全球變暖與氣候變化研究綜述

全球變暖與氣候變化研究綜述

以溫暖為主要特征的全球氣候變化是人類社會在21世紀(jì)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。它與人類的生存和發(fā)展密切相關(guān)。由于巖屑燃燒和土地利用變化引起的碳排放量是世界變化的主要原因，碳排放與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)[3.5]。因此，氣候變化問題也從簡單的研究領(lǐng)域擴(kuò)展到了今天的國際政策、經(jīng)濟(jì)和外交領(lǐng)域。為了應(yīng)對氣候變化,世界氣象組織(WMO)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于1988年成立了政府間氣候變化專門委員會(IntergovernmentalPanelonClimateChange,IPCC),以全面評估全球氣候變化的觀測事實(shí)、原因、對自然和社會系統(tǒng)的潛在影響,以及人類可能采取的應(yīng)對策略.1990年,IPCC發(fā)布了第一份評估報(bào)告,此后每隔5~7年發(fā)布一次.至今,IPCC已發(fā)布了4次綜合評估報(bào)告以及多個(gè)專業(yè)報(bào)告.2007年發(fā)布的第四次評估報(bào)告(AR4)由130多個(gè)國家、450多位主要作者、800多位撰稿人編寫,代表著氣候變化研究的主流認(rèn)識,“反映了當(dāng)前有關(guān)氣候系統(tǒng)及其演變過程和未來變化預(yù)測的知識集成”.該報(bào)告得出以下關(guān)鍵結(jié)論:(1)在過去的100年里(1906~2005)全球平均氣溫升高0.74℃(0.56~0.92℃);北半球高緯度地區(qū)溫度升幅較大;陸地變暖的速率比海洋快.(2)溫度的顯著升高主要由人為活動(dòng)(包括化石燃料燃燒及毀林)排放的溫室氣體濃度增加所導(dǎo)致.(3)氣溫升高將導(dǎo)致一系列的負(fù)面影響,如冰雪融化、海平面上升和水文循環(huán)改變;CO2濃度增加導(dǎo)致海水酸化.這些變化將直接或間接地威脅陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)以及人類生存環(huán)境.(4)基于氣候模式的預(yù)測結(jié)果表明未來20年全球氣溫將以每10年大約升高0.2℃的速率變暖.即使所有溫室氣體濃度穩(wěn)定在2000年的水平,也會以每10年大約升高0.1℃的速率變暖.變暖將減少陸地和海洋對大氣CO2的吸收,增加人為排放CO2存留在大氣中的比例,從而引起進(jìn)一步的反饋效應(yīng).在全球變暖的機(jī)制上,IPCC報(bào)告強(qiáng)調(diào)人為活動(dòng)的影響,強(qiáng)調(diào)CO2濃度與增溫的關(guān)系.然而,地球是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),各種因素盤根交結(jié),因果關(guān)系之間存在很大的不確定性.IPCC-AR4發(fā)布后,其結(jié)論受到了許多科學(xué)家的質(zhì)疑,如2007年成立的非政府間國際氣候變化委員會(NIPCC)就曾針對IPCC評估報(bào)告提出了許多具有爭議性和分歧性的問題.尤其是自2009年出現(xiàn)“氣候門”和“冰川門”之后,IPCC-AR4的公信性更是受到了科學(xué)界的質(zhì)疑,IPCC報(bào)告不再是最權(quán)威性的總結(jié),其政治傾向及撰寫過程的紕漏成為國際輿論的焦點(diǎn).也由于此,聯(lián)合國秘書長委托獨(dú)立的國際學(xué)術(shù)團(tuán)體組織——國際科學(xué)院理事會(InterAcademyCouncil,IAC)對IPCC的工作程序與評估過程展開獨(dú)立調(diào)查.調(diào)查結(jié)果認(rèn)為,盡管IPCC工作總體上是成功的,但需要從根本上改革其管理結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)其程序的監(jiān)控,以便處理數(shù)量巨大、內(nèi)容復(fù)雜的氣候變化評估,并得到更有效的公眾監(jiān)督.對IPCC-AR4主要結(jié)論的爭論焦點(diǎn)集中在以下四個(gè)方面:(1)氣候變暖是否在發(fā)生;(2)氣候變暖的主要驅(qū)動(dòng)因素是什么(也即:人類活動(dòng)和自然過程的貢獻(xiàn)有多大);(3)基于現(xiàn)有氣候模式預(yù)測未來氣候變化趨勢的準(zhǔn)確性如何;(4)氣候變化的影響程度如何.其中,最本質(zhì)的爭論在于氣候變化的驅(qū)動(dòng)因素,即氣候變暖是人類活動(dòng)導(dǎo)致的還是自然過程引起的,這也是國際社會應(yīng)對氣候變化以及進(jìn)行以碳減排為核心的氣候變化談判的基石.因此,正確認(rèn)識氣候變化問題、厘清其爭論的焦點(diǎn)是制定氣候變化政策、應(yīng)對氣候變化的基礎(chǔ).本文主要圍繞氣候變暖是否在發(fā)生,以及變暖的主要驅(qū)動(dòng)因素展開討論,并就人們特別關(guān)注的碳排放問題進(jìn)行分析.1氣候變化及其不確定性1.1近百年來全球平均氣溫發(fā)展情況.我國近百年來全球平均氣溫在攀升關(guān)于地球是否在變暖,在幾年前還是有爭議的問題,但近幾年來這種立場有所改變.各地的氣溫觀測數(shù)據(jù)表明,近百年來全球平均氣溫在升高.這不僅反映在溫度的上升,其證據(jù)還包括各地觀測到的海平面上升、冰雪消融、春季物候提前和生長季延長等事實(shí).(1)氣候變色的發(fā)生時(shí)間然而,全球變暖表現(xiàn)出很大的地域差異.一般而言,陸地表面比海洋表面增溫快,北半球高緯度地區(qū)比低緯度地區(qū)增溫快、增溫幅度大.在過去半個(gè)世紀(jì)里,我國氣候變暖的發(fā)生時(shí)間及增溫幅度也是因地區(qū)而異:增溫于1975年前后開始于東北地區(qū),之后出現(xiàn)于東部和南部沿海地區(qū)(1980年前后),并逐步向內(nèi)陸地區(qū)擴(kuò)展;西部內(nèi)陸地區(qū)(西北和青藏高原)最晚出現(xiàn)溫暖化(1983年).增溫幅度在東北、西北和華北地區(qū)最為明顯,而西南、華南地區(qū)增暖幅度較小,這種變化在近100,50和30a尺度上具有較好的一致性.(2)高度(3)地殼厚度和海冰面積此外,對海冰和冰川的觀測表明,過去150年間全球大部分地區(qū)的海冰及冰川都呈現(xiàn)萎縮趨勢.例如,自1978年以來,北極地區(qū)海冰面積以每年(2.7±0.6)%的速度遞減,海冰厚度也有下降趨勢.南美巴塔哥尼亞、喜馬拉雅、阿拉斯加和美國西北部以及加拿大西南部的冰川和冰蓋大量減少1).但最近也有報(bào)道,南極冰川在擴(kuò)大2).(4)延長生長季節(jié)1.2主要影響因素如上所述,近代以來地球在變暖是一個(gè)基本的觀測事實(shí),但其變暖的幅度卻存在很大的不確定性.不確定性的主要來源可以概括為以下幾個(gè)方面:(1)地質(zhì)歷史時(shí)期溫度的推算主要來自冰芯、古孢粉、考古、樹輪等代用數(shù)據(jù)及古文獻(xiàn)資料.由于代用數(shù)據(jù)在空間分布和時(shí)間跨度上都非常有限,部分?jǐn)?shù)據(jù)對氣溫變化不夠敏感等,使基于這些結(jié)果重建的局部或全球的溫度趨勢存在極大的不確定性.一種代用資料往往不夠全面、代表性不足,不同代用資料對氣溫變化的反應(yīng)不同,因此選用不同代用資料或不同重建方法,得出來的結(jié)果相差極大.不僅如此,同一種代用資料,如樹木年輪定年準(zhǔn)確、連續(xù)性強(qiáng)、分辨率高,是比較理想的代用資料之一,但樹木年輪與氣候要素的響應(yīng)關(guān)系復(fù)雜,不僅受氣溫的影響,還受CO2濃度、降水量等影響,且空間位置、樹種不同,響應(yīng)關(guān)系也有所差異,這些都會造成結(jié)果的不確定性.(2)在器測時(shí)期,氣象站點(diǎn)的數(shù)量和分布對全球溫度的估算值影響很大:在早期,站點(diǎn)少,且主要分布在北半球中緯度地區(qū),尤其是歐美國家;此后站點(diǎn)逐漸增多,但在一些地區(qū),尤其在南半球和海洋區(qū)域,站點(diǎn)仍然稀缺,一些地區(qū)甚至空白.觀測站點(diǎn)的數(shù)量和分布變化顯著影響著全球溫度及其趨勢的估算.(3)氣象觀測站點(diǎn)大都分布在城市及其鄰近地區(qū),近百年來發(fā)生在全球各地的城市化過程對區(qū)域和全球溫度變化可能產(chǎn)生著深刻的影響.例如,在我國上海,在過去的30年間(1975~2004),無論是年均溫,還是平均最低和最高氣溫,城區(qū)與郊區(qū)的氣溫差都隨著城市化進(jìn)程和城區(qū)面積的擴(kuò)大而增加,30年中可達(dá)到0.7~1.0℃.基于遙感和地面觀測數(shù)據(jù)的分析表明,在我國華南地區(qū)城市熱島效應(yīng)對城市和區(qū)域溫度有著顯著的影響.在美國,Goodridge也同樣發(fā)現(xiàn)城市熱島效應(yīng)對區(qū)域溫度的影響:在大型城市,溫度增加趨勢顯著;中等城市較顯著,而在小型城市則幾乎不存在增溫趨勢.城市熱島效應(yīng)對區(qū)域和全球溫度的貢獻(xiàn)大小是一個(gè)有爭議的問題.IPCC認(rèn)為城市熱島效應(yīng)的影響是存在的,但這種影響具有局地性,在全球陸地小于0.06℃(100a)-1.Trenberth等的估計(jì)更小,認(rèn)為自1900年以來城市熱島效應(yīng)對全球變暖的貢獻(xiàn)僅為0.02℃(100a)-1.然而,一個(gè)不可忽視的因素是,地表平均氣溫是由氣象站觀測數(shù)據(jù)計(jì)算得到,而氣象站大都分布在城市及其鄰近地區(qū),因而,基于氣象站觀測數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果自然會受到顯著影響.如有研究表明,1951~2004年間,城市化對中國升溫的貢獻(xiàn)在40%左右.(4)其他因素,如溫度的插值方法等也會對溫度及其趨勢產(chǎn)生影響.如,由于分析方法不同,三種溫度序列(HadCRUT3,GISS和NCDC)對最近幾十年的解釋就有差異,Knight等利用HadCRUT3溫度序列模擬的結(jié)果顯示,在最近的12年里(1998~2009),全球平均溫度沒有顯著變化,處于高溫平臺,支持此觀點(diǎn)的還有Kerr.然而,根據(jù)GISS和NCDC溫度序列的模擬結(jié)果表明,全球近10年溫度變化依然呈明顯上升趨勢.Allison等認(rèn)為,HadCRUT3數(shù)據(jù)系列未包括北極資料,而北極地區(qū)在近25年來氣候顯著變暖,因此可能低估了近10年的變暖趨勢.Wang等通過文獻(xiàn)資料分析,1999~2008年仍是過去30年間溫度最高的時(shí)期,盡管十年間平均溫度沒有上升,但全球變暖仍在持續(xù).中國在1999~2008年間平均溫度仍以0.4~0.5℃(10a)-1的速度上升,尤其是中國東北部上升趨勢十分明顯.最近10年的氣溫變化到底是停止還是持續(xù)仍存在爭議,但討論氣候變化至少需要25~30年的觀測數(shù)據(jù);利用10年的數(shù)據(jù)來說明未來的氣候變化趨勢可能有些勉強(qiáng).2氣溶膠排放的影響影響氣候變化的因素很多,主要有溫室氣體、太陽活動(dòng)、氣溶膠、地球軌道變化以及大氣和海洋環(huán)流等.主要可歸為人為和自然因素兩類.前者指人類活動(dòng)引起的溫室氣體和氣溶膠排放,后者主要包括太陽活動(dòng)、火山爆發(fā)等因素.IPCC把氣候變暖主要?dú)w因于溫室氣體,特別是CO2濃度的增加;而堅(jiān)持自然因素起主要作用的觀點(diǎn)認(rèn)為,目前的增溫只是氣候變化歷史長河中的一個(gè)階段.這兩種觀點(diǎn)成為目前爭論的焦點(diǎn).這兩類影響因素的相對重要性直接影響著全球氣候談判以及國際社會應(yīng)對、適應(yīng)和減緩氣候變化的政策走向和行動(dòng)取向.2.1溫室氣體濃度cod溫室氣體是指大氣圈內(nèi)能吸收紅外輻射使大氣溫度升高的氣體.如果大氣層不存在,地球表面平均溫度為-19℃,但實(shí)際上地球表面的溫度能保持在14℃前后.即溫室氣體的溫室效應(yīng)能使地球表面溫度升高33℃.法國科學(xué)家JosephFourier于1824年最早發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象,此后(1896年)瑞典科學(xué)家SvanteArrhenius首次定量證明了這一發(fā)現(xiàn),指出如果大氣CO2濃度加倍,地球表面溫度將升高5~6℃.大氣中的主要溫室氣體包括水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、對流層臭氧(O3)、氟利昂類物質(zhì)(CFCs)等.溫室氣體對大氣升溫的貢獻(xiàn)大小取決于其在大氣中的濃度(含量)和溫室效應(yīng)強(qiáng)度.綜合這兩種特性,主要大氣成分水汽、CO2,CH4及O3對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)大小分別為36%~72%,9%~26%,4%~9%和3%~7%.溫室氣體對維持生物存活的地球溫度是至關(guān)重要的.然而,過去150年來人類活動(dòng)導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度顯著增加,這是全球變暖的重要因素.在過去的近250年里(1750~2008),大氣中的CO2濃度由280ppm增加到387ppm,CH4濃度由700ppb增加到1745ppb,N2O濃度由270ppb增加到314ppb,分別增加了38%,149%和16%.這些溫室氣體濃度增加的主要來源是:CO2主要來自化石燃料使用和水泥生產(chǎn),以及土地利用變化(如熱帶毀林)所導(dǎo)致的排放;CH4主要來自畜牧業(yè)、水稻田、濕地等排放;N2O主要產(chǎn)生于施肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng);CFCs則主要來自冰箱、空調(diào)等制冷劑的使用.火山爆發(fā)等自然過程排放的CO2所占的比例很小,只是人為活動(dòng)排放CO2的1%.在所有溫室氣體中,水汽對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)最大,它貢獻(xiàn)了全部溫室效應(yīng)的1/3~2/3.水汽約占大氣成分的2%,主要來自于地表和海洋蒸發(fā)以及植物蒸騰作用.由于人們一直認(rèn)為對流層中水汽含量不存在明顯變化,水汽的增溫作用長期被忽略.但全球變暖使蒸發(fā)增強(qiáng),從而導(dǎo)致大氣水汽含量增加,而大氣的熱膨脹可以容納更多的水汽,從而對升溫產(chǎn)生正反饋?zhàn)饔?一些區(qū)域的觀測結(jié)果表明,過去的幾十年,水汽含量顯著增加[50~52](圖4).2.2氣溶膠的降溫作用氣溶膠是大氣中的一種微小顆粒,主要由火山爆發(fā)所產(chǎn)生的火山灰、化石燃料排放所產(chǎn)生的SO2等大氣污染物、生物質(zhì)燃燒所釋放的微粒等組成.氣溶膠通過影響大氣化學(xué)過程、輻射過程和云物理過程的變化而影響近地表輻射平衡和氣溫.絕大部分氣溶膠,如硫化物、生物質(zhì)顆粒、化石燃料排放的有機(jī)碳、對流層中的氣溶膠等因反射太陽輻射而對大氣產(chǎn)生降溫作用;但也有少量的,如化石燃料排放的黑炭(blackcarbon)卻具有增溫效果,而無機(jī)粉塵(mineraldust)的增降溫機(jī)制不清.此外,氣溶膠通過影響水云并引起云反照率效應(yīng),產(chǎn)生間接的降溫作用.與溫室氣體相比,氣溶膠在大氣中駐留時(shí)間短,從幾個(gè)小時(shí)至數(shù)天數(shù)月,但大氣總能夠保持一定量的氣溶膠.Lu等對中國2000~2006年間的SO2排放趨勢的分析表明:SO2排放量從21.7Tg增加到33.2Tg,增加了53%,其中北方和南方各增加了85%和28%.由于氣溶膠分布不均一以及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),氣溶膠的影響模擬較為困難,不同氣溶膠的降溫或增溫強(qiáng)度具有很大的不確定性.Ramanathan和Carmichael指出,黑炭氣溶膠可能是造成氣候變暖的第二大根源,其作用僅次于CO2,所產(chǎn)生的直接輻射強(qiáng)迫可達(dá)0.9Wm-2,是同期CO2輻射強(qiáng)迫的55%.而多數(shù)學(xué)者認(rèn)為,氣溶膠對氣候變化的總體作用是降溫效應(yīng)[58~60],但對全球變暖的相對貢獻(xiàn)持不同觀點(diǎn).Hansen等認(rèn)為氣溶膠的降溫強(qiáng)度可以抵消過去幾十年里人類活動(dòng)排放的CO2的增溫效果.但最近也有研究認(rèn)為,氣溶膠的冷卻效果不強(qiáng),只是溫室氣體的10%左右.2.3太陽活動(dòng)與長期氣候穩(wěn)定太陽是地球熱能的最主要來源,太陽活動(dòng)與地球溫度變化關(guān)系密切.但太陽活動(dòng)變化對地球溫度變化的影響到底有多大還很不確定.有學(xué)者認(rèn)為,太陽活動(dòng)增加導(dǎo)致地球增溫[61~63].例如,觀測表明,在長時(shí)間尺度,太陽活動(dòng)強(qiáng)度與北極地區(qū)的溫度變化吻合很好;太陽黑子的變化與全球溫度之間呈良好的對應(yīng)關(guān)系.這說明太陽活動(dòng)可能是影響長期溫度變化的主要因素之一.但大多數(shù)研究認(rèn)為,太陽活動(dòng)在20世紀(jì)60年代以前是地球氣候變化的重要影響因素,但最近的氣候變暖卻很難用太陽活動(dòng)的變化來解釋[66~68].如圖5表明,1880~1960年間太陽總輻射與溫度的變化十分吻合,但之后,太陽總輻射有所減少,而溫度卻在持續(xù)上升.此外,也有研究認(rèn)為太陽活動(dòng)增強(qiáng)反而促使降溫.例如,Haigh等對2004~2007年間的太陽光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),與2004年相比,2007年太陽活動(dòng)強(qiáng)度更弱,但抵達(dá)地球?qū)α鲗拥奶柲芰績糁祬s比2004年多,說明當(dāng)太陽活動(dòng)減弱時(shí),到達(dá)地球表面的可見光卻增多了,從而促使地球表面溫度上升.火山活動(dòng)也是重要的自然因素之一,火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰和氣體通過影響大氣的輻射傳輸而降低地球平均氣溫.由于火山噴發(fā)存在季節(jié)、緯度和強(qiáng)度的差異,因此噴發(fā)物的空間分布特征不同,對輻射的影響也不同.但目前沒有好的方法預(yù)測火山活動(dòng)以及熱鹽環(huán)流的變化,因此無法正確定量火山等自然因素對氣候變暖的作用.這也許是在氣候變暖中強(qiáng)調(diào)人為因素影響的原因之一.3人為源和自然源co的來源和求取在前述的人為源溫室氣體中,CFCs的排放已受到有效控制,CH4和N2O基本屬于自然釋放,因此,人們對它們的關(guān)注度較小.目前人們最關(guān)注的是CO2排放.主要原因是CO2不僅為最大的人為源溫室氣體,被認(rèn)為是影響目前溫度上升的最大因素,而且與其他溫室氣體相比,控制其排放的可能性更大.實(shí)際上,大氣CO2濃度的增加涉及很多非常復(fù)雜的因素,如海陸生態(tài)系統(tǒng)的自然釋放和人為活動(dòng)排放,但其定量機(jī)制和過程尚不十分清楚.為說明這一問題,本文從全球碳循環(huán)的角度,來簡單分析人為源和自然源CO2的來源和歸宿(圖6).3.1人為活動(dòng)排放的co圖6是本世紀(jì)初的全球碳循環(huán)模式圖.如果陸地生物圈與大氣之間的碳交換處于平衡狀態(tài),全球陸地生物圈從大氣中吸收120~150PgC的CO2(即總初級生產(chǎn)力,GPP;1PgC=1015gC),它應(yīng)該通過植物自身的呼吸(自養(yǎng)呼吸)和生態(tài)系統(tǒng)的異養(yǎng)呼吸(土壤微生物和土壤動(dòng)物等的呼吸)向大氣中排放等量的CO2.但是,全球碳循環(huán)的平衡模式正受到干擾.一方面,近年來人為活動(dòng)(化石燃料燃燒及土地利用變化)排放的CO2約為9~10PgC,是陸地和海洋生物圈自然釋放CO2的1/22~1/26;另一方面,由于目前的氣候系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài),氣溫升高也可能導(dǎo)致土壤異養(yǎng)呼吸和海洋碳排放的增加.如果這部分增加的CO2不能被生態(tài)系統(tǒng)所吸收,也將導(dǎo)致大氣CO2濃度的增加.即大氣CO2濃度的增加不只來自人類活動(dòng)的碳排放,也可能來自于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)對氣溫升高的響應(yīng).對地球自然源和人為源CO2總排放量以及總吸收量進(jìn)行概算表明,全球自然和人為CO2排放總量約為250PgC,而全球海陸和大氣CO2總吸收量約為230PgC(表2),即地球總排放量與吸收量之間收支不平衡,相差約有20PgC,這相當(dāng)于目前人為活動(dòng)總排放量的2倍.可見,大氣中CO2增量的來源并不是很清楚的.換言之,增加的大氣CO2濃度是否都是人為排放的,是一個(gè)不確定性的問題.3.2cmp-2氣候模式對氣溫變化的作用CO2濃度升高與增溫之間的關(guān)系是一個(gè)有爭議的問題.IPCC認(rèn)為,目前的升溫很有可能是由CO2等溫室氣體濃度的增加導(dǎo)致的.該結(jié)論依據(jù)的物理學(xué)基礎(chǔ)是:(1)CO2是溫室氣體,溫室氣體增加必然導(dǎo)致大氣溫度的增加;(2)過去100多年來,大氣CO2濃度增加了;增加的CO2濃度應(yīng)該會導(dǎo)致大氣增溫.而且,氣候模式研究結(jié)果表明:即使考慮了所有的自然因素和分析誤差,也不能解釋現(xiàn)在的升溫現(xiàn)象;只有把人為排放的CO2等溫室氣體考慮進(jìn)去,才能較好地說明目前的升溫現(xiàn)象.對這一物理過程以及邏輯本身,科學(xué)界是達(dá)成共識的.但是人們質(zhì)疑IPCC是否片面地過分強(qiáng)調(diào)了人為源CO2排放的影響,并夸大了溫度對CO2濃度的敏感度.CO2濃度升高與氣溫變化的關(guān)系非常復(fù)雜,定量描述氣溫變化對CO2濃度升高的敏感度也存在很大的不確定性.輻射強(qiáng)迫往往用來定量表示溫室氣體排放對氣溫變化的作用.IPCC綜合了眾多研究結(jié)果后指出,自工業(yè)化時(shí)期以來,大氣CO2濃度增加所產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫為(1.66±0.17)Wm-2,尤其是在1995~2005年間,這種增加導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫增加了20%.然而,最近一些研究表明,CO2輻射強(qiáng)迫比IPCC給出的值要低[85~87].盡管數(shù)據(jù)的取舍年份可能會影響其結(jié)果,但還是說明CO2濃度增加對氣溫升高的作用可能比IPCC給出的結(jié)果小得多.如前所述,大氣溫度的變化除溫室氣體外,還受其他因素(如自然過程以及氣溶膠等)的影響.然而,自然因素對溫度變化的作用機(jī)制并不明確,氣溶膠的作用更是存在不確定性.因此,把氣候變暖簡單歸結(jié)為溫室氣體濃度升高可能是片面的.在器測時(shí)期的100多年里,若干時(shí)期的氣溫變化與CO2濃度增加之間方向相反.在過去的近百年里(1910~2010),氣溫與CO2濃度在整體上具有較好的相關(guān)性,但在氣溫變化過程中存在2個(gè)明顯的降溫期:1940~1975和1998~2009年,而在這兩個(gè)時(shí)期,大氣CO2濃度一直快速升高(圖7(a)).如果對1850年以來大氣CO2濃度與大氣溫度之間每間隔30年進(jìn)行相關(guān)分析,就可以發(fā)現(xiàn),在這158年中,三個(gè)時(shí)期兩者顯著正相關(guān),一個(gè)時(shí)期顯著負(fù)相關(guān),兩個(gè)時(shí)期相關(guān)性不明顯(表3).此外,從大氣CO2濃度的年增量與年均溫年變化量看,二者之間只有很微弱的正相關(guān)性(P>0.05,圖7(b)).即使考慮溫度變化可能滯后于CO2濃度變化,二者關(guān)系在統(tǒng)計(jì)上仍然是不顯著的.這些結(jié)果表明了地球冷暖變化的復(fù)雜性,CO2只是影響氣溫變化的一個(gè)方面,短時(shí)期氣溫變化會更多地受CO2以外的因素影響,如Lean和Rind認(rèn)為太陽輻射和火山爆發(fā)等自然因素在近10年積累的降溫作用可能抵消了溫室氣體的部分增溫作用.綜上所述,盡管IPCC把目前觀測到的氣溫升高主要?dú)w因于CO2等溫室氣體濃度的增加,但對這一問題的不確定性闡述不夠,缺乏足夠的科學(xué)性并導(dǎo)致爭議.過去150多年來溫度變化有升有降,而氣候模式預(yù)測的未來氣溫卻一直保持增加趨勢.這表明當(dāng)前氣候模型對地球大氣系統(tǒng)(尤其對影響氣溫變化的自然因素)的刻畫是不完備的,預(yù)測結(jié)果存在很大的不確定性.也由于此,基于IPCC報(bào)告給出的2℃閾值(即當(dāng)CO2濃度約增加到450~550ppmv時(shí),可能導(dǎo)致的溫度增高值)作為減排的依據(jù)是值得懷疑的.一種客觀、可以接受的觀點(diǎn)是,CO2作為一種主要的溫室氣體,其濃度增加對全球氣候變暖有貢獻(xiàn),但貢獻(xiàn)多大是一個(gè)不確定的問題.科技界在得出準(zhǔn)確結(jié)論之前,需要加強(qiáng)研究,并明確這些不確定性.4大氣cod與年增長率的關(guān)系(1)氣候變暖是客觀事實(shí),但變暖程度存在不確定性:各地的觀測數(shù)據(jù)表明,近百年來全球平均氣溫在升高.這不僅反映在溫度的上升,其證據(jù)還包括海平面上升、冰雪消融、以及物候期變化等觀測事實(shí).但全球到底升溫多少存在不確定性.(2)人類活動(dòng)和自然因素共同影響著氣候變化,其相對貢獻(xiàn)難以量化:影響全球氣候變化的人為因素主要包括化石燃料使用和毀林等人類活動(dòng)引起的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等溫室氣體以及氣溶膠(如SO2)的排放,自然因素包括太陽活動(dòng)、火山爆發(fā)等.一般來說,溫室氣體導(dǎo)致升溫,而氣溶膠使地球變冷水汽是最大的溫室氣體,但它在大氣中的含量變化較小,而CO2等溫室氣體的濃度顯著增加,其相對的增溫效應(yīng)也顯著增加.無論是自然因素,還是人為因素,它們對全球溫度變化的影響存在不確定性,尤其是氣溶膠.(3)IPCC認(rèn)為CO2等溫室氣體濃度的增加是全球變暖的主要因素,但存在很大的爭議:IPCC報(bào)告認(rèn)為全球變暖主要由CO2等溫室氣體濃度的增加導(dǎo)致的,其依據(jù)主要來自溫室效應(yīng)的物理學(xué)基礎(chǔ)和氣候模式的研究結(jié)果.該結(jié)論存在較大爭議,質(zhì)疑的主要理由是:1)影響全球溫度變化的主要因素對溫度變化的作用機(jī)制不清楚,氣溶膠的作用更是存在不確定性;2)在過去的百余年里,若干時(shí)期的氣溫變化與CO2濃度增加的方向相反,即盡管大氣CO2濃度持續(xù)升高,但氣溫卻呈下降趨勢或基本穩(wěn)定;3)大氣CO2濃度的年增量與年均溫的年變化量之間并不存在顯著的相關(guān)性;4)大氣中CO2的來源存在不確定性,目前觀測到的大氣CO2濃度顯著升高并不一定都是人類活動(dòng)排放導(dǎo)致的.在歷史的長河里,全球溫度經(jīng)歷了暖期與冰期的交替變化.末次冰期結(jié)束后(大約在12000年前),全球溫度開始上升,持續(xù)