全球气候变暖是一个伪命题么?

作者:彤童浵瞳

2012年12月8日下午,举世瞩目的“多哈气候大会”已超时一整天,各国代表仍难就大会主要议题达成一致意见。正在讨论僵持、众人忧恐此次会议将无果而终之际,主席阿卜杜拉·阿提亚(Abdullah Bin Hamad Al-Attiyah)于六点四十七分突然敲下一记旋风锤,以无人反对为由宣布通过“多哈气候通关”(Doha Climate Gateway)一揽子决定。虽然本次大会达成了包括自2013年1月1日开始执行为期八年的第二承诺期、以及一些发达国家有条件地承诺向“绿色气候基金”注资等成果,但仍留有较大遗憾——日本、加拿大、新西兰等发达国家坚决退出了第二承诺期、没有就发达国家减排指标做出具体规定等,致使全球平均气温比前工业时代上升不超过2摄氏度的目标难以实现。在最后两分钟被强势逆转的“多哈气候大会”在194个国家和地区与会代表们的疲惫和惊愕中落幕,此时距《京都议定书》第一承诺期的结束日仅余三周——今年是《联合国气候变化框架公约》诞生二十周年。

“气候变暖”进入普通民众视线是近十年的事情,大多数人是通过“暖冬”、“酷暑”及“飓风”等极端天气来切身感受并逐渐接受这一种观点的。当某个“寒冬”莅临,当很多场“政治秀“都以此为噱头,特别是当“征收碳税”、“限号出行”和“拉闸限电”等措施以“减缓全球气候变暖”的名义来影响到民众生活时,大家难免又心生疑惑:全球气温真的在升高吗?有没有经过严格的科学论证?这个问题有没有被政治或经济利益所裹胁?气候变化对人类未来命运的危害性有没有被夸大?目前人类所做的各种节能减排的工作是不是杞人忧天劳民伤财?——归结成一个问题,全球气候变暖是否为一个伪命题?

为了阐清以上问题,无非是要论证——气温已上升;变暖和人类活动强相关;气候将进一步变暖;变暖会危害人类生存等命题——是否为真。

(一)已观测到的气候变暖

一般认为,人类系统观测记录气候数据的历史是从19世纪中叶开始(局部地区的气温资料可长达三百年,但不具有研究气候变化的统计学意义),而要分析“气候变化”,则须对多年来气候数据特征值的平均值和/或变率进行判定,所以“气候变化”作为一门独立学科的历史尚不足百年;而20世纪60年代出现的气象卫星,以及计算机技术的大力发展,使得全球尺度的气候测量、分析和预测成为可能。

IPCC,即“政府间气候变化专门委员会”,由世界气象组织和联合国环境规划署共同创建,其定期发布的有关气候变化的报告,是这一领域最权威的报告,为全球学术界、政府及工业界所广泛接纳和参考。据其《第四次评估报告》显示(见下图):

——自1850年以来,最近12年(1995~2006年)中有11个年份位列最暖12年;最近100年(1906年-2005年)的平均气温上升了趋势为0.74°C,大于《第三次评估报告》给出的0.6°C的相应趋势(1901年~2000年);

——自1961年以来,全球平均海平面上升的平均速率为每年1.8毫米,而从1993年以来平均速率为每年3.1毫米,热膨胀、冰川、冰帽和极地冰盖的融化为海平面上升做出了“贡献”;

——1978年以来的卫星资料显示,北极年平均海冰面积以每十年2.7%的速率退缩,夏季的海冰退缩率较大,为每十年7.4%;南北半球的山地冰川和积雪平均面积已呈现退缩趋势。已观测到的积雪和海冰面积减少也与变暖相一致。

综观全球平均气温升高、海平面上升,大范围积雪和冰川融化,可以得出结论:最近一个世纪气候正逐渐变暖的事实毋庸置疑

(二)气候变暖的成因

显而易见,地球的所有能量来自太阳;总体来看,地球接受到的太阳辐射和地球表面往太空发出的热辐射能量相当;任何打破这一平衡的因素都有可能改变气候,所以大气中温室气体和气溶胶浓度、地表植被覆盖率和太阳辐射的变化都会改变气候系统的能量平衡。

如考量长时期(以万年为时间跨度)地球的气候变化和变异,主要归因为自然因素:包括大气与海洋的相互作用、洋流异动、大规模火山喷发、太阳活动变化、潮汐力、地球公转轨道变化、大陆漂移、大气成分的变化、星体撞击等等。地球的末次冰期发生在距今1.5万年至1万年之间,其后开始了对人类繁衍至关重要的一万年气候温和期(全新世),此间地球的气候环境相对稳定,气温没有因自然条件的变化而大规模剧烈波动,这使研究人类活动如何影响全球气候变暖成为可能。

若不考虑外部强迫作用,则很难解释过去50年的全球气候变化。自20世纪中叶以来,大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能是由于观测到的人为温室气体浓度增加所导致的。下图为已观测到的大陆与全球尺度地表温度变化与使用自然强迫和人为强迫的气候模式模拟结果的比较:相对1901~1950年相应平均值,黑线表示1906~2005年观测到的十年平均值,蓝色阴影表示仅考虑自然强迫的模拟结果,红色阴影表示同时使用自然强迫和人为强迫的模拟结果。

由此得出自1750年以来,气候变化很可能不是由已知的自然强迫单独造成的,人类活动的净影响已成为变暖的原因之一。 自20世纪中叶以来,大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能是由于观测到的人为温室气体浓度增加所导致。过去50年以来,各大陆(南极除外)可能出现了显著的人为变暖。

法国国立巴黎高等矿业学校教授雅克-约瑟夫·埃贝尔蒙(Jacques-Joseph Ebelmen)在1845年提出了温室效应(原理见下图)的基础,提出了大气化学成分的变化在很大程度上都取决于生命系统的新陈代谢。这些“温室气体”在大气中构成了一个相对较小的部分,但他们在温室中扮演的角色就好比一个玻璃内壁,它们让太阳产生的热辐射进入,并保留一部分使之不反射回宇宙。这个说法后来被1903年诺贝尔化学奖获得者斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯(Svante August Arrhenius)发展,“……我已能计算出碳酸是否会从我们的大气中完全消失,大气中的碳酸含量仅为万分之三……”根据这位瑞典学者的观点,人类活动已被视为是加速温室效应的可能因素。

温室气体浓度增加被认为是工业时代以来导致气候变暖的最重要原因。自1750年以来,由于人类活动,全球大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体的浓度已明显增加,目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值;人类活动导致全球温室气体年排放量连续上升,从1970年至2004年,增加了70%。到2005年,大气中CO2(379ppm;工业革命之初约为280ppm)和CH4(1774ppb)的浓度远远超过了过去650,000年的自然变化的范围。

其中CO2被认为是最重要的人为温室气体:1970~2004年,CO2年排放量从210亿吨增加到380亿吨,增长约为80%,在2004年已占到人为温室气体排放总量的77%。过去十年的CO2浓度年增长率(1995~2005年平均值:每年1.9ppm)大于自连续和直接的大气观测开始以来(1960~2005年平均值:每年1.4ppm)的浓度值。全球CO2浓度的增加主要是由于化石燃料的使用。

全球大气CH4浓度值从工业化前时代的约715ppb增至20世纪90年代初的1732ppb,到2005年增至1774ppb;全球大气中N2O浓度值已从工业化前时代的约270ppb增至2005年的319ppb。已观测到的甲烷和氧化亚氮浓度的变化很可能主要是由于农业和化石燃料的使用。而包括氢氟碳化物在内的许多卤烃,工业化前的本底浓度接近于零,现已呈现增加趋势,则完全归因于人类活动。

自1750年以来,由于CO2、CH4和N2O的增加,综合辐射强迫为+2.3 W/m2,其中人类活动的净影响具有辐射强迫为+1.6W/m2,已构成气候变暖的主要原因之一。其中,在1995年到2005年期间,CO2的辐射强迫增加了20%,至少在近200年中,它是其间任何一个十年的最大变化。相比之下,自1750年以来太阳辐照的变化,据估计只造成了微小辐射强迫,辐射强迫值仅为+0.12W/m2

工业化时代,温室气体的增加速率很可能是一万多年来所未曾有的,由此得出结论:人类活动很可能是工业革命以来气候变暖的最重要成因

(三)气候变化的模拟与预测

要判断气候未来一百年的变化,首先要全面透彻地认知地球气候变化的复杂性。通盘考虑所有潜在影响气候变化的建模其工作的难度是不可想象的,所以唯一可行的方法是建立一种能先解决优先领域问题、再考察其他影响气候变化可能因素的模型。即使如此,建立一种能准确模拟气候变化的模型也是一个巨大的挑战。针对温室气体而言,不仅要研究大气成分中被人为排放的甲烷、二氧化硫和氯氟烃对辐射的影响,还要着重模拟水蒸汽和臭氧是如何影响气候的,而后两者的含量受大气温度变化的强烈影响——变化的气候会反过来作用于温室气体的浓度。

目前,要更好地预测未来气候变化需解决以下几个基本问题:一、控制和缩小模型的误差;二、模型数学描述的可改善性;三、减小模型的初始条件错误以保证该模型以尽量准确的状态启动;四、提高目前气候监测数据的精确程度以使输入的模型参数能有实质性改善;五、如何衡量模型的预测结果。以日常所熟识的天气预报来看,虽其预测的准确性依旧存在明显缺陷,但如今三天的预报准确率已与20年前一天的预报准确率相当,所以气候变化在预测上的科学性和进步空间值得期许。改进模式系统的潜力取决于人类在一些技术领域的进展,目前仍然在模拟不同类型的云对热辐射的吸收和反射、热带气旋强度、不同地表特征下的地表过程等问题上具有较大的局限性;特别针对温室气体而言,不仅要研究大气成分中被人为排放的甲烷、二氧化硫和含氯氟烃对辐射的影响,还要着重模拟水蒸汽和臭氧是如何影响气候的,而后者的含量在垂直层面对大气温度的变化十分敏感。

据IPCC排放情景特别报告预估,若到2030年及以后,在全球混合能源结构配置中化石燃料仍保持其主导地位,全球温室气体排放量在2000年至2030年期间则会增加25%~90%(CO2当量)。有高一致性和充分证据表明,若沿用当前的气候变化减缓政策和相关的可持续发展做法,未来几十年全球温室气体排放量将继续增长。温室气体以当前的或高于当前的速率排放将会引起21世纪进一步变暖,预估未来二十年将以每十年大约升高0.2°C的速率变暖。即使所有温室气体和气溶胶的浓度稳定在2000年的水平不变,预估也会以每十年大约0.1°C的速率进一步变暖。根据现有的观测结果和平衡变暖模拟所得到的反馈,如若CO2增加一倍,则气候敏感性很可能导致温度上升2~4.5°C,最可能的数值约为3°C;由于基本的物理原因以及数据的局限性,这种气候敏感性不可能低于1°C,且不能排除高于4.5°C的可能性。

下图为无额外气候政策出台情况下,21世纪温室气体排放情景和地表温度的预估:

其中左图表示了在无气候政策出台的情况下,全球温室气体(包括CO2、CH4、N2O和含氟气体)排放量(CO2当量),虚线表示六个排放情景的全部范围。右图中实线表示相对于2090-2099年分别按六个排放标志情景评估的可能的升温范围。所有温度均相对1980-1999年这一时期,用黑实线表示。根据当前模式的预测, 21世纪末全球气温将升高2.24.3°C(对比2000年)

(四)气候变暖对人类生存的影响

如果我们目前采用的预测可信度是合理的,那么气候变暖将会对人类的生活造成什么影响呢?

区域规模上的变化包括:陆地上和北半球大部分高纬度地区变暖幅度最大,南半球海洋地区和北大西洋部分地区变暖幅度最小;积雪面积缩小,大部分多年冻土区域的融化深度增加,海冰面积退缩;热极端事件、热浪以及强降水的频率很可能增加;热带气旋强度可能增加;全球热带气旋数量减少;高纬度地区降水很可能增加,大部分亚热带陆地区域降水可能减少;在许多半干旱地区,水资源因气候变化而将减少等。

而系统行业的变化包括:特定的如陆地、海岸线及海洋等生态系统发生变化;低纬度地区的农业面临可用水减少;地势低洼的沿海系统,由于受到海平面上升的威胁和极端天气事件加大的风险;北极,由于预估的变暖高速率对自然系统和人类社会的影响;非洲,由于适应能力低并受到预估的气候变化影响;小岛屿,岛上的人口和基础设施对预估的气候变化影响有高暴露度;亚洲和非洲的大三角洲地区,由于人口众多和对海平面上升、风暴潮和江河洪涝有高暴露度等。

上表给出了随着全球气温升高0~5°C,自然环境和人类社会逐步受影响的一些实例,由此可见未来100年的全球气候变暖将会影响到这个星球上的所有生命形式。在许多情况下,影响将是非线性的,因为物种可以适应温度的微小上升;但超过一定水平,其损害水平也将迅速升级。因此,上表所罗列的全球气候变暖所已经发生的和可能引起的损害对世界各地的决策者们也是一个警示,应采取更为实质长远的措施来控制这种损害,使其不影响人类政治、经济和社会的发展。

(五)延缓气候变暖所能采取的措施

通过以上分析,我们可以得出形成工业时代以来的气候变暖的最重要原因是人类活动所导致的碳排放量的增加。目前,大气中的二氧化碳的浓度值为379ppm(2005年值)。以目前人口和经济增长的速度来衡量,如果不采取任何延缓控制气候变暖措施,到2100年二氧化碳的浓度可能会超过1000ppm。而根据IPCC第四次报告预测,如欲控制本世纪末的相对温升在3°C以内,须将二氧化碳浓度控制在550ppm以内,该数值约是工业革命前二氧化碳浓度(280ppm)的2倍。

据测算,如将现有人类掌握的所有节能减排技术都应用于实际,将有希望把2050年的二氧化碳浓度值控制在500ppm,但这个战略目标的实现需要将同期全球国内生产总产值的1%都投资到减排活动中去,并将因此导致2050年全球生产总产值减少5%~20%。但如果这些节能减排的行动都不采用或全以失败告终,那么2050年二氧化碳的浓度将上扬至850ppm,且即便其后采取相同措施,二氧化碳的浓度也不会再行下降。

由此可见,碳减排不仅面临巨大的经济压力,还具有高度的时间紧迫性。延缓气候变暖需要全球协同一致地来解决问题,虽然《联合国气候变化框架公约》已诞生二十年,各国政府也已投入大量的人力物力来着手控制碳排放的规模,但从多哈气候大会所取得的差强人意的成果来看,碳减排之路依旧艰难而漫长。为使整个社会在节能减排的行动上尽快达成一致并取得成果,“气候变化”这门年轻学科的建设和发展显得非常重要,急需更多跨气象、统计、环境和经济等多学科的复合人才积极投入到这个领域来,更需全社会民众对清洁生产与绿色生活方式的深度认同及广泛参与。延缓气候变暖,你我人人有责。

【参考文献】
  1. Climate Change: A Multidisciplinary Approach, Burroughs, W. J, 2009
  2. Climate Change 2007, IPCC Fourth Assessment Report, 2007

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