作者答疑：談氣候變化，先明確時(shí)間尺度
氣候變化，與我們每個(gè)人的命運(yùn)息息相關(guān) | 圖源：pixabay.com
畢竟，這與我們每個(gè)人的命運(yùn)息息相關(guān)。
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答：全球變暖的空間分布不是均勻的，中高緯度特別是北極地區(qū)的增暖更強(qiáng)。因此，并不是只有亞洲的氣候變化超出了自然變率的范圍。關(guān)于海平面升高，觀測(cè)證據(jù)顯示，在1993-2018年期間，西太平洋地區(qū)的海平面升高最快，而東太平洋海平面升高最慢（中等信度）。這種區(qū)域差異和海洋動(dòng)力學(xué)過(guò)程有關(guān)。
答：IPCC報(bào)告明確指出，人類活動(dòng)已經(jīng)使大氣、陸地、海洋變暖。大氣圈、海洋圈、冰凍圈和生物圈已經(jīng)發(fā)生了快速和廣泛的變化。但是，大范圍變暖不代表所有地區(qū)都變暖。在人類活動(dòng)影響的同時(shí)，氣候系統(tǒng)的自然變率也會(huì)對(duì)氣候變化產(chǎn)生重要影響，特別是局地尺度的氣候變化。圖中顯示的北大西洋部分海域變冷和 “大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流”（AMOC）的減弱有關(guān)。當(dāng)AMOC正常運(yùn)作時(shí)，循環(huán)系統(tǒng)會(huì)將墨西哥灣附近熱帶地區(qū)含鹽的溫暖表層水帶到北方的歐洲海岸，并將融冰生成的寒冷淡水帶走。
答：二氧化碳通過(guò)溫室作用造成升溫是基本的物理理論，不存在所謂 “例外”。但是，溫度不僅僅受到二氧化碳變化的影響，也受到其它外源強(qiáng)迫的影響，特別在區(qū)域尺度，自然變率也會(huì)起到重要的調(diào)節(jié)作用。
南極的氣候變化特征比較復(fù)雜，空間上分布不均勻，自1950年以來(lái)，南極半島非常可能在變暖，而東南極的溫度變化沒(méi)有顯著趨勢(shì)。
答：二氧化碳濃度是一個(gè)影響氣溫的重要因子，但不是唯一的因子。在百萬(wàn)年的時(shí)間尺度上，地球繞行太陽(yáng)的軌道參數(shù)的變化、太陽(yáng)輻射的變化等，都會(huì)對(duì)地質(zhì)時(shí)間尺度的氣候變遷產(chǎn)生重要影響。
據(jù)最新的氣溫重建序列，距今200萬(wàn)年處在第四紀(jì)更新世早期，氣溫開(kāi)始下降，低于當(dāng)前氣候。而距今約300萬(wàn)年的中上新世時(shí)期，二氧化碳濃度約400ppm，與當(dāng)前氣候相當(dāng)，但溫度高于當(dāng)前氣候。這是由于當(dāng)時(shí)的氣候變化除了受到溫室氣體的調(diào)控，冰蓋等外強(qiáng)迫因子也對(duì)其有重要影響。
除此之外，地質(zhì)時(shí)期的暖期海陸位置、洋流格局、地形和植被等要素都和當(dāng)前氣候存在差異，氣候敏感度也與當(dāng)前不同，并且是氣候與溫室氣體達(dá)到長(zhǎng)期平衡的結(jié)果，而非對(duì)溫室氣體強(qiáng)迫的瞬時(shí)響應(yīng)。因此，不能直接地通過(guò)溫室氣體濃度的高低來(lái)比較當(dāng)前的氣候變暖與地質(zhì)時(shí)期暖期的溫度高低。
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答：談氣候變化，一定要先明確時(shí)間尺度，不同時(shí)間尺度上的變化，背后的驅(qū)動(dòng)因子不同。
氣候變化包括年代際、百年際、千年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)時(shí)間尺度。驅(qū)動(dòng)因子可以分成兩類，一是自然原因，例如地球繞行太陽(yáng)的軌道參數(shù)的變化、太陽(yáng)輻射的變化、火山噴發(fā)的影響等；二是人為因子，包括人類排放的溫室氣體、氣溶膠、以及土地利用等的變化。
地質(zhì)時(shí)間尺度的氣候變化，由自然因素決定，例如，在幾千萬(wàn)到幾億年的時(shí)間尺度，大陸漂移、造山運(yùn)動(dòng)、板塊運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)全球氣候產(chǎn)生重要的影響。萬(wàn)年到百萬(wàn)年尺度的冰期和間冰期的氣候主要受到地球繞行太陽(yáng)軌道參數(shù)變化的影響。
人類社會(huì)工業(yè)化以來(lái)這一百多年的氣候變化，主要由人為因子驅(qū)動(dòng)，盡管自然因子也有貢獻(xiàn)，但是遠(yuǎn)小于人類活動(dòng)的貢獻(xiàn)?；剂先紵欧诺亩趸嫉葴厥覛怏w的影響起主導(dǎo)作用。
如何確定人類活動(dòng)的影響程度，主要依靠氣候模式模擬和觀測(cè)資料的對(duì)比，結(jié)果表明，當(dāng)只考慮自然強(qiáng)迫時(shí)，無(wú)法模擬出1850年以來(lái)的變暖；而當(dāng)同時(shí)考慮人類活動(dòng)和自然強(qiáng)迫時(shí)，可以再現(xiàn)觀測(cè)中的增暖現(xiàn)象。
答：一，溫升和累積碳排放的準(zhǔn)線性關(guān)系，主要指工業(yè)革命以來(lái)這100多年間器測(cè)資料揭示的觀測(cè)事實(shí)。這種準(zhǔn)線性關(guān)系的背后是二氧化碳排放、碳循環(huán)和溫度變化之間的因果物理聯(lián)系。理論分析和氣候系統(tǒng)模擬都揭示了這種關(guān)系。
二，關(guān)于工業(yè)革命以來(lái)溫室氣體和溫升的因果關(guān)系，不是基于準(zhǔn)線性關(guān)系推斷出來(lái)的，而是采用“檢測(cè)歸因技術(shù)”定量估算的結(jié)果。具體作法是：
三，滄海桑田那個(gè)時(shí)間尺度的氣候變化，屬于地質(zhì)時(shí)間尺度的氣候變化，完全是自然因素作用的結(jié)果。例如，地質(zhì)時(shí)期的氣候變化，可以用米蘭科維奇理論來(lái)解釋，涉及地球軌道偏心率、黃赤交角和歲差這三大天文因子的變化，其時(shí)間尺度是萬(wàn)年到百萬(wàn)年；地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)如大陸漂移、造山運(yùn)動(dòng)、板塊運(yùn)動(dòng)等，也會(huì)影響地球氣候，其時(shí)間尺度是幾千萬(wàn)到幾億年。
我們關(guān)注的全球變暖，主要是針對(duì)工業(yè)革命以來(lái)這100多年間，在此期間，地球軌道偏心率、黃赤交角、歲差、太陽(yáng)輻照度等自然因子的變化不大；溫升主要來(lái)自化石燃料使用導(dǎo)致的溫室氣體排放。
而我們之所以關(guān)注全球變暖，是因?yàn)樗玛P(guān)人類文明，事關(guān)我們的生存問(wèn)題。不管是溫度升高還是海平面升高，若速度太快，超出自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)的適應(yīng)能力，結(jié)果就將是災(zāi)難性的。
答：火山噴發(fā)的確可以暫時(shí)給地球降溫，例如，1991年的皮納圖博火山噴發(fā)在接下來(lái)的兩年內(nèi)，導(dǎo)致全球平均溫度下降了約0.3度，但其影響也就持續(xù)幾年。
IPCC評(píng)估報(bào)告指出，根據(jù)古氣候和歷史證據(jù)推斷，在21世紀(jì)，可能至少有一次大規(guī)模的火山噴發(fā)。這樣的火山噴發(fā)的確會(huì)在年際時(shí)間尺度上影響全球氣候，在1-3年內(nèi)降低地表溫度和陸地降水，改變季風(fēng)環(huán)流和極端降水，暫時(shí)和部分抵消溫室氣體增加造成的全球變暖，但不能緩解長(zhǎng)期暖化效應(yīng)。
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過(guò)去無(wú)法挽回，未來(lái)可以改變
答：自1970年以來(lái)，全球表面溫度的上升速度超過(guò)了至少2000年來(lái)的任何時(shí)候，中國(guó)歷史上的漢唐時(shí)期，溫度也低于當(dāng)前氣候。全球增暖已經(jīng)造成了中國(guó)極端高溫、極端強(qiáng)降水事件的增加，并在未來(lái)預(yù)估中進(jìn)一步加劇，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。
另一方面，目前的工業(yè)社會(huì)與歷史時(shí)期的農(nóng)業(yè)社會(huì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口分布、社會(huì)結(jié)構(gòu)等諸多方面有巨大的差異，氣候變化對(duì)不同的社會(huì)形態(tài)影響不同，因此，不能用歷史時(shí)期氣候變化對(duì)社會(huì)的影響簡(jiǎn)單地類推現(xiàn)在和未來(lái)氣候變化的影響。
問(wèn)：在其他科研領(lǐng)域，好像每天有新的物理機(jī)制被發(fā)現(xiàn)、新的材料被合成運(yùn)用、新的尖端儀器被創(chuàng)造，而在關(guān)于大氣生態(tài)科學(xué)的新聞里，1.5度的概念也宣傳很久了，但基本還是在闡述問(wèn)題的嚴(yán)重性和急迫性，較少提到一些實(shí)質(zhì)性的新科學(xué)和新技術(shù)的發(fā)展（如馬斯克提到的碳捕獲技術(shù)），這是為什么呢？
答：應(yīng)對(duì)氣候變化的挑戰(zhàn)和難度在于這是一個(gè)全球性的大范圍問(wèn)題。例如，雖然有些正在發(fā)展的二氧化碳移除技術(shù)（從大氣中直接捕獲二氧化碳，然后將捕捉的二氧化碳埋藏在地下）在局地小尺度上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)嘗試，但是如果要在大范圍實(shí)施這些技術(shù)，起到顯著降低大氣二氧化碳濃度的作用，在技術(shù)、成本、安全性、對(duì)環(huán)境影響各方面都面臨很大的挑戰(zhàn)。
同時(shí)，也要考慮各種可能的副作用。很多分析研究指出，直接從大氣中捕捉二氧化碳的碳捕捉設(shè)備都需要很高的運(yùn)行成本和能耗。
答：我們只有一個(gè)地球，無(wú)處逃避，只有積極應(yīng)對(duì)。過(guò)去無(wú)法挽回，未來(lái)可以改變。我們今天的行動(dòng)，決定著地球氣候的未來(lái)。
每多排放一份二氧化碳和其它溫室氣體，就會(huì)增加一份氣候變化風(fēng)險(xiǎn)。因此，快速和大規(guī)模減排是減緩氣候變化的必須。同時(shí)，要未雨綢繆，積極做好氣候變化應(yīng)對(duì)措施。
參考文獻(xiàn)
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