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全球变暖的几个基本问题

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poguy 发表于 2011-6-25 11:09:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 Ben 于 2012-6-18 23:24 编辑

操作提示:已经将ID 1260, 1261分隔两部分的博文合并到此。 感谢作者分享!



这是今年年初写的一篇博文,主要是对读到的全球变暖相关材料的一个简短的总结。在这与大家讨论。

这几年,越来越多的证据都表明全球正正处于变暖的过程中。科学家的研究告诉我们,导致最近几十年来全球变暖的罪魁祸首非常有可能是人类生产生活排放的大量温室气体。因为其可能导致的全球范围内的巨大环境灾难,全球变暖也引起了各国政府、媒体、及民众的关注。为了避免人类活动导致的全球变暖问题造成不可挽回的环境灾难,各国政府已经在联合国气候变化框架公约的框架下召开了16次缔约国大会,最近的坎昆气候大会就是国际社会为了达成这一目标的最新一次努力。

对普通民众来说,全球变暖似乎只是一个抽象的概念,是距离自己很遥远的事情。如何应对全球变暖则是政府部门的职责,跟自己没啥关系。其实不然,全球变暖是切实发生每个人身旁的事情,它会对地球上每个人的生活造成影响,衣食住行可能都会受到全球变暖直接或间接的作用。作为地球村的一员,我们普通民众也应该了解一些基本的全球变暖知识,并积极从自己做起应对全球变暖。

全球变暖的现状:

我们先来看一下科学家是怎么得到“全球正在变暖”这个结论的。IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)撰写的气候变化报告是最权威的关于全球变暖的资料之一,此报告主要综合了已有的众多专业杂志上经过同行评议的科学工作。在其2007发布的最新报告(IPCC AR4)中,有众多独立的科学资料都表明全球正在迅速的变暖。

全球海洋及大气平均温度迅速升高。IPCC AR4的发布年(2007年)之前的12年内有11年可以排进有仪器记录以来的最温暖的12个年头。科学家发现不但全球平均温度在升高,其升高的速度也是在增加的。另外,温度升高的范围是全球性的,其中又以北半球的高纬度地区最为明显。同时,不光是地表温度升高,海洋观测资料和探空气球及卫星资料显示深海及高层大气也存在着相应的变化趋势。

大范围的冰雪融化。始自1978年的卫星观测显示北极地区海冰的覆盖区域正在以2.7%每十年的速度缩减。南北半球的冰川和雪的覆盖面积均明显减少。同时,永久冻土区的温度从上世纪80年代起也已经升高3摄氏度。

全球海平面上升。现有的观测表明全球海平面升高的速度已由1961-2003的1.8毫米每年的速度升高至1993年至2003年的3.1毫米每年。一般认为海平面的上升主要是有两部分构成:一是陆地冰川和冰盖的融化,二是温度升高引起的水体膨胀。现有的数据表明冰雪融化对海表面升高的贡献仅有28%,而其余部分则主要是由于温度升高导致的水体膨胀。这也算是全球变暖的间接证据之一。

极端天气事件频率和强度的变化。大多数地区极冷的天数减少,极热的天数增加; 强降水事件增加;北大西洋地区热带气旋强度的增加等等。值得一提的是,尽管在别的区域也有气旋增强的现象,但因为数据量不够充分的原因,IPCC报告并没有使用这个结论。这也从一个侧面说明了IPCC报告的严谨性。

全球变暖的原因:

从地球诞生开始,气候系统就一直处于变化之中,有的时候冷,有的时候热。也许有人会问:既然地球的气候一直在变化,那么没有人类之前气候为啥变化?科学家怎么知道最近几十年的全球变暖是由于人类活动引起的那?那么我们就来看看都是哪些因素导致了气候变化,以及为什么科学家认为人类活动是最近几十年全球变暖的罪魁祸首的。

地球的气候系统是一个由大气、海洋、冰、生物和陆地构成的复杂系统。气候系统内的各个组成部分均能相互作用,比如海洋表面的温度分布是大气环流的主要驱动力之一,而大气运动产生的风又能驱动海洋的上层环流。大气能够输运水汽,从而影响陆地的植被分布和表面径流状况,而植被的覆盖情况又能反过来影响地表的辐射收支,进而影响大气的温度场分布。尽管气候系统是如此的复杂,但通过气候学,大气科学,海洋学等各个领域内专家的努力,我们对于导致气候变化的因素已经有了一定的认识。这些影响气候变化的因素可以分为两大类:自然因素和人为因素。

在众多的自然因素中,首先应该提到的是太阳辐射。太阳是地球气候系统能量的最终来源(微弱的地热可以忽略),其辐射强度的变化对于气候系统有很强的作用。不过,由于对于太阳辐射的直接观测历史较短,人们大多是用历史记录中的黑子数目及受辐射影响的同位素元素含量来间接地估计历史上太阳辐射的强弱。一般认为,太阳辐射的变化曾经导致了欧洲历史上的小冰河期等气候事件。

另一个自然因素是地球公转及自转轨道的变化。这类变化会改变到达地球的太阳辐射的总量及其在地球上不同纬度之间的分布,进而引起整个气候系统的变化。科学家通过对古气候资料的分析,已经发现了对应于轨道变化的古气候变化,也就是咱们平常谈到的冰期-间冰期的变化。这种用地球公转和自转轨道变化来解释冰期-间冰期的理论也被称为"米兰科维奇理论"。

气溶胶是另一个可以影响气候的自然因素。气溶胶是悬浮于大其中的液态或者固态小颗粒,自然状态下可能通过火山喷发等过程生成。它们对于气候系统的作用主要有两种:一是直接影响太阳辐射;二是形成云影响太阳辐射。因为云对于辐射的影响比较复杂,所以科学家对其第二种作用的估计还不是很准确。历史上气溶胶导致气候变化,大多是因为火山喷发释放出大量的硫化合物和烟尘。这也是为啥今年冰岛火山爆发后,有人认为全球气候可能会受到影响的原因。

还有一个可以影响气候系统的自然因素是地球的板块运动。地球表面由很多的板块组成,而且板块一直在缓慢运动。板块的运动会改变海陆的分布,生成新的山脉,大洋环流和大气环流也会发生相应的变化。这些过程都会引起气候系统的变化。不过,因为板块运动的速度非常非常慢,这种变化的时间尺度应该是百万年级的。

以上提到的众多导致气候变化的自然因素在地球漫长的历史中一直起着主要的作用,但从人类出现开始,尤其是工业革命之后,人类的活动逐渐成为影响气候变化的主要因素。人类活动对气候系统的影响主要通过以下三种途径实现。

排放温室气体。温室气体的存在是地球表面能够维持现有温度的主要原因,它主要通过吸收地表发射的长波辐射的温室效应实现。当空气中的温室气体含量增加时,温室效应可以导致大气温度升高。已知的温室气体主要有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧和氟利等昂。值得一提的是其实水蒸气也是非常重要的温室气体,不过因为它在空气中的滞留时间非常短,加上人类对其直接影响较小,所以在气候系统中它主要是作为反馈机制起作用,也就是当二氧化碳等温室气体增加引起气温升高,水蒸气的含量也会相应增加,然后它作为温室气体又会增加温度升高的幅度,但其在大气中的浓度不会平白无故的自己变化的。

排放气溶胶。人类燃烧化石燃料在排放温室气体的同时,还会排放大量的气溶胶,如烟尘、硫化物等。这些物质在污染空气的同时,还会影响辐射能量在大气内部的传播和吸收。 不过按照现有对气溶胶作用的理解,人类排放的气溶胶对气候的整体作用是降温。换句话说,空气污染反而缓解了全球变暖的趋势。如果我们将来把污染治理好了,就相当于又对全球变暖作贡献了。从这个角度说,治理空气污染反而成了一个两难的选择。

地表状况的改变。地表转况的改变会影响到达地表的太阳辐射的反射强度,从而影响被地表吸收的太阳辐射的总量,进而也会对气候有相应的影响。

当这些自然因素或者人为因素发生变化之后,气候系统内部的反馈机制就开始起作用。这些反馈机制主要包括地球辐射、水蒸气、冰、云和大气海洋环流的作用。这些因素的共同作用就导致了我们看到的气候变化。另外,科学家现在之所以把最近几十年全球变暖的原因归结为人类活动,其中一个最主要的原因是仅考虑以上提到的自然因素解释不了这几十年的变暖趋势,而包含了人为因素尤其是人类活动导致的温室气体增加则可以很好的重现过去几十年的温度变化 。

全球变暖的后果:

按照现有的科学认识,人类活动排放的大量温室气体已经导致了全球变暖的结果。科学家预测,如果人类不改变现有的生产生活方式,尤其是仍然不节制的排放温室气体,那么到21世纪末,气候系统将会发生重大的变化。这种变化会对自然环境、社会,经济及政治产生重大的影响。下面我们就看看全球变暖可能带来的部分后果。

海平面升高。虽然对海平面升高机制的认识还比较有限,但2007年IPCC报告中的多个气候模式预报结果表明:到21世纪末全球海平面升高幅度在0.2-0.6米之间。而最近几年的工作表明,这个数值很可能被低估了。海平面上升会导致部分海拔较低的湿地被淹没;在风暴潮等灾害来临时,将会对沿海区域造成更大的危害。再考虑到全球大多数的主要城市都集中在沿海地区,海平面的上升对于沿海地区的城市及人口会造成潜在的巨大危害。

降水的分布及强度可能会发生变化。IPCC预测,随着全球变暖的加剧,因为大气环流的改变,可能会出现高纬度地区降水增加,亚热带地区降水减少的情况。而且因为温度升高的缘故,大气中水蒸气的总体含量可能会增加,所以一旦降水发生,其强度将会比现在大。也就是说将来暴雨出现的机率会更高,而这则会可能会在某些区域引发洪涝灾害。

极端天气事件出现的频率很可能增加。类似与今年夏天发生在俄罗斯的热浪天气和巴基斯坦的暴雨有可能会越来越多。而这些极端天气往往会造成山火、洪涝等自然灾害,并对民众的生命财产造成危害。

生物多样性受到破坏。这里一个典型的例子就是全球变暖会加剧珊瑚白化现象。像大堡礁那样色彩斑斓的珊瑚礁在全球海水变暖的情况下,会出现大范围白化的情况。而那些生活在珊瑚礁中的生物,如漂亮的热带鱼等,也会因为珊瑚的白化而遭到灭顶之灾。可以预见如果全球变暖的趋势得不到控制,在以后我们可能就看不到那令人神往的热带海洋风光了。

除了以上的这些危害,全球变暖还会对公共健康、能源及水资源供给、农业生产等产生深远的影响。而这些问题的出现,还会进一步对社会稳定,国际政治经济等产生影响。其实,美国国防部早就把气候变化当成一个国家安全问题来看待。前段时间33位退休的美军将领又联合发表了一份公告,声称气候变化正在使这个世界变得更危险。想想也是,能源问题、水问题、粮食问题,随便哪一个都会可能会导致严重的国际冲突,还真要防患于未然才是。


应对措施:

按照现在主流科学界的认识,过去几十年的全球变暖主要是由于人类活动导致的温室气体增加所致。因为全球变暖可能引发的种种后果,诸如海平面升高,水循环变异,极端天气增加等,都会给人类社会带来极大的问题,所以全球变暖问题越来越受到民众和政府部门的关注,很多应对的措施也被提了出来。现阶段,这些措施大体可以分为四类:大力减排温室气体;积极发展可再生的新能源;主动适应全球变暖可能带来的经济和政治方面的后果;研发地球工程技术,主动缓解人类活动导致的全球变暖。

积极采取措施控制温室气体的排放。为了避免全球变暖导致的严重后果,IPCC曾建议:以1990年的排放为标准,到2020年全球的温室气体排放应当减少25-40个百分点。只有这样才有可能把全球变暖的幅度(以工业革命前为标准)控制在2摄氏度,而仅在20世纪,全球平均温度就已经上升了0.7摄氏度了。各国政府应当抓紧在联合国气候变化公约的框架下协商建立有法律效率的硬性减排条款,毕竟留给我们的时间并不多了。可惜的是,在经历了多次高规格的气候大会后,此类条款出现的可能依旧非常渺茫。

大力推行清洁能源,如风能、太阳能、生物能和核能的研发和使用。多使用清洁能源代替传统能源,就能减少传统能源使用过程中产生的大量的温室气体排放。 因为清洁能源的使用对于科技水平及资金的要求相对较高,所以这里就存在这一个科技水平高的发达国家向科技水平相对较低的发展中国家提供技术和资金帮助的问题,这个问题的解决也需要在联合国气候变化公约的框架下协商解决。这次坎昆会议正是在这点上取得一定的进展。
积极发展碳捕获等地球工程技术,通过人工影响的方式主动缓解气候变暖的趋势。在众多的地球工程设想中,有很多有意思的想法。比如,有个想法是利用几十公里高的管子,把硫化物输到大气的平流层中,通过其作为气溶胶对太阳辐射的反射作用来减少到达地面的能量,进而缓解全球变暖。不过很多类似的方法还仅仅限于想法阶段,如何真正的把想法变为现实还有很长的路要走。

针对气候变暖可能导致的问题做好相应的准备。比如,气候变暖可能导致极端天气的增加。最近几年全球反常的天气状况就可能与全球变暖有一定的关系。对于越来越多的极端天气,政府应当有一套快速反应的机制以减少生命和财产的损失。另外,水循环的变化可能会导致洪涝和干旱,进而对农业和粮食供给产生影响,对此类对民生有重大关系的可能,政府也应该有相应的考虑才是。

加强对气候科学研究的支持。尽管通过众多科学家的努力,人类对于气候科学的研究已经取得了很大的进展,但其仍然存在着很多的难题,比如气候模式中的次网格过程参数化,云的参数化等等。作为解决全球变化问题的基础,更深刻的理解气候科学及其相关学科(大气科学、海洋科学等)是非常必要的,因此各国应当加强对气候科学研究的支持力度。

结语:

全球变暖是一个关乎全人类的重要事件,各国政府和人民应当携起手来共同积极应对才是,可事实是现阶段无论是政府还是个人都做的远远不够。如果我们把全球变暖比作一辆刹车失灵的冲向悬崖的汽车,那么悬崖就是全球变暖的严重后果,如何让车在到达悬崖前停下来呢?减排就像是打方向盘,新能源等就像是拉手刹;而一旦拉手刹也停不下来,那么就得考虑找棵树啥的撞上去,而地球工程就是这些树。考虑到我们离悬崖越来越近,我觉着这几招还是都赶紧用上为妙。您说呢?

参考文献:
R. Alley, T. Berntsen, N. Bindoff, Z. Chen, A. Chidthaisong, P. Friedlingstein, J. Gregory, G. Hegerl, M. Heimann, B. Hewitson, et al. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cambridge University Press, 2007.

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 楼主| poguy 发表于 2011-6-25 11:10:35 | 显示全部楼层

全球变暖的几个基本问题

本帖最后由 Ben 于 2012-6-18 23:25 编辑

提示:已将Part1, Part2 合并,方便阅读!此楼为原Part 2占用。
浅蓝 发表于 2011-7-16 20:24:15 | 显示全部楼层
这个介绍主要是基于ipcc报告的观点,也就是主流观点。目前有很多反ipcc的观点,能否也进行一个介绍?比如:http://blog.sciencenet.cn/home.p ... =blog&id=273710里提到的一些。
yanhong-USTC 发表于 2011-7-16 20:43:45 | 显示全部楼层
我也想听反对意见的总结
胡登科 发表于 2012-6-18 23:11:21 | 显示全部楼层
谢谢分享这么高质量的博文!
lfan 发表于 2012-6-19 14:37:09 | 显示全部楼层
全球变暖研究正在解决的几个问题:
1,全球气候是在变冷还是变暖,或者冷暖的上下范围同时扩大或缩小。
2,如果是变暖,变暖的因素中,人因所占的比例。是否太阳辐射水平变化,地月体系变化,还是能量分布的时空不均衡分布发生了变化?就如地质年代中肥皂剧一样多次的冰期和间冰期,或者一个长期超级圣婴叠加?
3,现有的观测体系有效性。是否能够反映真实过程?全球覆盖和时空稠密性问题。

有个笑话,姑且用来插科打诨:1940年的一天,德国轰炸伦敦,很多街区被夷为瓦砾,消防队员们除了灭火,还疲于从废墟中挖掘幸存者。当他们挖出一个幸存的老太太时,老太太格格笑个不停。他们就问了:“老奶奶,是什么事情这么好笑?”老太太一边笑一边说:“我一拉马桶,整个房子就塌了下来。”  嘿嘿,按照弗洛伊德的笑话心理起源讲,这是假性因果的归谬化效果, spurious relationship 或 implicit causal claim。那么对于全球变暖,到底人类活动是在扔炸弹还是拉马桶?可能是一回事,可能性是另一回事,权重差别决定板子应该打到谁身上。

万一,我是说万一(退一万步),这一切只是一个间冰期的缓慢开始,我们还是抓紧搬家吧,这比可再生能源和全球经济活动回到1990年水平要更直接更积极主动的多,沿海房子的70年产权也不用计较了……于是,可以看出科学的作用是多么重要,这么多重要的决定需要靠海洋学家来帮助挖掘出真相,然后大家再根据利益立场吵架或者打架。海洋学家的作用从来没有这么重要过,毕竟海洋是地球热能的最大容器,哪怕日地月体系没任何变化,辐射总量不变,只要这个“大电容”全进到全出的时延发生一点点变化,全球气温水平就不是现在这样了:羽绒服还是比基尼?

去年底时,一个同学无限感慨的对我说:“马上就要2012了,担心世界末日时我还是单身,不行就随便找个女的算了。” 支持之余,我不由担心:“可万一世界末日没来,那之后可就要天天世界末日了。”

正确的结论来源于正确的方法和过程,快乐的探究一下,则我们得到的将不仅是简单的文字化结论。
风落枯叶 发表于 2012-11-15 01:57:19 | 显示全部楼层
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