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这个夏天的确热得不一般|人类活动导致的气候

“烧烤模式席卷北半球”“地球在燃烧”……连日来,从东亚到欧洲,北半球多地“高烧”难退。在中国,华北、东北等多地持续高温或桑拿天,中央气象台已连续多日发布高温黄色预警。世界多地更是创下有气象观测以来的最高温度纪录,欧洲许多地方则正经历高温和干旱的双重夹击。卫星实拍图片显示地貌由绿变黄,森林大火蔓延多地,冰雪融化导致山峰高度排名变化,北极圈内有的地方气温高达30多摄氏度……种种迹象显示,这个夏天的确热得不一般。

背后的原因是什么呢?除了大气环流等复杂的气象因素,舆论普遍的看法是,全球气候变暖是极端高温天气事件频发的大背景。

毫无疑问,现如今大气中很多关键组分,也就是所谓改变气候可能性的温室气体,其浓度比过去80 万年甚至更长时间范围内的任何时候都要高。可以完全肯定,近年来各种形式的人类活动是造成这些温室气体浓度升高的主要原因。这种升高始于几百年前,如不加抑制,将很有可能延续到长远的未来。这就警示我们需要慎重对待人为因素导致的气候变化问题。但正如我们所预见的,这一问题可能比我们想象的还要复杂。

大气温室气体含量的变化

目前大气中温室气体含量比过去至少80 万年任何时间都要高。我们是如何得知这个结果,以及怎样确定是人类活动导致了过去几百年温室气体含量迅速增长的呢?对极地冰川中捕获的气体进行测定,为大气组成的长期变化提供了珍贵记录。

图1 展示了CO2、CH4和N2O 的观测结果。图中下方两条曲线展示了全球气候变化的相应替代数据。在该图的记录时间范围内,CO2浓度的波动范围是180 ppm到290 ppm,CH4浓度在400 ppb 到700 ppb 之间变化,N2O 浓度在200 ppb到280 ppb 之间波动(N2O 的数据相对不完整)。这三种气体的浓度在冰期明显较低,在相对温暖时期较高,但都远低于现在空气中的含量(CO2约为400 ppm,CH4约为1850 ppb,N2O 约为320 ppb)。图2 更明确地强调了今昔对比情况,该图总结了自上一个冰期以来的2 万年发生的变化。图2右侧展示了过去几百年内几乎呈垂直增长的浓度曲线。

图1 温室气体CO2、CH4和N2O 浓度变化(IPCC,2007)

图2(a)~(c)展示了根据观测的气体组分变化数据,分别估计的辐射强迫[由政府间气候变化专门委员会(IPCC)命名]变化情况(右侧纵轴)。如果根据图中温室气体浓度变化的观测数据能够合理估计出地球能量净输入的变化,将具有重要意义。为了说明辐射强迫每年随时间的变化情况,图2(d)展示了辐射强迫的变化率,该数据是基于图2(a)~(c)中三种气体对辐射强迫贡献总和的时间变化率计算得到的。据Hansen 等(2011)估算,自现代工业时代以来数百年内温室气体浓度迅速增长,到2003 年有效净辐射强迫值约达3 W/m2。

图2 CO2(a),CH4(b)和N2O (c)的浓度和对过去2 万年辐射强迫的贡献;(d)为辐射强迫的变化率(IPCC,2007)

如图3 所示,Hansen 等(2011)估算了过去50 年内,温室气体浓度变化导致辐射强迫同比(与往年同期相比)变化的情况。值得注意的是,1960~1990 年间,辐射强迫值逐年迅速增加,但从1992 年起,增速开始下降,1992~1998 年辐射强迫值仅有小幅回升,在过去10 年内达到相对稳定的水平。20 世纪80 年代末和90 年代初,辐射强迫值短期内出现下滑的原因是CO2、CH4和氯氟烃(CFCs)浓度增长率缓慢降低。由于1987 年保护平流层臭氧的《蒙特利尔议定书》顺利执行,CFCs 浓度增长率有所下降。目前辐射强迫每年增加约0.04 W/m2,如果保持这个增长速度不变(近几十年皆如此),10 年后,全球地表平均温度将升高约0.3℃[如前所述,假定气候敏感度为0.75℃/(W/m2)]。因为海洋与部分陆地的热惯性,相当一部分升温会滞后发生。正如我们所预见的,早期阶段辐射强迫值(3 W/m2)的持续增加,是全球地表平均温度升高,以及额外的热量在海洋累积的原因。

图3 过去50 年来与温室气体相关的辐射强迫的年度变化( Hansen et al., 2013)

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