 6.3 节 ) 因 此 很 明 显, 根 据 以 往 的 变 化, 目 前 全 球 气 候 变 化 的 速 率 要 快 得 多, 且 十 分 异 常 经 常 讨 论 的 冰 期 气 候 突 变 ( 参 见 第 6.3 节 ) 绝 不 是 反 例, 因 为 这 种 突 变 大 概 是 由 海 洋 的 热 量 输 送 所 至, 它 们 不 太 可 能 影 响 到 全 球 的 平 均 温 度 进 一 步 沿 时 间 追 溯 到 冰 芯 资 料 以 前 的 时 代, 沉 积 物 和 其 它 档 案 资 料 的 时 间 分 辨 率 分 辨 不 出 当 前 这 样 快 速 的 变 暖 因 此, 尽 管 过 去 发 生 过 较 大 的 气 候 变 化, 但 没 有 证 据 显 示 这 些 变 化 是 以 比 当 前 气 候 变 暖 更 快 的 速 率 发 生 的 如 果 认 识 到 对 本 世 纪 变 暖 的 预 估 约 为 5 C( 范 围 的 上 限 ), 则 地 球 将 如 其 在 上 一 个 冰 期 结 束 时 那 样, 可 能 经 历 相 同 大 小 的 全 球 平 均 增 温 ; 没 有 证 据 显 示 过 去 5000 万 年 时 间 里 的 任 何 全 球 增 温 能 比 得 上 这 一 未 来 可 能 的 全 球 变 化 速 率 114

23 常 问 的 问 题 7.1 工 业 时 代 大 气 中 二 氧 化 碳 和 其 它 温 室 气 体 的 增 加 是 人 类 活 动 引 起 的 吗? 是 的, 工 业 时 代 大 气 中 二 氧 化 碳 (CO 2 ) 和 其 它 温 室 气 体 的 增 加 是 由 人 类 活 动 引 起 的 事 实 上, 观 测 到 的 大 气 中 CO 2 浓 度 的 增 加 并 不 反 映 人 类 排 放 的 总 量, 自 1959 年 起, 它 仅 占 人 类 活 动 所 释 放 的 CO 2 的 55% 其 余 部 分 已 被 陆 地 上 的 植 物 和 海 洋 吸 收 在 所 有 情 况 下, 大 气 中 温 室 气 体 的 浓 度 及 其 增 加 是 由 源 ( 来 自 人 类 活 动 和 自 然 系 统 的 气 体 排 放 )) 和 汇 ( 大 气 中 的 气 体 通 过 变 换 转 化 为 不 同 的 化 合 物 ) 确 定 的 人 类 活 动 产 生 的 CO 2 排 放 量 有 75% 以 上 是 由 化 石 燃 料 的 燃 烧 ( 加 上 水 泥 生 产 的 少 部 分 影 响 ) 产 生 的 其 余 部 分 则 是 由 土 地 利 用 变 化 ( 主 要 是 毁 林 ) 引 起 的 关 于 甲 烷 另 一 种 重 要 的 温 室 气 体, 在 过 25 年 里 由 人 类 活 动 产 生 的 排 放 已 经 超 过 了 自 然 排 放 关 于 氧 化 亚 氮, 人 类 活 动 产 生 的 排 放 等 于 对 大 气 的 自 然 排 放 大 多 数 长 生 命 期 的 含 卤 气 体 ( 如 氟 利 昂 ) 是 由 人 类 产 生 的, 工 业 化 时 代 以 前 它 们 在 大 气 中 是 不 存 在 的 平 均 而 言, 自 前 工 业 化 时 期 以 来, 现 在 的 对 流 层 臭 氧 增 加 了 38%, 这 种 增 加 是 由 人 类 活 动 排 放 的 短 生 命 期 污 染 物 在 大 气 中 的 反 应 产 生 的 CO 2 的 浓 度 现 在 为 百 万 分 之 379(ppm), 甲 烷 大 于 十 亿 分 之 1,774(ppb), 二 者 很 可 能 远 远 高 于 过 去 至 少 650 kyr 间 任 何 时 候 的 浓 度 值 ( 在 这 一 期 间,CO2 维 持 在 ppm, 甲 烷 维 持 在 ppb) 最 近 的 变 化 率 是 惊 人 的 和 空 前 的 ;CO 2 的 增 加 在 1kyr 中 从 未 超 过 30ppm 而 今 天, 在 刚 刚 过 去 的 17 年 里 CO 2 就 上 升 了 30 ppm 二 氧 化 碳 燃 烧 化 石 燃 料 产 生 的 CO 2 排 放 ( 图 1a) 再 加 上 水 泥 制 造 的 贡 献, 占 到 自 前 工 业 化 时 期 以 来 大 气 中 CO 2 浓 度 增 加 的 75% 以 上 其 余 部 分 的 增 加 来 自 森 林 砍 伐 ( 和 相 关 的 生 物 量 燃 烧 ) 占 主 导 的 土 地 利 用 变 化, 以 及 改 变 农 业 规 范 的 影 响 所 有 这 些 增 加 都 是 由 人 类 活 动 引 起 的 自 然 碳 循 环 无 法 对 过 去 25 年 间 大 气 中 的 碳 以 CO 2 形 式 从 3.2 增 加 到 4.1GtC/ 年 做 出 解 释 ( 一 个 GtC 等 于 克 碳, 即 十 亿 吨 碳 ) 自 然 过 程, 如 光 合 作 用 呼 吸 作 用 衰 变 和 海 表 气 体 交 换, 导 致 陆 地 与 大 气 ( 估 计 ~120GtC/ 年 ), 以 及 海 洋 与 大 气 ( 估 计 为 ~90GtC/ 年 ; 参 见 图 7.3) 间 CO 2 源 和 汇 的 大 规 模 交 换 在 过 去 15 年 里, 自 然 过 程, 如 光 合 作 用 呼 吸 作 用 衰 变 和 海 表 气 体 交 换, 导 致 陆 地 与 大 气 ( 估 计 ~120GtC/ 年 ), 以 及 海 洋 与 大 气 ( 估 计 为 ~90GtC/ 年 ; 参 见 图 7.3) 间 CO2 源 和 汇 的 大 规 模 交 换 在 过 去 15 年 里, 自 然 碳 汇 导 致 约 3.3GtC/ 年 CO2 的 少 量 净 吸 收, 部 分 抵 消 了 因 人 为 因 子 引 起 的 排 放 如 果 过 去 15 年 里 不 是 因 自 然 汇 吸 收 了 将 近 一 半 的 人 类 活 动 产 生 的 CO2, 其 在 大 气 中 浓 度 的 增 加 可 能 会 更 加 明 显 根 据 大 气 中 CO 2 的 特 性 可 知, 大 气 中 CO 2 浓 度 的 增 加 是 由 人 类 活 动 引 起 的, 特 别 是 重 碳 原 子 与 轻 碳 原 子 的 比 率 发 生 了 变 化, 这 种 变 化 可 归 结 为 化 石 燃 料 碳 的 增 加 此 外, 在 CO 2 增 加 的 同 时, 大 气 中 氧 和 氮 的 比 率 有 所 下 降 ; 这 是 预 料 之 中 的, 因 为 化 石 燃 料 燃 烧 时 会 消 耗 氧 有 一 种 形 式 的 重 碳 - 碳 -13 同 位 素, 在 植 被 中, 以 及 在 从 过 去 的 植 被 形 成 的 化 石 燃 料 中 并 不 丰 富 ; 在 海 洋 所 含 的 碳 中, 以 及 在 火 山 或 地 热 的 排 放 中 则 较 为 丰 富 大 气 中 碳 -13 同 位 素 的 相 对 数 量 一 直 在 下 降, 这 表 明 增 加 的 碳 来 自 化 石 燃 料 和 植 被 碳 还 有 一 个 稀 有 的 放 射 性 同 位 素 - 碳 -14, 它 存 在 于 大 气 的 CO 2 中, 但 不 存 在 于 化 石 燃 料 中 在 大 气 核 武 器 试 验 前, 碳 -14 相 对 量 的 减 少 表 明 有 化 石 燃 料 碳 增 加 到 大 气 中 含 卤 气 体 大 多 数 长 生 命 期 的 大 气 含 卤 气 体 的 浓 度 是 由 人 类 活 动 引 起 的 在 工 业 化 以 前, 只 有 少 量 自 然 发 生 的 含 卤 气 体, 如 甲 基 溴 化 物 和 甲 基 氯 化 物 在 20 世 纪 的 后 50 年 里, 化 学 合 成 新 技 术 的 发 展 导 致 化 学 生 产 的 含 卤 气 体 激 增 人 类 生 产 的 主 要 含 卤 气 体 的 排 放 如 图 1b 所 示 图 中 绘 制 出 氯 氟 碳 化 物 (CFC) 的 大 气 生 命 期 为 年, 氢 氯 氟 碳 化 合 物 (HCFC) 的 大 气 生 命 期 为 1-18 年, 氢 碳 氟 化 合 物 (HFC) 的 大 气 生 命 期 为 年 全 氟 化 碳 (PFC, 未 标 出 ) 可 以 在 大 气 中 存 留 数 千 年 之 久 作 为 关 于 消 耗 臭 氧 层 物 质 的 蒙 特 利 尔 议 定 书 及 其 修 正 案 的 结 果, 包 括 CFC 在 内 的 一 些 主 要 含 卤 气 体 的 浓 度 目 前 正 在 地 球 表 面 趋 于 稳 定 或 者 减 少 HCFC 的 浓 度 ( 其 生 产 准 备 在 2030 年 停 止 ), 以 及 京 都 议 定 书 中 的 气 体 HFC 和 PFC 的 浓 度 目 前 还 在 增 加 ( 接 下 页 ) 115

24 甲 烷 由 人 类 活 动 产 生 的 甲 烷 (CH 4 ) 源 超 过 了 自 然 系 统 的 CH 4 源 ( 图 1c) 1960 年 至 1999 年 期 间,CH 4 浓 度 的 增 长 与 1800 年 以 前 的 二 千 年 间 任 何 40 年 周 期 相 比, 平 均 至 少 要 快 六 倍, 尽 管 从 1980 年 起 增 长 率 几 乎 为 零 向 大 气 排 放 CH 4 的 主 要 自 然 源 是 湿 地 其 它 自 然 源 包 括 白 蚁 海 洋 植 被 和 甲 烷 水 合 物 产 生 甲 烷 的 人 类 活 动 包 括 使 用 煤 和 天 然 气 生 产 能 源 垃 圾 填 埋 饲 养 反 刍 动 物 ( 如 牛 羊 等 ) 稻 作 农 业, 以 及 生 物 量 燃 烧 CH 4 一 旦 排 放 后, 在 其 被 清 除 之 前 可 能 在 大 气 中 存 留 约 8.4 年, 清 除 主 要 通 过 对 流 层 中 的 化 学 氧 化 完 成 CH 4 的 小 的 汇 包 括 土 壤 的 吸 收, 以 及 最 后 在 平 流 层 中 的 毁 灭 氧 化 亚 氮 由 人 类 活 动 排 入 大 气 的 氧 化 亚 氮 (N 2 O) 源 近 似 等 于 自 然 系 统 的 排 放 源 ( 图 1d) 1960 年 至 1999 年 期 间,N 2 O 浓 度 的 增 加 与 1800 年 以 前 的 二 千 年 间 任 何 40 年 周 期 相 比, 平 均 至 少 要 快 二 倍 N 2 O 的 自 然 源 包 括 海 洋 大 气 中 氨 的 化 学 氧 化, 以 及 土 壤 热 带 土 壤 是 一 个 向 大 气 排 放 N 2 O 的 特 别 重 要 的 源 排 放 N 2 O 的 人 类 活 动 包 括 肥 料 中 的 氮 转 化 为 N 2 O, 以 及 随 后 从 农 业 土 壤 中 的 排 放 ; 生 物 量 燃 烧 ; 养 牛 ; 以 及 某 些 工 业 活 动, 包 括 尼 龙 的 生 产 N 2 O 一 旦 排 出, 在 其 被 清 除 之 前 可 能 在 大 气 中 存 留 约 114 年, 它 主 要 在 平 流 层 中 毁 灭 对 流 层 臭 氧 对 流 层 臭 氧 是 由 大 气 中 的 光 化 学 反 应 产 生 的, 反 应 涉 及 一 些 先 导 化 学 物 质, 如 一 氧 化 碳 CH 4 挥 发 性 有 机 化 合 物, 以 及 氮 氧 化 物 这 些 化 学 物 质 通 过 自 然 生 物 过 程 排 放, 以 及 通 过 人 类 活 动 排 放, 包 括 土 地 利 用 变 化 和 燃 烧 燃 料 由 于 对 流 层 臭 氧 的 生 命 期 相 对 较 短, 仅 能 在 大 气 中 持 续 几 天 到 数 周, 因 此 其 分 布 是 高 度 可 变 的, 且 与 其 先 导 化 合 物 的 丰 度 水 汽 和 日 光 有 关 FAQ 7.1, 图 1. 根 据 第 4 和 第 7 章 列 举 的 详 细 资 料 分 析 对 大 气 温 室 气 体 浓 度 变 化 的 贡 献 在 图 (a)-(d) 中, 人 为 源 用 橙 色 表 示, 自 然 源 和 汇 用 绿 色 表 示 在 图 (e) 中, 为 人 引 起 的 对 流 层 臭 氧 量 用 橙 色 表 示, 自 然 臭 氧 量 用 绿 色 表 示 (a)co 2 的 源 和 汇 (GtC) 每 年 CO 2 通 过 类 活 动 释 放 到 大 气 中, 这 些 活 动 包 括 化 石 燃 料 的 燃 烧 和 土 地 利 用 的 改 变 人 类 活 动 排 放 的 CO 2 只 有 57 60% 驻 留 在 大 气 中 有 一 些 溶 解 到 海 洋 里, 还 些 溶 解 到 在 植 物 的 生 长 过 程 中 进 入 到 植 物 体 内 与 土 地 有 关 的 通 量 是 针 对 1990 年 代 的 ; 化 石 燃 料 和 水 泥 通 量, 以 及 海 洋 的 净 吸 收 是 针 对 年 这 一 时 期 的 所 有 的 数 值 和 不 确 定 性 范 围 均 取 自 表 7.1 (b)1990 年 ( 浅 橙 色 ) 和 2002 年 ( 深 橙 色 )CFC 及 其 它 含 卤 化 合 物 的 全 球 排 放 这 些 化 学 物 质 全 部 是 由 人 类 生 产 的 这 里, HCFC 包 括 HCFC b 和 - 142b, HFC 包 括 HFC a 和 -152a 1Gg=109g(1,000 吨 ) 大 部 分 资 料 来 自 第 2 章 列 举 的 报 告 (c) 年 期 间 CH 4 的 源 和 汇 CH4 的 人 为 源 包 括 能 源 生 产 垃 圾 填 埋 反 刍 动 物 ( 如 牛 羊 等 ) 稻 作 农 业, 以 及 生 物 量 燃 烧 1 Tg=1012g(100 万 吨 ) 数 值 和 不 确 定 性 为 表 7.6 中 CH 4 相 应 合 计 值 的 平 均 值 和 标 准 差 (d) N 2 O 的 源 和 汇 N 2 O 的 人 为 源 包 括 肥 料 中 的 氮 转 化 为 N 2 O 以 及 随 后 从 农 业 土 壤 中 的 排 放 生 物 量 燃 烧 饲 养 牛, 以 及 某 些 工 业 活 动, 包 括 尼 龙 制 造 源 的 数 值 和 不 确 定 性 为 表 7.7 的 中 点 和 限 定 范 围 N 2 O 的 损 耗 取 自 第 7.4 章 (e) 19 世 纪 和 20 世 纪 初, 以 及 年 期 间 的 对 流 层 臭 氧 对 流 层 臭 氧 生 成 的 增 加 是 人 为 所 致, 是 燃 烧 化 石 燃 料 或 生 物 燃 料 时 排 放 的 污 染 物 在 大 气 中 发 生 化 学 反 应 所 产 生 的 工 业 化 前 的 数 值 和 不 确 定 性 范 围 取 自 IPCC 第 三 次 评 估 报 告 (TAR) 的 表 4.9, 是 根 据 重 建 的 观 测 资 料 估 算 的 现 在 的 合 计 值 及 其 不 确 定 性 范 围 是 本 报 告 表 7.9 中 引 用 的 模 式 结 果 的 平 均 值 和 标 准 差, 未 考 虑 TAR 中 的 数 据 在 城 市 的 空 气 中 城 区 的 下 风 方, 以 及 生 物 量 燃 烧 地 区 的 对 流 层 臭 氧 浓 度 明 显 偏 高 自 工 业 化 前 时 代 以 来, 对 流 层 臭 氧 中 38%(20-50%) 的 增 加 是 由 人 类 造 成 的 ( 参 见 图 1e) 1960 年 至 1999 年 期 间,CO 2 CH 4 和 N 2 O 综 合 辐 射 强 迫 的 增 加, 与 1800 年 以 前 的 二 千 年 间 任 何 40 年 周 期 相 比, 很 可 能 至 少 要 快 六 倍 116

25 常 问 的 问 题 8.1 用 来 预 估 未 来 气 候 变 化 的 模 式 可 靠 性 如 何? 气 候 模 式 提 供 有 关 未 来 气 候 变 化, 特 别 是 大 陆 及 其 以 上 尺 度 的 气 候 变 化 的 可 靠 量 化 估 算 具 有 相 当 高 的 可 信 度 这 种 可 信 度 源 于 模 式 是 建 立 在 获 得 公 认 的 物 理 原 理 基 础 之 上 的, 以 及 它 们 再 现 观 测 到 的 当 前 气 候 和 过 去 气 候 变 化 的 特 征 的 能 力 某 些 气 候 变 量 ( 如 温 度 ) 的 模 式 估 算 可 信 度 高 于 其 它 变 量 ( 如 降 水 ) 在 几 十 年 的 发 展 中, 模 式 始 终 提 供 一 幅 因 温 室 气 体 增 加 而 引 起 气 候 显 著 变 暖 的 稳 固 而 明 确 的 图 像 气 候 模 式 是 气 候 系 统 的 数 学 表 达 式, 用 计 算 机 代 码 表 示, 并 在 功 能 强 大 的 计 算 机 上 运 行 模 式 可 信 度 的 一 个 来 源 在 于 以 下 事 实 : 模 式 的 基 本 原 理 是 建 立 在 物 理 定 律 基 础 之 上 的, 如 质 量 守 恒 定 律 能 量 和 动 力 定 律, 同 时 还 有 大 量 的 观 测 资 料 模 式 可 信 度 的 第 二 个 来 源 是 模 式 模 拟 当 前 气 候 重 要 方 面 的 能 力 通 过 把 模 式 的 模 拟 结 果 与 大 气 海 洋 冰 雪 圈 和 地 表 的 观 测 结 果 比 对, 可 以 对 模 式 进 行 定 期 和 广 泛 的 评 估 在 过 去 十 年 里, 通 过 组 织 过 多 模 式 的 相 互 比 对, 对 模 式 的 评 估 达 到 空 前 的 水 平 在 表 示 许 多 重 要 的 平 均 气 候 特 征 方 面, 如 大 气 温 度 降 水 辐 射 和 风 的 大 尺 度 分 布, 以 及 海 洋 温 度 海 流 和 海 冰 覆 盖 的 大 尺 度 分 布, 模 式 表 现 出 重 要 的 和 不 断 提 高 的 技 巧 模 式 还 能 对 许 多 跨 越 不 同 时 间 尺 度 观 测 到 的 气 候 变 异 分 布 型 态 的 重 要 方 面 进 行 模 拟 实 例 包 括 重 要 季 风 系 统 的 前 进 与 后 退 温 度 的 季 节 性 偏 移 风 暴 路 径 和 雨 带, 以 及 温 带 地 面 气 压 的 半 球 尺 度 起 伏 变 化 ( 北 半 球 和 南 半 球 的 环 状 模 ) 对 一 些 气 候 模 式, 或 与 之 有 密 切 关 系 的 变 形, 还 可 以 通 过 用 它 们 预 测 天 气 和 制 作 季 节 预 报 来 对 其 进 行 测 试 这 些 模 式 在 此 类 预 报 中 证 明 它 们 的 技 巧, 表 明 能 够 在 较 短 的 时 间 尺 度 上 表 述 大 气 环 流 的 重 要 特 征, 以 及 季 节 和 年 际 变 异 的 各 个 方 面 模 式 表 述 这 些 特 征 和 其 它 重 要 气 候 特 征 的 能 力 增 强 了 我 们 的 信 心, 即 它 们 能 够 表 述 对 于 模 拟 未 来 气 候 变 化 十 分 重 要 的 基 本 物 理 过 程 ( 注 意, 气 候 模 式 在 预 报 几 天 以 上 天 气 的 能 力 方 面 存 在 的 局 限 性 并 不 能 限 制 它 们 预 测 长 期 气 候 变 化 的 能 力, 因 为 这 是 完 全 不 同 类 型 的 预 测 - 参 见 FAQ 1.2) 模 式 可 信 度 的 第 三 个 来 源 是 模 式 再 现 过 去 气 候 和 气 候 变 化 特 征 的 能 力 模 式 已 用 于 模 拟 古 气 候, ( 接 下 页 ) FAQ8.1, 图 1.20 世 纪 全 球 平 均 近 地 表 温 度, 它 们 是 根 据 观 测 值 得 出 ( 黑 色 ) 的, 以 及 根 据 由 影 响 气 候 的 自 然 和 人 为 因 子 驱 动 的 14 个 不 同 气 候 模 式 产 生 的 58 个 模 拟 结 果 得 出 ( 黄 色 ) 的 同 时 给 出 这 些 运 行 结 果 的 平 均 值 ( 粗 红 线 ) 温 度 距 平 是 相 对 于 年 平 均 值 的 竖 直 灰 线 表 示 较 大 火 山 喷 发 的 时 间 ( 本 图 改 编 自 第 9 章 的 图 9.5 更 多 细 节 可 参 阅 相 应 的 插 图 说 明 ) 117

26 如 6,000 年 前 温 暖 的 中 全 新 世, 或 21,000 年 前 的 末 次 冰 盛 期 ( 参 见 第 6 章 ) 它 们 可 以 再 现 许 多 特 征 ( 在 重 建 过 去 气 候 时 允 许 有 不 确 定 性 ), 如 上 一 个 冰 期 中 海 洋 变 冷 的 大 小 和 主 要 尺 度 分 布 型 态 模 式 还 能 够 对 遍 及 仪 器 记 录 中 的 气 候 变 化 的 诸 多 观 测 方 面 进 行 模 拟 一 个 实 例 是 能 够 以 很 高 的 技 巧 模 拟 过 去 一 个 世 纪 的 全 球 温 度 趋 势 ( 如 图 1 所 示 ), 其 中 即 包 括 人 为 因 子, 也 包 括 自 然 因 子 对 气 候 的 影 响 模 式 还 可 以 再 现 其 它 观 测 到 的 变 化, 例 如 温 度 在 夜 间 比 白 天 增 加 得 更 快 北 极 的 变 暖 程 度 较 大, 以 及 在 重 要 火 山 喷 发 后 出 现 的 小 规 模 短 时 期 的 全 球 变 冷 ( 和 随 后 的 恢 复 ), 如 1991 年 皮 纳 图 博 火 山 的 喷 发 ( 参 见 FAQ8.1, 图 1) 模 式 做 出 的 对 过 去 二 十 年 全 球 温 度 的 预 估 也 在 总 体 上 与 其 后 对 该 时 期 进 行 的 观 测 相 一 致 ( 第 1 章 ) 不 过, 模 式 仍 然 表 明 存 在 重 要 的 误 差 尽 管 这 些 误 差 通 常 在 较 小 尺 度 上 会 更 大 一 些, 但 仍 然 存 在 重 要 的 大 尺 度 问 题 例 如, 在 模 拟 热 带 降 水 厄 尔 尼 诺 - 南 方 涛 动, 以 及 Madden-Julian 振 荡 ( 在 天 时 间 尺 度 上 观 测 到 的 热 带 风 和 降 雨 的 变 化 ) 时 存 在 不 足 大 部 分 这 类 误 差 的 最 终 原 因 是 许 多 重 要 的 小 尺 度 过 程 不 能 够 在 模 式 中 显 式 地 表 达, 因 此, 当 它 们 与 大 尺 度 特 征 相 互 作 用 时, 就 必 须 纳 入 到 一 种 近 似 的 表 达 形 式 中 其 部 分 原 因 是 受 到 计 算 能 力 的 限 制, 但 它 也 是 由 于 在 科 学 认 知 方 面 或 者 在 对 某 些 物 理 过 程 进 行 详 细 观 测 的 有 效 性 方 面 存 在 局 限 性 所 造 成 的 尤 其 是, 重 要 的 不 确 定 性 与 云 的 表 述, 以 及 最 终 得 出 的 云 对 气 候 变 化 的 响 应 有 关 因 此, 在 对 特 定 温 室 气 体 强 迫 做 出 响 应 时, 模 式 继 续 显 示 出 大 范 围 的 全 球 温 度 变 化 ( 参 见 第 10 章 ) 不 过, 尽 管 存 在 这 些 不 确 定 性, 对 温 室 气 体 增 加 过 程 中 会 出 现 气 候 明 显 变 暖 的 预 测 仍 在 增 加, 且 这 种 变 暖 在 数 量 上 与 受 其 它 来 源 ( 如 观 测 到 的 气 候 变 化 和 过 去 气 候 重 建 的 结 果 ) 驱 动 的 独 立 估 算 是 一 致 的 为 了 研 究 区 域 和 局 地 尺 度 的 气 候 变 化, 专 门 开 发 了 其 它 技 术, 如 利 用 区 域 气 候 模 式, 或 顺 尺 度 方 法 ( 参 见 FAQ 11.1) 然 而, 由 于 全 球 模 式 仍 在 发 展, 其 分 辨 率 继 续 得 到 改 进, 它 们 对 于 研 究 重 要 的 较 小 尺 度 特 征 ( 如 极 端 天 气 事 件 中 的 变 化 ) 正 变 得 越 来 越 有 益 处, 预 计 随 着 计 算 能 力 的 提 高, 在 区 域 尺 度 的 表 述 方 面 会 有 进 一 步 的 改 进 模 式 在 处 理 气 候 系 统 时 正 变 得 更 具 有 综 合 性, 从 而 可 以 显 式 地 表 示 更 多 的 被 视 为 对 气 候 变 化 有 潜 在 重 要 性 的 物 理 和 生 物 物 理 过 程 及 其 相 互 作 用, 尤 其 是 在 较 长 的 时 间 尺 度 上 一 些 实 例 包 括 : 在 最 近 的 一 些 全 球 气 候 模 式 中 纳 入 了 植 物 响 应 海 洋 生 物 与 化 学 的 相 互 作 用, 以 及 冰 盖 动 力 学 总 之, 模 式 的 可 信 度 来 自 它 们 的 物 理 基 础, 以 及 它 们 表 现 观 测 到 的 气 候 和 过 去 气 候 变 化 的 技 巧 模 式 已 经 证 明 是 模 拟 和 了 解 气 候 的 极 为 重 要 的 工 具, 它 们 有 相 当 高 的 可 信 度, 能 够 提 供 可 靠 和 量 化 的 对 未 来 气 候 变 化 的 估 算, 尤 其 是 在 较 大 尺 度 上 模 式 仍 然 存 在 重 要 的 局 限 性, 例 如 对 云 的 表 述, 这 种 局 限 性 导 致 预 测 的 气 候 变 化 在 大 小 时 间, 以 及 区 域 细 节 上 存 在 不 确 定 性 然 而, 在 几 十 年 的 模 式 发 展 中, 它 们 始 终 提 供 一 幅 因 温 室 气 体 增 加 而 引 起 气 候 显 著 变 暖 的 确 凿 而 清 晰 的 图 像 由 于 全 球 模 式 预 估 的 气 候 变 化 的 可 信 度 减 少, 118

27 常 问 的 问 题 9.1 温 室 效 应 变 暖 能 解 释 个 别 极 端 事 件 吗? 随 着 人 类 活 动 ( 如 使 用 化 石 燃 料 ) 引 起 大 气 温 室 气 体 的 增 加 使 得 气 候 变 暖, 预 期 将 会 发 生 气 候 变 化 的 极 端 事 件 不 过 由 于 两 个 原 因, 要 想 确 定 某 一 特 定 的 单 一 极 端 事 件 是 否 由 某 一 特 定 原 因 引 起 ( 如 温 室 气 体 增 加 ), 即 便 不 是 不 可 能 的, 也 是 相 当 困 难 的 : 1) 极 端 事 件 通 常 是 由 组 合 因 子 造 成 的, 以 及 2) 即 便 在 一 个 不 变 的 气 候 中, 各 种 极 端 事 件 也 是 经 常 发 生 的 不 过, 对 过 去 100 年 观 测 到 的 变 暖 的 分 析 表 明, 发 生 某 些 极 端 事 件 ( 如 热 浪 ) 的 可 能 性 由 于 温 室 效 应 变 暖 而 增 加 了, 其 它 一 些 极 端 事 件 ( 如 霜 冻 或 极 端 寒 冷 的 夜 晚 ) 的 可 能 性 则 减 少 了 例 如, 最 近 的 一 项 研 究 估 计, 人 类 的 影 响 已 使 欧 洲 发 生 2003 年 那 样 极 其 炎 热 的 夏 季 的 风 险 增 加 了 一 倍 以 上 经 常 受 到 极 端 天 气 事 件 影 响 的 人 们 会 问 : 人 类 对 气 候 的 影 响 是 否 应 在 一 定 程 度 上 对 这 些 事 件 负 责 近 年 来 看 到 过 很 多 极 端 事 件, 一 些 评 论 家 把 它 们 与 温 室 气 体 的 增 加 联 系 起 来 这 些 事 件 包 括 澳 大 利 亚 的 持 续 干 旱 欧 洲 2003 年 极 端 炎 热 的 夏 季 ( 参 见 图 1) 2004 和 2005 年 强 烈 的 北 大 西 洋 飓 风 季 节, 以 及 2005 年 7 月 印 度 孟 买 的 极 端 降 雨 事 件 人 类 的 影 响, 如 大 气 中 温 室 气 体 浓 度 的 增 加, 是 否 引 发 了 这 些 事 件? 极 端 事 件 通 常 是 由 组 合 因 子 造 成 的 例 如, 有 几 个 因 子 促 成 了 欧 洲 2003 年 极 端 炎 热 的 夏 季, 包 括 与 晴 朗 天 空 相 联 系 的 持 续 的 高 压 系 统, 以 及 干 燥 的 土 壤, 由 于 土 壤 蒸 发 只 消 耗 很 少 的 能 量, 因 此 使 得 有 更 多 的 太 阳 能 量 可 用 来 加 热 大 地 同 样, 飓 风 的 形 成 需 要 温 暖 的 海 面 温 度 和 特 定 的 大 气 环 流 条 件 由 于 某 些 因 子, 如 海 面 温 度, 可 能 受 人 类 活 动 的 强 烈 影 响, 其 它 因 子 则 可 能 不 受 影 响, 因 此 检 测 人 类 活 动 对 单 一 具 体 的 极 端 事 件 的 影 响 不 是 一 件 简 单 o C 的 事 情 热 浪 的 个 例 中 运 行 了 一 个 气 候 模 式, 它 只 包 括 那 些 影 响 气 候 的 自 然 因 子 ( 如 火 山 活 动 和 太 阳 辐 照 度 的 变 化 ) 的 历 史 变 化 然 后, 再 一 次 运 行 该 模 式, 这 次 既 包 括 人 为 因 子, 也 包 括 自 然 因 子, 运 行 得 出 一 个 对 欧 洲 气 候 演 化 的 模 拟, 它 与 实 际 发 生 的 情 况 非 常 接 近 根 据 这 些 试 验, 估 计 20 世 纪 人 类 的 影 响 使 欧 洲 出 现 2003 年 那 样 炎 热 夏 季 的 风 险 增 加 了 一 倍 以 上 ; 如 果 没 有 人 类 影 响, 这 种 风 险 在 几 百 年 当 中 或 许 只 发 生 一 次 需 要 更 细 致 的 模 拟 工 作, 以 便 对 特 定 热 影 响 事 件 ( 例 如 在 巴 黎 这 样 的 都 市 地 区 出 现 一 连 串 很 暖 的 夜 晚 ) 的 风 险 变 化 进 行 估 计 这 种 基 于 概 率 方 法 的 价 值 ( 人 类 的 影 响 能 改 变 某 个 事 件 的 可 能 性 吗? ) 在 于 它 可 以 用 来 估 算 外 部 因 子 ( 如 温 室 气 体 的 增 加 ) 对 于 特 定 类 型 事 件 ( 如 热 浪 或 霜 冻 ) 发 生 频 率 的 影 响 但 是 需 要 仔 细 的 统 计 分 析, 因 为 个 别 极 端 事 件 ( 如 晚 春 霜 冻 ) 的 可 能 性 是 能 够 因 气 候 变 率 的 变 化, 以 及 平 均 气 候 状 况 的 变 化 而 改 变 的 这 种 分 析 依 赖 于 建 立 在 气 候 变 率 估 算 基 础 上 的 气 候 模 式, 因 此 所 使 用 的 气 候 模 式 应 当 能 够 充 分 地 表 述 这 一 变 率 基 于 可 能 性 的 相 同 方 法 可 以 用 来 研 究 强 降 雨 或 洪 水 的 变 化 气 候 模 式 预 测 人 类 的 影 响 会 导 致 许 多 类 型 极 端 事 件 的 增 加, 包 括 极 端 雨 量 已 有 证 据 显 示, 最 近 几 十 年 里, 某 些 区 域 的 极 端 降 雨 一 直 在 增 加, 从 而 导 致 洪 水 的 增 加 不 过, 还 是 有 可 能 利 用 气 候 模 式 来 确 定 : 人 类 影 响 是 否 改 变 了 某 些 类 型 极 端 事 件 发 生 的 可 能 性 例 如, 在 欧 洲 2003 年 FAQ 9.1, 图 1. 从 1864 年 至 2003 年, 瑞 士 夏 季 的 温 度 平 均 约 为 17 C, 如 绿 色 曲 线 所 示 在 2003 年 酷 热 的 夏 天, 平 均 温 度 超 过 了 22 C, 如 红 色 竖 条 线 所 示 ( 竖 线 表 示 对 应 137 年 记 录 中 各 年 的 平 均 温 度 ) 拟 合 高 斯 分 布 用 绿 色 表 示 和 2003 年 加 以 标 记 是 因 为 它 们 代 表 记 录 中 的 极 值 年 左 下 角 的 数 值 表 示 标 准 差 (σ), 以 及 根 据 年 标 准 差 归 一 化 的 2003 年 距 平 (T /σ) 资 料 出 处 Schär 等 (2004 年 ) 119