全球气候变化解析

简单地说，气候变化就是长期大气状态变化的一种反映，其主要表现为不同时间尺度的冷暖或干湿变化，见表2-1。

表2-1 不同时间尺度上的气候变化

地质历史时期的气候变化是时间跨度最大、变化周期最长的气候变化；近代气候变化是最近一两百年有气象观测记录时期的气候变化，有十年至百年时间尺度上的变化。

当提起全球变暖时，并不仅是今夏的温度比去年高了多少度。相反，它指的是全球的气候变化，以及这种变化对自然和人类生存环境的影响。其中要考虑的是数十年来地球气候的变化，而不是单纯季节性的变化。而全球变暖这种说法本身就有些误导性，因为它让人们觉得气候会变热，而不是更干旱，更多恶劣天气。气候变化影响全球的水文和生物状况，或者说它影响着一切，包括风、雨和温度，它们都是相互联系的。科学家观测到长久以来地球的气候一直在不停变化，有些变化只是几十年间的事情，但有些变化却横跨几千年。

一、气候变化原因

全球大气层和地表这一系统就如同一个巨大的“玻璃温室”，具有让阳光透过和阻止热量外逸的功能，使地表始终维持着一定的温度，产生了适于人类和其他生物生存的环境。在这一系统中，大气既能让太阳辐射透过而达到地面，同时又能阻止地面辐射的散失，我们把大气对地面的这种保护作用称为大气的“温室效应”，造成温室效应的气体称为“温室气体”。它们可以让太阳短波辐射自由通过，同时又能吸收地面和空气反射回来的长波辐射，阻碍热量外逸，从而造成近地层大气增温（图2-26）。这些微量气体有二氧化碳、甲烷、氯氟化碳、臭氧、氮的氧化物和水蒸气等，其中最主要的、也是与人类关系最为密切的是二氧化碳。

《京都议定书》附件A给出了人类排放的温室气体主要有6种，即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫（SF6）。其中以后3类气体造成温室效应的能力最强。但对全球升温的贡献百分比来说，二氧化碳由于含量较多，所占的比例也最大，约为55％，在大气中存留期最长可达200年。其次，甲烷、氟利昂和氧化亚氮也起着相当重要的作用（表2-2）。

图2-26 温室效应示意图

表2-2 主要温室气体及其特征

注：引自全球环境基金（GEF）：Valuingthe Global Environment，1998。

图2-27 大气二氧化碳浓度和气温的变化关系

政府间气候变化小组1996年发表了新的评估报告，再次肯定了温室气体增加将导致全球气候的变化。依据各种计算机模型的预测，如果二氧化碳浓度从工业革命前的280ppm增加到560 ppm，全球平均温度可能上升1．5～4℃。从长期气候数据比较来看，二氧化碳浓度的增加与全球平均气温升高趋势比较吻合，二者存在显著的正相关关系（图2-27）。

近百年来全球的气候正在逐渐变暖，与此同时，大气中的温室气体的含量也在急剧增加。许多科学家都认为，二氧化碳等温室气体的大量排放所造成的温室效应的加剧是全球变暖的根本原因。

除了太阳活动、火山活动、地壳运动等自然原因导致全球气候变化外，大量燃烧矿物燃料（如煤炭、石油和天然气等）、破坏植被等人为因素是导致大气中二氧化碳浓度不断增加、全球气候变化的主要原因。

在过去一百多年间，人类一直依赖石油、煤炭等化石燃料来提供生产生活所需的能源，燃烧这些化石能源排放的二氧化碳等温室气体是使得温室效应增强、进而引发全球气候变化的主要原因（图2-28）。还有约1／5的温室气体是由于破坏森林、减少了吸收二氧化碳的能力而使大气中的浓度不断提高，超过自然界的平衡能力，出现了温室效应。另外，一些特别的工业过程、农业畜牧业也会有少许温室气体排放。

图2-28 引起全球气候变暖的因素

燃烧化石燃料是碳排放的主要来源。在化石能源中，煤炭含碳量最高，石油次之，天然气较低。人类燃烧化石燃料，产生大量二氧化碳和甲烷，它们进入大气层后使地球升温，使碳循环失衡，改变了地球生物圈的能量转换形式。1860年以来，由燃烧矿物质燃料排放的二氧化碳平均每年增长率为4．22％，而近30年各种燃料的总排放量每年达到50亿吨左右。

森林原是大气碳循环中的一个主要的“库”，每平方米面积的森林可以同化1～2千克的二氧化碳。砍伐森林则把原本是二氧化碳的“库”变成了又一个向大气排放二氧化碳的“源”。据世界粮农组织（FAO，1982）估计，20世纪70年代末期每年约采伐木材24亿立方米，其中约有一半作为燃柴烧掉，由此造成的二氧化碳质量分数增加量每年可达0．4×10－6左右。据专家介绍，今天的森林生态系统，是大自然经过8000年的进化才逐渐形成的。在热带地区，许多现在已荡然无存的森林就是在过去的50年里被砍伐一空的。仅1960—1990年，就有超过4．5亿公顷的热带森林被吞噬，占世界热带森林总面积的20％；还有数百万公顷的热带森林在砍伐、农田开垦和矿产开采中退化。而且，全球的非法砍伐和非法木材产品交易还在继续加剧，尤其是在拥有热带森林的发展中国家和政府执法不力的部分国家。而国际市场对廉价木产品的需求，又进一步恶化了这一状况。

近200年来，另一个主要的温室气体——甲烷的增加也十分迅速。人和草食动物的肠道、粪便、沼泽地、稻田等都是产生甲烷的“源”。此外，人类在开采天然气和煤炭时，也向大气中排放甲烷。在工业化以前，大气中的甲烷的质量分数只有0．7×10－6，目前已接近1．9× 10－6，预计到2030年可达到2．34×10－6。氯氟烃是近50年工业污染的结果，20世纪70年代初首次检测到大气中的氯氟烃。由于氯氟烃可以破坏大气臭氧层，且本身又具有温室效应，因而已受到各国重视。

工业化革命以前，大气中的二氧化碳等气体造成的“温室效应”使得地球表面平均温度由－18℃上升到当今自然生态系统和人类已适应的15℃。一旦大气中的温室气体浓度继续增加，进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将增温，以增大长波辐射量。地面温度增加后，水汽将增加（增加大气对地面长波辐射的吸收），冰雪将融化（减少地面对太阳短波的反射），又使地表进一步增温，即形成正反馈使全球变暖更显著。

二、气候变化趋势

1850年以来，全球平均气温经历了“冷—暖—冷—暖”两次波动，总体为上升趋势，全球地表平均温度上升了0．74℃。全球气候变化主要指全球变暖（图2-29），特别是20世纪后半叶全球气温的日趋暖化。

图2-29 全球气候日趋暖化示意图

19世纪末工业革命后，全球气候逐渐趋暖。1900—1940年，全球气温上升了0．5℃，到20世纪80年代以后全球气温上升趋势更加显著。20世纪90年代有可能是千年以来北半球最暖的10年，其中1988年比1949—1979年平均气温升高0．34℃。全球表面平均温度在20世纪平均升高了0．6℃。1990—2005年全球平均温度升高为每10年0．15～0．3℃。

科学家们提出一种称为有限最大相似法的预测模型，该方法考虑温度随时间变化的结构，结果显示，19世纪中期至20世纪末气温升高0．6℃。最近100年是过去1000年中最暖的，而最近20年是过去100年中最热的。据美国海洋与大气管理局公布的数据，2002年1月全球绝大部分陆地区域表面温度都高出以往任何时期，是1880年有气象纪录以来全球陆地表面平均温度的该月最高点。科学家使用电脑模型对将来的气候形势作出预测，与现在的气候状况相比，到21世纪末，全球的平均气温会增长1．1～6．4℃。

据美国航空航天局的数据，21世纪以来（2000—2014年），全球平均地表温度较1951—1980年30年间平均温度偏高0．62℃，1990—2014年，全球地表温度每隔10年平均增温0．17℃。北半球春天冰雪解冻期比150年前提前了9天，而秋天霜冻开始时间却晚了约10天。20世纪90年代是自19世纪中期开始温度记录工作以来最温暖的10年。根据近代仪器观测时期的气候变化数据，气温波动频繁，但上升趋势明显（图2-30）。

图2-30 全球平均地表温度距平图（基于1951—1980年平均温度）

按照政府间气候变化小组（IPCC）的评估，在过去一个世纪里，全球表面平均温度已经上升了0．3～0．6℃。许多学者的预测表明，到21世纪中叶，世界能源消费的格局若不发生根本性变化，大气中二氧化碳的浓度将达到560ppm，地球平均温度将有较大幅度的增加。

如果按现在二氧化碳等温室气体浓度的增加幅度，预计到21世纪30年代，二氧化碳和其他温室气体增加的总效应相当于工业化前二氧化碳浓度加倍的水平，可引起全球气温上升1．5～4．5℃，将超过人类历史上发生过的升温幅度。

据最近报道，连接南极洲与其最大的威尔金斯冰架之间最后一条冰桥出现新的断裂（图2-31），成为全球暖化加剧的最新证据。

图2-31 连接南极洲与威尔金斯冰架之间最后一条冰桥出现新的断裂

气候变化，特别是全球地表平均温度的变化，不是一个直线式的变化。所谓气候变暖不一定是今年比去年暖、明年比今年暖这样一个线性变化。因为自然界有很多因素非常复杂，比如太阳活动、火山活动，还有气候系统内部各种复杂的相互作用和反馈。因此，气候的变化存在着多种时间尺度的复杂的波动。我们感受到的气候变化，实际上是各种时间尺度变化的一种叠加或者是共同作用的最后结果。

因此，我们说的气候变暖应该是从一个长的时间尺度和一个比较大的空间范围，来看发生的总体趋势性变化。个别地区和某个时段发生了温度下降或者是气候变冷，并不能够据此来推翻或者是否认全球气候发生的一个总体变化趋势。也就是说，全球气候变暖并不意味着全球所有地区一定必须同步发生同样幅度的变暖。以中国为例，从1906—2005年这100年间，数据显示我国平均气温升高了1．1℃。但是并不是所有地区温度都升高了1．1℃，1．1℃是一个全国平均的概念。其中有些地区温度在下降，尤其是最近50多年西南地区的气温变化跟全国平均气温不一致。在这100年间，西南地区的气温下降了0．45℃。但是，我们并不能因为西南地区气温在过去100年是下降的，就否认全国气候在过去100年是变暖的。