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IPCC说了什么？（十三）万年以来的古气候研究
songshuhui 2010-12-27 20:37
橡树村 发表于 2010-12-26 11:04 末次冰期结束之后，人类对环境的影响与其他动物就有区别了。人类发明了牧业、农业以后，就开始逐渐主动改变周围的环境，当然在历史上很长很长的时间里面， 这个过程都是非常缓慢的，所以能够造成的影响也是很小的。末次冰期结束后一直到现在的这段时间，地质学上成为全新世，属于第四纪，开始于大约1万年前。全 新世里面还可以继续分期，有几种不同的分法。IPCC使用的分类方法，把全新世分成早、中、晚三期，分别对应着升温期、高温期、中温期。从名字就很明显的 看出，全新世的温度变化，是先升温，维持高温，然后降温。 实际上全新世的气候变化要更加复杂。这一万年里面，地球轨道有变化，火山爆发对气候也有影响，使得这个时期的气候变化丰富多彩。当然不是说其他的时候地球 气候变化不丰富，只不过全新世的资料相对丰富，给人们更加细致地了解气候变化提供了机会，也有了不少研究成果。比如说认定在北大西洋高纬度地区，以及北极 地区，在全新世早期的1万年前到8千年前，夏季温度明显很高，可能全新世的夏季最高温就发生在这个时候。夏季温度高对应的就是北极冰川面积减少，这方面， 现有的观察是一致的。对于大西洋中北部地区的浅层海面温度重建发现从全新世中期到工业化以前有一个很长期的逐渐降温的趋势，很有可能与这些纬度地区的年平 均轨道辐射以及夏季轨道辐射变化有关系。在北欧和北美的冰原残余物附近，最暖期要错后不少，这个现象可能与冰川变化、冰原反照、大气和海洋的热交换、以及 局部的轨道强迫有关系。在北欧和北美西北部，最暖的时期发生在5到7千年前，这个期间还发现了温带森林向北的扩展，以及相应的冰川退缩。全新世早期的变暖 现象还在西太平洋、中国、新西兰、南部非洲、南极等地观测到。南半球高纬度地区的变暖并不能用单纯的轨道强迫进行解释，可能与大规模的能量输送有关。和这 个大趋势相反的是，热带浅层海水的温度变化显示了从全新世开始到现在的持续的升温趋势，可能与热带的轨道强迫变化相关。下图是一些观察到的与人类工业化之 前相比较的温度差别，纵坐标是纬度，横坐标是时间。红色表示比工业化前高出2摄氏度或者更多，黄色表示比工业化之前高出0.5到2摄氏度，蓝色表示比工业 化之前要低0.5到2摄氏度。 全新世中早期温度与工业化之前比较 观察到了在一些热带以外的一些地区，在全新世早期曾经有局部升温现象，幅度高达几个摄氏度。不过这些局部的升温很可能并不具备全球性，因为同期的热带海洋 温度略低。使用轨道强迫的模型对这个时候的模拟认为全球平均温度变化应该在0.4摄氏度以内。目前的数据的数量和分布都还不方便对这个时期的全球状态下更 明确的结论，无法认定是否出现过于目前正在发生的全球变暖类似的升温异常。北非、东非和北美的记录表明持续几十年到几百年的干旱是这些地区气候的经常特 征，现在发生在北美和中非的干旱并不是史无前例的。这些区域的准周期性的气候变率看起来的确存在，可以得到单独的年代际分辨率的古气候资料的支持，但是这 些独立的区域信号在全球范围内并不一致。 温度变化往往伴随着冰川的变化。对古代陆地冰川变化的研究集中在北半球。目前的研究表明在全新世的前半期，从1.1万年前到大约5千年前，北半球只有很小 量的冰川甚至没有冰川。到了后半期，冰川开始形成，并且扩张。这个现象基本上可以用轨道强迫带来的变化来解释，在全新世前半期，轨道强迫导致了北半球夏季 日射增加，从而造成区域变暖，导致冰川融化。不过对于局部的短周期的陆地冰川变化，仍然需要更加复杂的当地气候与冰川模型来进行分析。下图是南北半球一些 冰川的变化情况。实线是连续纪录的数据，虚线是非连续纪录的数据，深浅褐色是直接和间接证据。横线之上的，代表冰川面积小于20世纪末的冰川面积，横线之 下的，代表冰川面积大于20世纪末的冰川面积。由于对总量估计的准确性仍然不好，所以显示的都是相对变化。这里面可以看出来冰川的变化很复杂。由于影响局 部冰川的气候行为很复杂，每一次的冰川变化，原因并不都是相同的，需要对当地的降水和气温情况进行分析。在全新世后半期的大多数时间，并没有观察到目前正 在发生的全球基本一致的陆地冰川大范围消融现象。由于全新世后半期的几千年北半球夏季日射仍然较少，使用轨道强迫并不能解释目前观察到的全世界山区冰川地 退缩现象，很显然现在的全球范围退缩应该是其他原因。 全新世冰川变化 值得一提的是在8200年前，格陵兰发生过温度突然降低2到6摄氏度的情况，与同期观察到的大气甲烷含量降低、大规模大气环流改变等等相一致。这个突变一 般与北大西洋涛动联系在一起，不过目前还缺少深海的证据支持，所以这个关系仍然是假说。在全新世早期，北极和北冰洋的大量淡水从冰里面释放出来，导致海水 淡化，而促发8200年前的突变的现象，可能是阿加齐兹Agassiz古湖突然释放大量淡水造成的。在大约仅仅半年的时间内，有总量达到100万亿立方米 的淡水忽然进入哈德逊湾，从而导致海洋和大气的一系列变化。以此为依据的气候变化模型基本上可以模拟所观察的种种气候现象。在4到5千年前，北半球的海冰 面积出现过激增，伴随着在格陵兰监测到的氘含量降低，欧洲也观察到突然变冷，北美则广泛开始了持续达到数百年的干旱，以及南美气候的一些变化。这个突变的 发生机制仍然未知。这个事件发生在轨道辐射导致的局部温暖期结束的时候，可能提示在缓慢的强迫变化的情况下，也可以出现突然的气候变化。北非地区在全新世 早期的强烈潮湿环境也与环境对轨道强迫的作用进行放大有关。 两万年来大气温室气体信息重建 上图是2万年以来的大气里面二氧化碳、甲烷和氧化亚氮三种温室气体重建资料，分别在左上，左下和右上角。右下角的是这三个因素放在一起的辐射强迫。可以看 到在全新世早期，1.1万年前到8千年前的这一阶段，大气中的二氧化碳浓度略有下降，降低了7ppm。随后，大气中二氧化碳浓度开始缓慢上升，一直到被人 类的工业化排放所干扰。大气中的甲烷含量也有类似的趋势，不过略有不同，北半球的大气甲烷含量从1万年前的730ppb降低到6千年前的580ppb，然 后缓慢升高到工业化之前的730ppb。氧化亚氮的总图浓度变化趋势与二氧化碳的很象，在全新世早期降低了10ppb，随后缓慢上升，不过波动要频繁一 些。原来一般认为在全新世大气中的二氧化碳含量与陆地植物的变化有关系，森林面积增加，二氧化碳的浓度就会下降，海洋沉积，比如珊瑚增多也会吸收一部分 碳。比较新的研究表明在工业化之前的7千年里面，陆地植被的变化不大，陆地上的碳自然也就是稳定的。北方泥炭地储存的二氧化碳的变化更有可能是这期间大气 二氧化碳浓度变化的原因。不过这些变化都是很缓慢的，与工业化之后大气二氧化碳的变化速率低很多。有人研究过工业化之前人类的农牧业活动所造成的温室气体 影响，认为如果没有人类工业化之前的农业活动，在工业化之前的8000年时间里面，大气中的二氧化碳应该降低20ppm，而不是观察到的升高了 20ppm，不过这个假说支持者很少，本身也缺乏一些关键的证据来支持，也与一些其他证据相矛盾，所以还不被采信。 距离现代越近，可以采用的气候资料就越丰富。目前对于古气候的复原，对于最近的1千年左右的研究最多。下图是IPCC收录的对北半球的研究结果。图a是仪 器测量的结果。图中的黑线是北半球陆地海洋的平均温度，深棕色线是北半球的陆地平均温度。陆地的温度是从1781年开始的，不过要注意早期的数据站点很 少，仅仅有23个欧洲站点和一个北美站点，亚洲最早的站点是从1820年代才开始的。浅棕色线是四个历史最悠久的欧洲站点的数据，一直追溯到18世纪初期 开始有了温度的定义的时候。图中的灰色带是数据的置信区间，可以看出来20世纪数据的置信区间的范围要小于19世纪的，距离现代越久远，置信区间覆盖的范 围越大。这些数据至少能说明，1980年以后的全球变暖，是有仪器记录的两百多年历史里面所没有见过的。 1300年来北半球温度的重建 对于更久远的时间的温度重建，就需要使用各种各样的代用资料了。TAR的时候采用了三个系列。一个是上图b里面的MBH1999，这个系列是根据树木年 轮、冰芯数据、人文资料等建立的，包括了1850年以后的仪器分析数据，研究的是1000到1980年的年均北半球陆地海洋的气温变化，不过主要基于中高 纬度的数据，有少量的中低纬度数据。这个研究发现在这900年里面，有一个振幅高达0.3摄氏度的波动，同时有一个0.15摄氏度的降温趋势，然后是20 世纪的突然增温。第二个系列是上图b中的JBB1998，数据的数量要少一些，研究的是北纬20度以北地区的夏季气温变化。第三个是BOS2001，完全 依据树木年轮研究北半球夏季的气温，覆盖北纬20度以北地区，高纬度数据更充分一些，不过仅从1402年开始。后两个系列都显示了17世纪的气温比第一个 系列的结果要低，第一组数据后来也遭到了广泛的质疑。最热闹的就是关于中世纪暖期的问题。 北半球一些地区的温度历史重建 中世纪可能比较温暖的概念早在1920年代就已经被提出了，区域至少在北美、斯堪的纳维亚以及东欧，一些关于古人类生活资料的记载显示10世纪的气温应该 比14世纪要高。同时提出的还有17世纪的变冷概念。不过正式提出中世纪暖期的概念是在1960年代，时间段定义在公元1000到1200年之间。在这个 时候，就已经发现了不同地区的暖期是有区别的，比如俄罗斯部分以及格陵兰发生在950到1200年间，但是在欧洲大部地区都要晚一些，在1150到 1300年间。这个概念所使用的证据也不少，从人类的纪录，到葡萄的种植期、树木的生长线、植被的变化等等，还包括一些早期的冰芯数据以及年轮资料。这个 1960年代进行的研究，得到的结论是在欧洲，所谓中世纪暖期的时候，气温可能比20世纪初的气温高出了1到2摄氏度。现代的研究对这个结论持保留态度。 更加可靠的，可以定量的证据的研究显示，这个早期研究最多只能说在全球的某个地区的一些年份里面，气温有点偏高。现在对于最近千年各个地区的温度复原现在 也有了不少工作，上图是不同地区的研究结果，上面一行从左到右分别是西北加拿大、美国西部、格陵兰西部、瑞典北部，下面一行从左到右分别是西北俄罗斯、俄 罗斯北部、蒙古、东亚。把这些数据放到一起来看，这个中世纪暖期就不这么明显了，因为各个不同地区的变率非常大。要确定是否整个北半球都有这种变化，可能 还需要更加全面可靠的证据。从在前面一图图b里面AR4引用的1300年来北半球气温估计资料汇总上面可以看到，在公元950到1100年间，有可能出现 了一个相对温暖的时期，但是即使是这个时候，也要比1961到1990年的北半球平均温度（图中的零点）要低上0.1到0.2摄氏度。AR4给的结论是在 公元950到1100年间，北半球的确观测到了较温暖的气候，在工业化之前的2千年内这个时期里面是比较高的。但是这些观察还很难说整个北半球的平均气温 在这个时期偏高，这个可能的中世纪暖期也与20世纪观测到的北半球整体的升温是有区别的。对于17世纪的小冰期，目前的数据仍然不够充分，还无法判定其广 泛程度。下图里面可以看一下目前研究的取样分布，三个图从上到下分别是公元1000、1500和1750年。红色温度计是仪器测量点，棕色三角是树木年 轮，黑圈是地洞，蓝星代表冰芯，冰洞，其他资料是紫色的方块。 研究千年以来气候变化的代用资料选取地点 还要回到1300年来北半球温度重新中的图b。这里面可以看到从TAR到AR4之间，进行北半球气温复原的工作多了很多。这里就不一一列举。使用的代用资 料也更多，分析方法也有进步。比如树木年轮的宽度、密度，冰的各种重要同位素的组成比例，珊瑚的生长带等等都被大量使用。不过使用这些代用资料的不确定因 素仍然很大，特别是降水的影响与温度的影响很多时候很难分开，有的时候一些变化只代表特定的原因而并不代表一定特定的年份等等。综合来看，这些新的研究显 然增加了这个时期数据的不确定性。这些新的数据里面，大多数都是对全年平均进行研究，少数研究的是夏季的变化。图c就综合了这些研究结果，考虑了这些研究 的统计不确定性，给出了北半球平均温度的可能值，不同深浅的色带表示不同的置信区间。从这个分析里面，还是能看出来17世纪早期和19世纪可能相对较冷， 而11世纪和15世纪都相对较暖，一些数据显示在10世纪末期有一个很短的变暖。不过最暖的时候还是出现在20世纪。众多研究中只有1组数据显示暖期的北 半球平均气温可能超过了1940年代的平均气温。更加肯定的是，这些研究都显示，20世纪最后20年，非常可能至少是最近1300年以来最温暖的时期，而 20世纪后半叶的平均温度，也比此前500年的任何一个50年的平均温度要高。对南半球的历史气候情况也有类似的重建工作，一些研究结果列在下图。不过由 于数据实在太稀少，还不能对南半球的变化做出评估。 一些南半球的温度重建研究 有一些模型对过去500到1000年的气候进行了模拟，使用的是自然和人类所造成的辐射强迫。这里面，有一些因素还是可以比较精确的计算的，比如地球相对 太阳的轨道变化可以进行精确计算，这样各个时期不同的纬度、季节抵达大气层顶的太阳辐射就可以进行计算。温室气体的资料可以直接使用冰芯的分析结果，也算 是比较准确地。其他的因素不确定性就比较高了。土地的改变，虽然有一些文献记载和间接证据，但是不确定性仍然不少，而平流层的气溶胶的分布、变化，臭氧的 浓度变化，人们的了解就非常有限了。在人们对太阳辐射进行观察的30年里面，平均太阳辐射的变化非常小，扣除了平均大约11年的太阳黑子周期之后，变化幅 度仅有0.1%，相当于0.2W/m2的辐射强迫。对于历史数据，太阳辐射的变化一般使用宇宙同位素资料，比如太阳黑子活动少的时候，Be10和C14的 浓度就要偏高，不过两者之间的之间定量关系还并不明确。在很多研究中都假定宇宙同位素与太阳辐射有线性关系，较新的研究开始使用物理模型进行模拟，得出了 非线性关系。按照这个较新的研究，有研究者认为最近的8000年里面，太阳活动的变化很小，不过另有研究认为在过去的1000年里面，有三个时期太阳略微 活跃，分别是公元1785年，1600年和1140年。总之太阳辐射变化的长期趋势仍然不明朗。AR4采用的结果，认为相对TAR时候，太阳辐射的变化被 大幅度调低，前面介绍太阳辐射强迫的时候讲过了。TAR时期的重建认为17世纪时候的蒙德尔极小值要比现在的平均低0.15%到0.65%，相当于 0.36到1.55W/m2的辐射强迫，AR4采用的是这个变化仅有0.1%，折合的辐射强迫低于0.2W/m2。对火山辐射强迫的估计不确定性很大，前 面讨论过。火山活动在最近的数百年有所增加。由于火山基本上给出一个负的短期的辐射强迫，火山对气候的影响应该是变冷。下图给出了不同研究者使用辐射强迫 得出的模拟结果。上面的图，a是火山活动造成的辐射强迫，b是太阳辐射的强迫变化，c是其他因素的辐射强迫。下图是前面见到的温度复原概率图与一些模拟结 果，粗线是考虑了自然与人类共同造成的辐射强迫的模拟结果，细线则是只考虑自然影响的辐射强迫模拟结果。虽然模型各有不同，基本上还算是模拟了主要的气候 变化，比如12到14世纪期间略暖，15世纪中期，17世纪和19世纪较冷，这些都处于不确定性的范围之内。所有使用了人类造成的辐射强迫因素的模型都模 拟到了20世纪的变暖。 使用辐射强迫模型对千年来气温变化的模拟 工业化之前的一千年里面，冰芯记录到的二氧化碳浓度变化很小。对更久远的冰期时期的记录表示，二氧化碳浓度与气温有一定的相关性，在过去的65万年里面， 南极的大气里面的二氧化碳浓度与气温有共同的变化。一些模型也揭示了二氧化碳浓度会受到气温的影响，具体的物理机制，包括气温变化带来的海水中二氧化碳溶 解度变化，以及土地对温度和降水的相应导致的碳储存量的变化等等。很多模型对这个影响进行了模拟，得到的结论是每摄氏度气温变化对应4到16个ppm的大 气二氧化碳浓度变化，另外有研究者推断每摄氏度变化带来10-17ppm的大气二氧化碳浓度变化。根据二氧化碳的历史数据，在过去的千年大气二氧化碳浓度 变化在6到10ppm以内，由此推断这期间北半球年代际平均气温变化应该小于0.6摄氏度。二氧化碳很可能在气候变化过程中起到一定的放大反馈作用。
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IPCC说了什么？（十二）冰期古气候研究
songshuhui 2010-12-22 14:14
橡树村 发表于 2010-12-22 07:59 前面讲了一大堆，说的是最近几十年的时间里面，地表的平均温度在上升。从能影响地表平均温度的各个因素来看，似乎人类行为的影响是造成这个升温的主要原 因。具体的归因过程我们后面再谈，现在看看，在人类开始有能力对气候影响之前，地球的气候是怎么变化的，是不是也有这么快的升温过程呢？对于有仪器记录以 前的气候变化，人们不可能再去直接测量了，不过大自然的变化总是有一些痕迹可循的，对这些资料进行分析整理，就可以推断出古代气候的变化情况。比如在冰川 钻孔可以取得过去的温度数据，还可以分析海洋沉积物孔隙水变化，对冰川变化范围进行测量等等，从里面寻找到各种气候信息。这里面，有一些方法也可以通过现 代的数据与仪器测量的数据进行比较来进行校正。 重建古气候信息最重要的时间序列资料是从冰芯里面得到的。冰川的沉积有很好的时间序列，可以通过技术手段对不同截面冰芯的时间进行推测，而冰芯里面所储存 的微小气泡，就可以提供古代气体的直接资料。目前通过对冰芯进行分析，已经可以重建65万年以来的很多气候信息。研究古气候很多时候都无法进行甚至间接测 量，只能使用代用资料，这些代用资料利用涉及到化学、物理和生物参数的变化。很多生物有机体，比如树木、珊瑚、浮游生物、动物等等，对不同的气候有不同的 变化，分析这些资料，很多时候是化石资料，就可以重建这些生物体的生长过程信息。比如树木年轮的宽度，密度就可以来推断当时的温度变化等等信息。不过使用 代用资料的时候需要很谨慎，单一的某种代用资料往往不够全面充分，代表性不足，所以古气候研究很多时候需要使用多种代用资料进行交叉检验，尽可能更全面地 分析问题，也可以了解不同资料的可靠程度和处理方法。不过无论人们怎么努力，古气候研究所使用的资料无论从空间分布上还是时间跨度上都是非常有限的，要使 用这些分析结果进行局部的甚至全球的气候分析，就需要在样品的空间时间季节分布等等方面特别小心。 虽然很早就有人通过各种资料对古代气候进行分析描述，古气候学真正起步是从1970年代开始的。早期的研究集中在冰河时期的研究上，揭示了小冰川期和中世 纪暖期的存在。1980年代特别是1990年代以后，古气候学的研究进步迅速，已经可以对很多问题进行更加严格系统地分析，不过整体上来讲，这个学科仍然 处于发展之中。 4亿年来的气候变化 上图最上面一个是重建的4亿年来的资料。从顶端伸下来的蓝色柱子，代表不同历史时期陆地冰川覆盖的纬度范围，这里面能看到两次大的冰川覆盖，一次在3亿年 前左右，冰川覆盖到30度，然后就是比较近的时期，冰川曾经达到40度。在两个冰期之间，就是无冰期。显然有冰川的时候气温低，没有冰川的时候气温高。下 面的几条线是重建的大气中二氧化碳的浓度，不同的颜色是不同的研究者的结论，这里面可以看出来不同的估计之间的差距是很大的，说明数据的不确定性非常高。 不过还是有共同规律的，可以看到在陆地没有冰川的时候大气的二氧化碳浓度高，最高的估计值超过了4000ppm，是目前大气中二氧化碳浓度的10倍多，而 在陆地上有冰川，也就是平均温度比较低的时候，大气中的二氧化碳浓度就比较低，从图上粗略来看，基本上都在1000ppm以下，甚至在500ppm以下。 看起来气温大气二氧化碳含量应该是有联系的。 中间的图的黑色数据是通过对深海底有孔虫沉积进行采样分析得到的6500万年以来的O18含量纪录。在海洋不结冰的时候，O18的含量与深层海水温度有直 接关系，图中的红线表示的是这个情况，可以看出这个时期深海海水温度很高，最热的时候竟然超过了12摄氏度。在大约3300万年前海洋开始结冰以 后，O18的含量变化就与南北极的冰面面积有关。图中的蓝色横条显示了冰面的情况，从上到下分别是南极东部冰原、南极西部冰原、北半球冰原。虚线的地方是 临时性冰面或者冰面面积比目前的冰面小的时期，实线的部分是冰面面积和现代的冰面面积相当或者更大的时期。 下面的图是6500万年以来的大气二氧化碳纪录。不同颜色的数据是不同研究者得到的不同结果，一个个长条实际上是一个个数据，长条的范围表示误差，可以看 出估计的误差还是非常大。这一阶段对于样本时间的估计误差也是惊人的，经过人们多年的努力，对时间的估计的误差仍然在100万年左右。这里面引起较多人兴 趣的是在300-330万年的这个阶段。一般认为这个时候地球的温度比工业化前要温暖2-3摄氏度，这个幅度基本上是很多模型预计的21世纪中后期的地球 升温幅度。由于那个时候现代人还没有出现，所以这个时期应该可以反映在没有人类干扰的情况下，这个温度状态下的自然平衡。300万年在地质上相距现在的时 间并不算遥远，大陆、海洋的位置、植被等等情况都与人类工业化以前的地球比较接近，所以有很重要的参考价值。目前估计这个时期的大气二氧化碳浓度在 360-400ppm之间，海平面比目前要高出15-25米，冰面的面积比现在也要小很多，陆地旱情也要比现在缓解不少。此外还发现了极地温度升高幅度很 大，而热带地区温度与现在差别不明显。当然，因为信息并不完整，这些结论也许与使用的数据重建方法的可靠性有关。 65万年来的气候资料重建 研究几十万年以内的气候，冰芯是最好的手段。冰芯里面直接封存了气体，这样就可以直接测量相应时间段的大气中的各种气体含量，特别是二氧化碳、甲烷和氧化 亚氮这三种温室气体；测量氢的同位素氘可以了解当地气温的变化情况，测量氧的同位素O18可以了解全球冰的总量的变化情况，要注意后两个都是代用资料。上 图是65万年来的这些数据。灰色带是温暖的间冰期，其他的时间就是冰期。右上角的数字是2000年时候的大气温室气体含量。这里面相对比较充分的研究是 43万年以来的变化。可以看到43万年来，有一个大约10万年的冰期-间冰期周期，当然每个冰期都不大相同，间冰期的长度也各不一样，大约从1万年到3万 年。共同的特点就是间冰期的时候，南极大气中的二氧化碳和甲烷的含量就高；冰期的时候，南极大气中二氧化碳和甲烷的含量就低，两者看起来似乎有什么关系。 需要注意追溯65万年来的大气二氧化碳浓度数据，最高值也比目前要低上不少。冰期和间冰期的变化应该是受到地球辐射强迫的变化的影响，地球的能量平衡发生 变化，气候就会有相应的变化。在过去的300万年里面，地球有规律的冰期间冰期的变化这个现象，有很强的证据证明与地球围绕太阳轨道的长周期运动有关，也 就是下图显示的米兰科维奇周期。 米兰科维奇周期 到目前为止的最后一次冰期，或者叫末次冰期，开始于11万6千年前，一直持续到2万1千年前，已经有证据证明冰期的发生和结束都与地球的轨道运动有关，有 个专门名词描述轨道运动变化而导致的能量变化，叫做轨道强迫。轨道强迫发生之后，地球的化学和物理变化对这个强迫进行反馈，放大了这个轨道强迫的效应。使 用轨道强迫的概念对末次冰期进行模拟，基本上可以重建温度和降水形态变化的特征。轨道强迫模型还可以模拟6000年前的中纬度变暖以及增强的季风等变化， 模拟当时的温度变化幅度。也就是因为目前对轨道强迫的理解，研究者认为目前的间冰期应该至少持续上万年的时间，甚至认为促发11万6千年前冰期发生的北半 球夏季极冷现象可能还需要3万年才会再次发生。末次冰期前的就叫做末次间冰期，时间是从11万6千年前到13万年前。冰芯资料显示这个时候在格陵兰顶峰地 区仍然被冰覆盖，但是格陵兰岛南部的一些冰原面积在减少。冰芯资料还显示当时极地平均温度要比20世纪的极地温度高出3-5摄氏度。高温造成的北半球大量 的冰盖融化可能造成了高达4米的海平面升高，南极冰盖也有可能为海平面升高做出贡献。下图是重建的12万5千年前到13万年前北极夏季地表温度与现在的差 别（左），以及格陵兰和西北极海冰的最小冰层厚度与范围分布（右）。 末次间冰期 在末次间冰期间，有证据发生了多次气候突变。气候突变一般被定义为在30年以内发生的大规模的气候变化，在这个相对短的时间内，陆地生物、冰川、海洋都有 巨大变化。最大的突变曾经导致格陵兰的温度在几十年内升高8-16摄氏度，然后再花数百年的时间慢慢降温；还观察到北大西洋的冰山曾经大量流出，海表盐度 曾经突然降低等等。目前的认识表明，当超过关键的阈值的时候，海洋环流变得不稳定，并会发生快速变化。这些变化或许与南北半球之间的热量重新分配有关系， 但是与全球平均温度的大的变化并没有什么联系。两个关于气候变化的电影后天和2012都是基于这种突变的气候模型，不过目前还没有任何迹象说明突变有可能 在可以预期的将来发生，所以并不需要过分担心。下图是末次冰期结束时候一些指标的突变情况，大多是各种气候指标的代用资料。可以看到这些指标的一致性，以 及观察到的一些突变。 末次冰期结束时的气候突变
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IPCC说了什么？（十一）海洋变化与全球变暖
songshuhui 2010-12-21 20:31
橡树村 发表于 2010-12-19 10:28 讲气候变化，海平面上升是很吸引眼球的新闻。其实大海并不是一个平面，海洋不同地方的海平面高度并不都是相同的，不同的大洋之间的海洋高度能相差不少。人 类关心的，观测到的，实际上是沿岸的海平面。影响沿岸海平面变化的因素非常多，比如潮汐、天气，比如气候变化，还有陆地本身的上升、下降等等，当然不同的 因素有不同的时间尺度。 人类对沿岸海平面变化的观测很早，当然早期资料的代表性普遍不足。地中海的的资料比较好一些，观测到从公元1世纪到1900年的漫长时间里面，地中海的海 平面变化幅度没有超过正负25厘米，或者说基本上是稳定的；这期间地中海的海平面升降的变化速率，基本上都在每年0到2毫米之间。进入近代以后，19世纪 后半期，世界各大洋面都有了观潮仪，这样就有了对所有大洋洋面高度的监测数据。这些历史数据里面能发现明显的海平面加速上升的趋势，但是数据还不足以作定 量分析。全面系统的观潮仪的数据记录是从1961年开始的，观察到1961年到2003年间，全球海平面上升的平均速度是每年1.8+-0.5毫米，这期 间海平面并不是一个单纯的升高，而是有的年头升高，有的年头降低。更加全面的海平面数据是从1993年卫星进行测量开始的，理论上卫星观测可以得到最直接 的海平面观测数据。卫星观测到1993年到2003年间，全球海平面上升速度是每年3.1+-0.7毫米，速度明显比此前加快。但是这个加快仅仅是短期变 化，还是有长期趋势，目前还不好下结论。从观潮仪的记录来看，1993年到2003年的海平面上升速度在1950年代以后就曾经发生过，并不具有唯一性。 三个不同方法重建/观测的海平面数据：红色为从1870年开始的部分观潮仪数据； 蓝色为1961年开始的全面观潮仪数据；黑色为1993年开始的卫星数据 和很多气候问题一样，尽管全球海平面呈现了整体的升高趋势，但是各个大洋的海平面变化各有不同。观察到从1992年以来，最大的海平面上升发生在太平洋西 部和印度洋东部，整个大西洋的海平面除了北大西洋部分地区外基本上在上升，但是在太平洋东部部分地区和印度洋西部，海平面实际上在下降。有兴趣的可以关注 一下几个嚷嚷得很厉害的小岛国的位置，看看对他们来讲，问题究竟是不是真的存在，是不是真得很迫切。不同的岛国，情况还是很不同的。 a) 1993-2003年卫星观测到的不同海域的海平面线性变化趋势 b) 1993-2003年不同海域因为热膨胀导致的海平面变化线性趋势 有两个主要因素导致海平面变化，一个是陆地上冰川的消融导致海洋的总水量变化，另一个则是海洋自身的热胀冷缩导致海洋的体积发生变化。按照目前的分析水 平，从1961年到2003年，陆地冰川消融导致了海平面上升速度是每年0.7+-0.5毫米，在1993年到2003年间，导致的海平面上升是每年 1.2+-0.4毫米，都不到观察到的海平面实际上升数值的一半。热膨胀呢？目前计算得到的结果，是1961年到2003年间，因为热膨胀导致的海平面上 升是每年0.42+-0.12毫米，从1993年到2003年，是每年1.6+-0.5毫米。陆冰消融与海水热膨胀两个因素加在一起，这两个不同时间尺度 的海平面上升分别是每年1.1+-0.5毫米与每年2.8+-0.7毫米。后者可以说与实际观测的每年3.1+-0.7毫米已经基本上吻合，算是AR4期 间这个领域的一个重大研究成果，但是前者与观测到的每年1.8+-0.5毫米还有差距。1993年以后的分析数据与观测数据基本吻合，说明人们在相关问题 的观测水平和分析水平方面已经比较可靠，认识基本充分；对于1993年以前的数据，由于相关测量数据仍然较少，观测不够全面而导致很多区域的数据缺失，可 能是导致分析误差的重要原因。 a) 1955-2003年观潮仪记录到的不同海域的海平面线性变化趋势 b) 1955-2003年不同海域因为热膨胀导致的海平面变化线性趋势 讲到海水的热膨胀，就需要讲海水的温度分布。已经观测到了从1955年以来，海水整体上在升温。不仅仅是前面讲过的0到5米深度的表层海水在升温，实际上 整个海水都在升温。由于海洋的热容量要比大气大出差不多1000倍，所以海洋对热量的吸收能力远远超过地表上的其他因素。实际上由于海洋内能在地表内能里 面所占的比例太大，对海洋内能的观测，几乎就是对全球气候系统内能的观测。下图就是子系统的内能变化估计，蓝色是1961到2003年期间的变化，紫色是 1993到2003年间的变化，可以对各个不同子系统在全球气候系统内能中所占的比例有个直观认识。 不同地表系统在1961-2003（蓝色）和1993-2003（紫色）期间的内能变化情况 从上到下分别为海洋、陆地冰川和冰盖、格陵兰冰原、南极冰原、大陆、大气、北极海冰、总和 海洋内能的计算是根据大量的测量数据，通过计算方法对不同历史时期的海洋温度分布进行重建以后得到的。海洋的观测数据来源很广泛，但是不同的数据来源之间 数据质量有很大差别，这就给数据处理带来了很大的难度。人类对海洋的观测的覆盖面也有限，实际上有一些区域的覆盖面积明显不足。这两个主要原因都会对结果 产生不小影响。即使使用同样的数据，不同的研究者使用的构建方法不同，结果也有差别。下面图里面是三个不同研究的结果，应该说三者吻合得还说得过去。综合 一下，从1993年到2003年，0到700米海洋层的内能变化，是0.5+-0.18W/m2（该单位平均到整个地球表面，不仅是洋面），而从1961 年到2003年间，0到3000米海洋层已经吸收了14.1 X 10^22焦耳的能量，相当的平均加热速度是0.2W/m2，0到700米海洋层这期间吸收能量8 X 10^22焦耳，相当于平均升温0.1摄氏度，或者折合平均加热速度0.14+-0.04W/m2。这里面可以看出1993年到2003年期间的变暖速率 比1961年到2003年间的长期趋势要高，但是需要指出这并不是再说每年海洋温度都在升高，一些年份海洋也会冷却的，比如2004年和2005年与 2003年相比海洋都有冷却迹象。 0-700米深度海洋层的内能变化 不同颜色为不同研究者的结果 虽然全球海洋观察到了变暖的趋势，但是具体到局部地区，各地的情况都很不同。大西洋的变暖趋势最为明显，在北纬45度以南的海域，整个大西洋基本上在变 暖，由于北大西洋可以发生深翻转环流，所以观察到的大西洋洋盆变暖的深度也要比太平洋、印度洋要深。印度洋除了赤道附近基本上都在变暖。太平洋北部有明显 的冷却，在赤道附近，太平洋西部变暖，东部降温。 1955-2003年不同海洋区域0-700米海洋层内能线性变化 线间距为0.25W/m2，红色为增加，蓝色为减少 1955-2003年三大洋及平均不同纬度、深度温度变化线性趋势 红色为升温，蓝色为降温，细实线间距为每十年0.1摄氏度。粗实线为0 大量陆地冰川的融水进入海洋，不仅会提升海平面，还会改变海水的盐度。实际情况要更加复杂一些，不仅仅冰川融化会影响海水盐度，降水、蒸发、河流流量等等 都会影响海水盐度。全球海水的盐度变化数据还不够充分，不过已经可以给出主要大洋的盐度变化情况。能看出总的趋势是在淡化，但是还不足以进行令人满意的定 量分析。下图显示了1955到1998年间各大洋500米以内海水层的盐度变化情况。可以看出在大西洋南纬15度与北纬42度之间盐度在增加，再向北到北 纬72度，盐度在降低。再向北的数据可靠性不足，还不能下结论。其他两个大洋，太平洋盐度在降低，印度洋海水盐度在增加。由于融化的陆地冰川集中在高纬度 地区，所以高纬度地区的盐度降低应该与这些冰川消融有关系，但是这个现象更多的可能与这些地区降水量增加有关系。而盐度增高的地区，很多都是蒸发性高的地 区，这就与地球的水循环变化达成了一致。目前的大气中水分的模型中，水分从低纬度被输送到高纬度地区，从大西洋输送到太平洋，与这些地区盐度的变化相符 合。 1955-1998年三大洋及平均不同纬度深度盐度变化线性趋势 红色为增加，蓝色为减少，细实线间隔为每十年0.01psu。粗实线为0 温度盐度之外，海水还有很多指标在发生变化，特别是二氧化碳有关的变化。人类活动排放的二氧化碳有很大一部分被海洋吸收，这些多出来的二氧化碳就会对海水 造成一些影响。二氧化碳是弱酸，这样，海洋中增加的二氧化碳就可能导致pH值降低。有研究比较了1750年与1994年之间的数据，发现全球浅层海水pH 值平均下降了0.1，其中在热带和亚热带地区下降了0.06，在高纬度地区下降了0.12，与海洋从高纬度吸入二氧化碳，在低纬度呼出二氧化碳这样的机制 相符合。由于海水的pH值在7.9到8.3之间，pH值降低之后的海水仍然呈弱碱性。对海水pH值直接的观测也进行了20年，已经发现了速度为每十年 0.02个pH值的下降趋势。海洋的pH值是很重要的，酸化的海水会影响依赖海水中的碳酸钙的海洋生物比如贝壳和珊瑚的生长，会影响海底的沉积，海水表面 pH值的下降还可以导致海洋吸收二氧化碳的能力减弱。 三个不同测量系列的二氧化碳浓度（左）与pH值（右）的变化情况 蓝色：欧洲系列；绿色：夏威夷系列；红色：百慕大系列 1750-1994年不同区域海洋对人类排放的二氧化碳的吸收 到这里，已经介绍了目前已经观察到的各种大气、冰雪圈以及海洋等方面的变化，很多变量都得出了变化趋势，一些可以得出来变化速率等等。那么这些通过不同的 测量手段和工具所得到的不同的气候现象的变化，之间是否有关系呢？在这些变化里面，是否有什么更加普遍规律呢？这些变化之间，按照我们目前对气候的理解， 是否存在矛盾？ 陆地海洋平均温度比较 上图是不同研究者独立得到的地表气温变化趋势、浅层海水温度变化趋势，以及全球夜间海洋温度变化趋势。图上蓝色的线是浅层海水平均温度，从1850年开 始；绿色的线是海洋上空夜间平均温度，从1856年开始；红色的是陆地平均温度，从1850年开始。具体的数值以三组数字1961年到1990年的平均值 为零点。里面的小图，显示的是相同历史时期陆地表面温度异常与海洋表面温度异常的差值。三条曲线虽然各自不同，但是基本上展现了很好的温度变化趋势，包括 19世纪后半期的温度有波动但是相对稳定，从1915年到1945年的全球温度上升，1940到1970年代的全球温度略有下降，以及1979年以后的明 显加快速度的温度升高。在2000至2005年，三个温度都已经明显高出1961-1990年平均值0.4-0.6度，这个升温信号是非常强烈的。仔细考 察这些数据，还可以发现陆地温度的年际变化要比海洋温度的年际变化要大，而1979年以来陆地温度的上升趋势也要快于海洋的温度上升趋势，表现在陆地温度 异常与海洋浅层温度异常的差值已经在增大。这个现象，与海洋的热容量要远远大于陆地的热容量，所以热惯性要大很多，变化迟缓的一般理解是一致的。 冷夜和暖夜出现概率的变化情况 如果全球的平均气温升高，那么具体到每一天的情况，高温的天数就应该增多，低温的天数就应该减少。虽然气候变化复杂，年际变率和地区差异很大，但是全球综 合下来，这样的规律应该是有的。上图显示了分布在全球的202个历史数据比较齐全（超过80%）的站点从1901年到2003年之间对夜晚温度异常的统计 结果。左边这个图，横坐标是夜晚温度出现在最冷的10%的年数比例，显示的是冷夜的情况，右边的图，横坐标是夜晚温度出现在最暖的10%的年数比例，显示 的是暖夜的情况。纵坐标是概率。黑线是1901年到1950年的统计情况，兰线是1951年到1978年的统计情况，橙线代表1979年到2005年。可 以看到对于冷夜的比例，橙线最少，其次是蓝线，最多的是黑线，对于暖夜的比例，橙线最多，蓝线其次，最少的是黑线。不过蓝线和黑线相差不多，而橙线与两者 有较明显的区别。这就是说的确随着全球平均气温的变暖，冷夜的数量在减少，暖夜的数量在增加。更系统的研究认为从1946年起，全球陆地74%的地区冷夜 数量在下降，73%的地区暖夜数量在上升。与此同时，中纬度地区的霜日数量减少也是这一情况的合理反应。 地表以及不同高度大气层的气温变化趋势 高空的气温变化也应该与地表的气温变化相符合。上图是不同高度大气从1950年代以来的温度异常情况，由于早期数据不充分，这里面1979年以后的数据更 加可靠。从上到下，分别是平流层底部，对流层中高层，对流层底部，以及地表的四个气温变化趋势。这里面可以看出来对流层的变暖趋势与地表气温的变化趋势是 基本一致的，只不过温升幅度可能更大一些。气温升高还导致对流层顶的高度更高，这也与观测到的现象相符合。大气气温增加的趋势，与观测到的温室气体总量的 增加，平流层臭氧耗减的变化规律也都是一致的。 南北半球海冰面积变化情况 气温升高也应该带来冰雪圈的退缩。冰雪圈的数据比较多，这里不一一列举。可以肯定地说雪盖、积雪厚度、山地冰川的深度和范围、北冰洋害病范围、常年冻土层 的厚度和温度、季节性冻土的范围、江河湖泊冰期的变化趋势等等，都有气温的变化相符合。上图是1979年以来南北半球平均海冰范围的变化趋势，南半球海冰 （下图）变化不大，可能略有增加，而北半球海冰（上图）长期下降趋势非常明显。 水汽与温度之间的关系也是合理的。气温升高大气中的水含量就应该升高，这一点，已经观测到了大气中水含量的增高，包括对流层上层水汽的增加，全球平均的数 据也显示了一个大气越来越潮湿的长期趋势。比湿，或者说大气中的水含量在全球变暖后出现上升，随着水汽含量上升，强降水事件的数量会广泛增加，很多陆地上 的洪水可能性就会增加，包括在降水总量减少的地区也有这样的趋势。独立观测的海洋盐度变化也支持地球水分循环的变化情况，通过对盐度变化的观察，已经发现 有越来越多的淡水从海洋转移到更低纬度的大气中去，符合变暖情况下的大气水汽运动模型。 全球干旱分布及变化趋势 大气水含量增加的同时，全球干旱面积在扩大，干旱的持续时间在延长，旱情强度在增加。气温升高导致地表水分的蒸发不断增加，导致大气中的水汽含量增加，这 样就有了增加降水的趋势。但是，在地表水份本身有限的区域，在降水不充足的时候，陆地温度升高导致的挥发量增加会导致干旱。积雪场、积雪、大气环流形势以 及风暴路径的变化会对季节性的降水造成影响，从而导致一些地区的干旱。特别在低纬度地区，浅层海水温度的变化、大气环流和降水的变化已经扩大了干旱的区 域。上图是使用帕玛干旱指数衡量的全球干旱情况以及历史变化情况。上部分是世界各个区域1900年到2002年间的干旱指数，下部分是1900年以来干旱 指数的变化情况，红色和橙色表示更加干旱的区域，蓝色和绿色表示变湿的区域，黑色实线是十年平均。在1970年代以来，热带和亚热带地区的干旱已经扩大。 在澳大利亚和欧洲出现的伴随干旱的高温和热浪，可能与这个趋势也有关系。 还有很多可以互相印证互相证实的独立现象，在人类目前对气候的理解下，都是一致的。这些现象都说明了一个问题：地球的确正在变暖。
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IPCC说了什么？（十）降水和冰雪圈
songshuhui 2010-12-6 00:19
科学松鼠会 发表于 2010-12-02 09:31 作者：橡树村 气温变化最直接的影响就是水了。温度升高呢，就会有更多的水挥发进入大气，这样就会吸收一部分热量，影响地表的能量平衡。地表可以提供的能量是有限的，一旦有更多的能量用于水的挥发，用于其它的，比如热传导的能量比例就会降低。不仅如此，大气可以容纳水的能力和气温也是密切相关的。温度升高后，大气就可以容纳更多的水，这个幅度，在一般的地表温度范围内，是每升高1摄氏度大气可以多容纳7%的水。大气里面的水的含量改变了，就会影响降雨，比如影响降雨的频率、数量、强度、时间、类型等等，甚至会出现一些极端的降雨异常。目前的认识认为，大气里面的水含量增加以后会导致更强的降雨，但是也减弱了降雨的时间或者频率，这样的结果是总降水量变化不大。实际上气温对于降水量的直接影响要小于来自气溶胶的影响。由于气溶胶的影响都发生在局部地区，所以对于水循环的影响很难研究，目前还不清楚。 全球年度陆地降水异常变化趋势 降水的测量是一个大麻烦。虽然现在气象站都可以进行降水的测量，但是降水的实时测量受到的干扰因素还是很多的。目前的远距离测量技术应用起来也有很多限制。更加复杂的是，人类的直接观测一般都是在陆地上进行的，占地球表面大多数的海洋却无法对降水进行直接测量。基于这些困难，关于全球降水情况的研究，就需要结合多方面因素，直接、间接的方法都要使用，比如直接测量，远程测量，干旱记载，挥发度测量，土壤含量，河流流量，大气湿度，等等，来建立对整个地球降水情况的完整认识。 全球各区域1901-2005年年度降水变化趋势 陆地上的历史降水情况，目前有几个数据库，不过这些不同数据库之间的差异也是不小的，所给出的变化趋势基本上没有统计学意义。基本上可以说，至少人们还没有观察到明显的全球降水变化的趋势。尽管如此，一些局部地区的降水变化还是有一些变化趋势的。上图描述的就是1901年到2005年之间和1979到 2005年间各个区域的降水变化情况，各个不同的地区还是很不同的，看起来降水增多的地方要多于降水减少的地方，但是数据不全的地方似乎更多。下图列出了一些具体地区的降水变化情况，有兴趣的可以自己好好看。 一些地区的年度降水变化趋势 目前对海洋的降水情况测量一般使用的是微波或者红外，或者两者结合的远程测量手段。在海岛上也有一些地面观测站也提供一些直接数据。目前有几个数据库包含了海洋降水的情况，不过这些数据之间的差异很大，个别地方能够达到10-15%，给研究带来了不小困难，所以下结论也需要非常慎重。目前能够相对肯定的，是在南北纬25度之间，1980-2005年间，海洋有一个4%的降水增加，与此同时同纬度带还观察到了陆地地区的2%的降水降低。北半球中纬度的海洋和陆地降水都略有下降。在1960-1974年，以及1975-1989年，北大西洋的降水有过增加。不过由于海洋的降水受到厄尔尼诺现象的影响巨大，所以这些趋势，还都不这么肯定。 大气水汽变化 a) 1988-2004年可降水现行趋势（%/10年） b) 全球海洋区域平均的距平时间序列及相应的线性趋势 c) 全球平均（南北纬80度间）的对流层上层水汽辐射与卫星亮温距平 降水很难观测，但是大气中的水汽含量的测量就要好一些了。观测表明自1976年以来，陆地和海洋表面的比湿，也就是水汽在大气中的绝对含量都在普遍增加。 AR4采用的数据是从1988年到2004年全球海洋上空整层水汽以每十年1.2+-0.3%的速度增长。对流层中上层的水汽情况也已经有了监测，水汽比湿增加的趋势可以肯定，但是定量分析还有困难。云量的变化对于降水的影响最大，详细情况还需要进一步研究。云量增加会减少地面所接受到的太阳辐射。这方面，也已经有了连续的观察数据，但是目前观测站点仍然很少，分布也有问题，此外太阳辐射受到气溶胶的影响更大一些。不过在热带地区，观察到的大气辐射增加可能与热带地区上层云量减少有关。 上：年降水量变化趋势，1951-2003年湿日降水量占年降水量的百分比的变化趋势 下：全球年距平值 抵达地表的能量变化、降水的变化，会直接影响土壤的水含量。历史上关于土壤水含量的纪录也有一些，不过时间都不长。最长的纪录是乌克兰连续45年的土壤湿度纪录，在这组数据里面，土壤的湿度在前半期有明显上升。对土壤湿度进行监测的600个站点的纪录，也显示了一个长期的土壤湿度增加的趋势，这些地区包括苏联、中国、蒙古、印度和美国。不过在全球尺度上来考察这个问题，这些监测站点覆盖的范围明显不足，研究干旱就只能使用替代方法。最普遍应用的叫做帕玛干旱严重指数PDSI。这个指数只考虑了降水量、温度和当地的水资源情况来评价土壤的湿度。这个指数不是最好的，但是却是最方便的，因为所需要的数据非常普遍的存在，可以在全球尺度来进行比较。使用PDSI甚至可以对历史的数据进行重建。应用PDSI，研究者发现北半球陆地从1950年代开始土壤有干旱趋势，广泛分布在欧亚大陆、北非、加拿大和阿拉斯加。在南半球，1960年代和1990年代土壤比较湿润，1970年代则比较干燥。虽然1901-2004 年的降水量有一个不明显的增加趋势，但是，最近几十年的降雨减少使得土壤向干旱方向变化，可能最近二三十年的气温升高也对土壤干燥有影响，有一个研究表明，从1970年代以来，非常干的地区的面积增加了一倍多，但是具体的变化幅度取决于使用的数据模型。 观测到的极端天气现象也可能有增加趋势。这里面有一些麻烦，虽然气候变化对于极端天气事件应该产生影响，但是究竟这些极端天气现象是否在增多还真是一个问题。随着科技的发展，人们可以监测到原来监测不到的极端天气现象，听到更多的极端天气现象，极端天气现象导致的自然灾害也都是新闻的头条，给人一种极端天气现象越来越多的感觉，但是这些现象究竟是不是在增加，还是需要科学分析的。由于历史纪录缺乏，可以用于分析的现象也就不多，越罕见的天气现象，进行比较的难度也就越大。目前可以肯定的，是从1950年代以来，陆地强降水事件的发生次数可能在增加，包括一些总降水量在减少的区域，也可能有这个趋势，不过只有很少数地区有充分的资料来对这个猜测进行支持。在海洋上，从1970年代以来北大西洋的强热带气旋活动在增加，被认为与热带海表温度上升有直接关系，其它区域也有类似的现象。不过每年的热带气旋个数并没有明显的变化趋势，但是热带气旋的生命史在变长，强度在增加。厄尔尼诺现象对热带气旋的数量和风暴路径有重要影响。不过需要一提的是，1995年到2005年间，北大西洋飓风数有9年高于1981年到2000年的平均状况。 同时受到气温和降水影响的，就是冰雪圈。在陆地上，常年被冰雪覆盖的地方面积达到了10%，当然，绝大多数都位于人迹罕至的南极和格陵兰。另外在海洋，冰覆盖大约7%的洋面。在北半球冬季，冰雪覆盖的面积可以达到陆地表面积的49%。冰和雪在气候模型里面也非常重要，一方面冰雪的多少与气温和降水量有直接关系，另一方面冰雪本身对于太阳辐射有很高的反照率。实际上地表对太阳辐射的反照有90%就是冰雪贡献的。另外一个需要提的是冻土。冻土的面积比积雪范围更广，而冻土的存在可以改变地表与大气之间能量和湿度的交换，也是气候过程中的一个重要因素。所以这些积雪、河流和湖泊的结冰、冰川、冰盖、冰架、冰原、冻土等等，就被归结到了一起研究，称为冰雪圈。陆地上的冰雪圈储存了全世界75%的淡水资源，很多地方的灌溉都依赖冰雪圈消融所提供的淡水资源，对于其他地区的影响巨大。此外，格陵兰和南极的冰原储存的淡水，如果完全进入海洋，有能力把海平面提高7米和57米，所以这两个庞然大物的变化也会对海洋产生巨大影响。 冰雪圈示意图 人们对积雪的观测非常早，但是早期的代表性系统性都很不足。1950年开始，北美和欧洲开始观测山区的积雪深度并计算雪水当量，就是这些积雪相当于多少水。积雪也是人类使用卫星对环境观察得到的最早信息之一，从1966年开始，已经有了数据库。对南半球的观测从2000年才开始。这方面的观察有很多局限，比如卫星照片只能分析覆盖面积，不能测量积雪深度以及雪水当量，受云的影响很大，夜晚也无法测量，所以从1978年开始，研究者使用微波技术通过卫星来对积雪进行测量，微波可以穿透云雾，不在乎日光，不过这方面不同的技术和处理方法带来的差距还是有一些的，这方面的技术也在进步中。 观测结果已经有了。北半球1996-2004年的积雪面积是平均2390万平方公里，不包括格陵兰。分季节来考虑的话，不同年份间秋季积雪面积的变化绝对值最大，夏季积雪面积变化的相对比例最大，冬季的积雪面积反而相对稳定。在10月份，积雪面积的标准偏差可以达到270万平方公里。基本上可以说，从 1920年代开始，至少从1970年代开始，北半球春夏两季的积雪面积在减少，在冬季这个趋势并不明显。下图是北半球三四月份的积雪统计情况，可以看到从 1922年到2005年，有大约7.5+-3.5%的积雪面积减少，相应的面积是270+-150万平方公里。积雪显然与温度变化和降水量有明显关系，特别是温度，决定降水是雨还是雪，决定什么时候积雪融化。这方面，有人研究了北纬40-60度之间的气温和积雪情况，发现在春季两者之间有很明显的关系。 北半球三四月份积雪面积变化情况 具体一些，在北美，从1915年到2004年冬季积雪在上升，不过在20世纪后半期能观察到明显的下降，主要也是发生在春季，特别是北美西部海拔较低较暖的山地积雪下降明显，从1960年代开始，阿拉斯加的积雪消融已经提前了8天。欧亚大陆的变化要复杂一些，阿尔卑斯山瑞士地区低海拔地区的积雪减少比较明显，其他个别地区也有积雪增加。欧洲中部地区，雪期差不多每年缩短1天。一些地方发现了雪期缩短但是积雪深度增加，比如芬兰，1970年代开始的青藏高原，1936-1995年间的前苏联；有研究说中国西部自1957年以来积雪和深度都没有明显变化。南半球在南极之外的冰雪覆盖面积很小，资料也匮乏，使用一些代用资料进行补充，一般发现在过去40年里面可能没有变化，或者略有减少，比如澳大利亚东南部山地积雪厚底在降低，安第斯山区积雪变化还不清楚，一些其他资料显示有可能雪线已经开始上升。 北半球三四月份积雪分布比较，1967-1987年平均对比1988-2004年平均，数字为百分比 冻土层的变化就明显多了。从1980年代以来，多年冻土层顶部温度已经上升了3摄氏度，在加拿大北冰洋地区、西伯利亚、青藏高原和欧洲都有不同程度的冻土层变暖。多年冻土层的底部开始融化，速度也不等，在阿拉斯加速度在每年0.04米，青藏高原大约在每年0.02米。多年冻土条件的变化影响范围很广，会影响江河径流、供水、碳交换和景观的稳定性，对于建立在冻土上的基础设施也会造成损害。在20世纪后半期，观察到了北半球季节性冻土覆盖的最大面积减少是 7%，春季减少达到15%，欧亚地区的最大深度减少了0.3米，1956年至1990年，北冰洋俄罗斯地区季节性融化最大深度增加了0.2米。 俄罗斯1956至1990年冻土层的变化情况 上图为211个监测站的分布，中图为活跃层的厚度变化趋势，下图为季节冻土层厚度变化趋势 人类很早就注意到了河流和冰面的封冻情况，这方面的历史资料不少，不过处理起来也需要注意，因为这些观察往往不全面，定义也不完全一致，受其他因素影响也大，不过怎么说这也是人类关于冰雪圈时间最久的记载。冰封面积的历史纪录很长，平均起来，在过去的150年里面北半球河冰和湖冰的总体趋势是封冻期推迟，平均速度达到了每百年5.8+-1.9天，与此同时，解冻期也在提前，速度是每百年6.5+-1.4天，也就是说每百年河面湖面的冰冻期减少了差不多10 天。不过这个观测的空间变率很大，也不是所有地区都有这个规律，在一些地方，相反的趋势也是存在的。 海冰的记载就没有河冰湖冰这么方便了。对全球海冰情况的监测要等到卫星时代才算正式开始。这项工作从1970年代早期开始，使用不同的微波技术进行测量。可靠的卫星数据是从1978年开始的，从1978年到2005年，北冰洋年平均海冰面积以每十年2.7+-0.6%的速度在缩小，夏季的最小海冰面积缩小速度最快，达到了每十年7.4+-2.4%，其他辅助资料表明北冰洋夏季的海冰面积下降从1970年代初期就开始了。南极洲周围海冰的年际变率要大一些，趋势也不同。这里提醒一下海冰的增加消失对于海平面的变化没有直接关系，直接产生影响的是消融或者封冻的淡水会影响海水的盐度。目前还没有卫星技术可以来测量海冰的厚度，虽然已经有了一些观察，初步分析的结果说北冰洋海冰厚度从1980年代开始减少了1米，但是目前的数据还没有达到能就海冰厚度问题下结论的程度。 北半球（上）和南半球（下）年平均海平面积异常 北冰洋消失速度为每年3.3+-0.7万平方公里，相当于每十年2.7%，南大洋海冰增加速度为每年0.6+-1.0万平方公里 北半球夏季最小海冰面极的变化趋势，平均每年消失6+-2万平方公里，注意虽然长期趋势明显，但是年际变化也很明显 在南极和格陵兰之外的冰川、冰盖的总面积在51.2到54.6万平方公里之间，体积为5.1到13.3万立方公里，相当于海平面高度变化0.15到 0.37米。这些冰川、冰盖的变化，受气候影响非常大。在中高纬度，冰面的积累消融更多取决于大气温度，冬季冰冻，夏季消融；在喜马拉雅山脉，冰盖的累积和消融都是在夏季进行的。对于冰川变化的观察也有很悠久的纪录，最早的可以上溯到17世纪，下图列出了从18世纪以来169个冰川舌长度的变化情况，长期趋势还是很明显的。对于这些冰川和冰帽的物质损失的估算，是从1996年到2003年之间，每年0.5+-0.18毫米海平面当量，这里面，从1991年到2003年之间，损失速度达到了每年0.77+-0.22毫米海平面当量。不过总是有例外的，并不是所有的冰川冰盖都在消融，小的冰川冰盖受局部气候的影响很大，即使是一些冰川整体趋势在消融的地区，一些年份受到气候影响而增长也是经常观察到的。冰川冰盖虽然可能是气候变暖的最直观的证据，但是毕竟影响冰川冰盖的不仅仅是气温，降水量的影响对于一些冰川的影响也是非常大的。 169个冰川的冰川舌长度变化趋势 一些热带冰川大小相对1900年的变化 最后讲格陵兰和南极。格陵兰和南极都存在冰架，就是和大陆上的冰连接在一起，但是实际上位于海面上的那部分冰。这些冰并不是漂浮在海面上的，所以这些冰融化是可以对海平面高度造成影响的。已经观察到了在格陵兰岛、南极半岛和南极西部部分地区沿海地区冰架变薄或者丧失，这个过程与附近冰川和冰溪的运动有关，此外也受到海洋温度和大气温度的影响。不过还没有准确模型来进行模拟。关于格陵兰和南极的冰盖的观察也比较复杂，不同的技术工具，测量的有限性都导致了不同研究者之间的不小差异。观测到了冰川在加速将冰从内部排出，但是对于冰的积累数据还有很大争议。目前的估计是从1993年到2003年之间格陵兰冰盖的物质平衡为每年消失500到1000亿吨，造成全球海平面每年上升0.14到0.28毫米，但是对于更早期的数据，比如1961到2003年间，这个数据可能是每年扩大250亿吨到消失600亿吨之间，导致全球海平面每年下降0.07毫米至上升0.17毫米。对南极的估计，从1961年到2003年之间，质量平衡是每年扩大1000亿吨到缩小2000亿吨之间，相当于全球海平面下降-0.27到+0.56毫米，而1993年到2003年测量的结果，是每年扩大500亿吨到缩小2000亿吨之间，相当于全球海平面下降-0.14毫米到+0.55毫米。结论呢，只能说格陵兰冰盖的1993至2003年间地退缩是可能的，但是冰盖在更长的时间跨度上的变化还没有令人信服的结果。 格陵兰冰盖的高度变化 南极大陆冰盖的高度变化 上一篇： IPCC说了什么？（九） 全球变暖
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IPCC说了什么？（九） 全球变暖
songshuhui 2010-11-29 13:09
科学松鼠会 发表于 2010-11-29 09:23 作者：橡树村 人类对冷暖的定量测量时间并不算长，开始于18世纪初期，华氏度和摄氏度这两类温度的计量方法出现后。早期的测量站点很少，仪器也还比较原始，方法也有问题，也缺乏系统性，所以这些早期的数据并不能作为衡量气温变化的依据。可靠的系统性观察大约是从1850年开始的，不过在19世纪，测量站点的数量仍然很少，覆盖面也不大，很难说是全球范围的测量。真正意义上的全球陆地气温测量应该是1957年才开始的，这一年，南极终于有了系统测量温度的站点，这样所有大陆都有了温度测量覆盖。现在全球参与气温测量的站点有数千个，所有的陆地气温数据都汇总到一个数据库里面供研究者使用。不过数据有了，如何计算这个地球陆地平均温度，不同的研究者有不同的方法，结果还是有些差异的，不过相差并不多。下面这个图就是最主要的四个方法得到的全球陆地表面平均温度从1850年到2005年的变化趋势。 1850-2005年间全球陆地表面温度变化的趋势 地球上海洋的面积要大于陆地的面积，要了解整个地球表面的气温变化情况，绝对不能忽视海水温度的测量。对于浅层海洋温度的测量，早期只能依靠船只，方法是在船只底部拖挂一个装置来记录浅层海水的温度。现在，这个方法仍然是测量浅层海水温度的最直接可靠的方法，每年有数千只船在做自己事情的同时参与这项工作，结合现代精确的时间和位置信息，构成了浅层海水温度的数据库。地面站点也好，船只进行海水温度测量也好，毕竟都有地域局限性。1980年以后，卫星也加入了对地表温度和海水表层温度测量的行列，最终完成了对全球温度测量的覆盖。到这个时候，全球的表面气温数据才算是完善起来。 上：1979-2005年地球地表温度（左）和卫星观测的对流层温度（右）的线性趋势 下：全球平均气温及对应的线性拟和 上图中的下图显示的是综合了陆地和海洋的全球平均气温变化情况。从这个图可以看到，在19世纪后半期一直到1910年代，全球表面气温有上下 0.2-0.3摄氏度的波动，但是整体变化不大。很难说有什么趋势。这里面有几个点超出正常范围不少，有可能是实际存在的，也有可能是因为当时测量站点的覆盖面太低造成的。从1910年代开始，到1940年左右，全球温度有一个持续的上升过程，温升幅度达到了0.35摄氏度。最近的一次温升，就是从 1970年代开始，至少持续到2005年，温升幅度已经达到了0.55摄氏度。由于从1980年代开始全球测量温度的站点数量众多，连续性系统性都已经很完善，这一段数据的可靠性是很高的，或者说，观测到的从1970年代开始的这一次大幅度温升过程，是非常可靠、明显的。IPCC的报告里面一直在比较 100年气候变化的线性趋势。在TAR里面，比较的是1901年和2000年之间的变化，得到的趋势是0.6+-0.2摄氏度。AR4比较的是1906年和2005年之间的变化，得到的趋势就是0.74+-0.18摄氏度，能看到一个升温速度增加的趋势。如果拿1850年到1899年之间的平均数与 2001年到2005年之间的平均数进行比较，温度增加幅度是0.76+-0.19摄氏度。1950年代以来的变暖趋势是每10年温升 0.13+-0.03摄氏度，而1979年代以来温升速度达到了0.27+-0.07摄氏度。在全球范围内，不仅仅全球平均温度的变化有这个逐渐加快的趋势，陆地和海洋都可以观察到这个变化趋势。 几组浅层海水温度历史变化数据 地球表面的温度变化趋势有了，高空如何呢？高空的温度可以使用探空气球进行测量，这项活动开始于1950年代，不过这个测量方法比起地面站点来讲，可是昂贵麻烦了很多，所以覆盖面、数据频率，都有很大的问题，代表性不强。1979年卫星微波探空仪MSU的使用，使得监测对流层中上部分以及平流层温度成为可能。不过到现在为止，不同的卫星微波探空仪测量的不同的对流层温度趋势仍然存在差异。好在协调不同数据源的工作一直在进步，数据的可靠程度也越来越高，已经可以给出有一定可靠性的结果。这些测量的结果说，在对流层，也可以观察到一个每10年0.12-0.19摄氏度的变暖率。对于平流层，则观察到了一个每 10年0.3-0.6摄氏度的变冷，不过最近的十年变冷率在下降。由于数据相对少很多，对于平流层的变冷有可能高估了。 不同高度大气温度趋势 从上到下：平流层底部，对流层中上，对流层底部，地表 虽然全球平均温度变暖是一个基本上可以确定的事实，但是这不等于全球的所有地方都有相似的变暖幅度，甚至不能说全球所有的地方在所考察的时间短都在变暖。这是很多人能够产生误会的地方：全球变暖说的是全球平均温度的变暖，具体到某个地方，要看具体情况。从地区的角度来看，各地的平均气温是在怎样变化呢？ 全球不同区域平均气温变化趋势 上面这个图描述的是全球不同地区的年平均表面气温的变化趋势。左边的，是从1901年到2005年之间105年的变化情况，右边的，是从有全面精确记录以来的1979年到2005年27年时间的变化情况。灰色的区域是数据不足的地方。红颜色的格子，是温度升高的地方，颜色越深温度升高越多，蓝颜色的格子，是温度降低的地方，同样也是颜色越深温度降低越多，图里面有刻度。注意一下左边图上的单位是每百年的温度变化，右边图上的单位是每十年的温度变化。从百年尺度来看，降温的地方，最多的有降温达到1摄氏度的，升温的地方，最高的可以达到温升2摄氏度以上，不同区域的变化差异还是很大的。长期趋势和最近的趋势也不尽相同，一些长期趋势在降温的地方，最近三十年有逐渐升温的趋势，比如格陵兰岛东南部海域。反正很复杂，不能简单的用变暖来进行描述。不过可以说，在百年尺度上，全球大多数地区的变暖趋势都是很明显的。可以看出来在亚洲的内陆地区，北美的西北部地区，南半球的一些中纬度的海洋地区，巴西东南部，变暖的程度最显著。也有一些原本升温的地方出现了降温，比如在中国西南部，还有一些南半球的海洋地区。最近30年的情况，变暖仍然是主要的趋势，不过在南半球的一些海洋地区也可以观察到明显的降温。 更加复杂的是，不同季节的温度变化情况也是有差异的。下面这个图显示的是1979年到2005年间全球各个地区不同季节的平均温度变化情况。左上角是春季三、四、五三个月的变化情况，右上角夏季六、七、八月，左下角秋季九、十、十一月，右下角是冬季十二月到二月。这里面可以看出来北半球冬春两季的增温很明显，幅度也最大。也就是说区域的气候变化趋势与全球气候平均的变化趋势可以非常不同。不同的原因应该是大气环流、海气相互作用以及其他气候组成部分的变化造成的。这些跨越很大地理范围的大气、水汽输送发生了变化以后，对不同区域带来不同的影响，从而影响各个不同区域的局部气候，具体行为可以非常复杂。 全球各个区域1979-2005年不同季节的平均气温变化趋势 一些极端天气事件也与全球平均变暖的趋势一致。这方面观测到的结果，是中纬度地区的霜冻日大范围减少，极端暖日数增加，极端冷日数减少。从1951年到 2003年间，冷夜的数量在所观测的76%的陆地区域都有明显的下降。热浪的增多也是明显的，比如2003年夏天欧洲的热浪，夏季平均气温是1780年开始仪器测量以来最暖的一个，比之前最暖的1807年高出了1.4摄氏度。其他地区的资料也显示热浪的频率和持续时间也在加强。其他的一些小范围的极端天气事件，比如龙卷风，冰雹，闪电，沙尘暴等等，由于涉及到的范围很小，其究竟是否有变化还没有结论。 插一句报告里面没有提到的。这里面所说的是全球范围的平均温度变化，这个全球变暖，在近百年的时间尺度上，不过升高了不足1摄氏度，是一个需要十年以上的时间才可以观察到的全球范围的平均化的长期变化趋势。所以不要因为某个地方某个季节气温特别高或者特别低，就轻易肯定或者否定这个长期变化趋势。因为某个地区某个季节的冷暖变化而夸大或者否定全球变暖这个长期趋势的，讲的绝对不是科学。冬天冷的时候拿全球变暖当笑话，夏天热的时候又开始对全球变暖认真的，绝对不是严肃的认知态度。 上一篇： IPCC说了什么？（八） 火山的影响
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IPCC说了什么？（八） 火山的影响
songshuhui 2010-11-20 16:47
科学松鼠会 发表于 2010-11-19 03:01 作者：橡树村 影响地表能量平衡的自然因素里面，太阳辐射的变化是外来的因素，火山活动就是来自地球的内部因素。火山爆发是非常剧烈的地质运动，在火山喷发过程中，地壳破裂，地壳下面的各种气体、液体都释放出来，喷发本身还伴随着大量灰尘的释放，很是壮观，如果规模达到一定程度，就会对气候造成影响。 1991年皮纳图博火山喷发是20世纪最猛烈的一次火山喷发 由于火山喷发是相对罕见的事情，所以对于大多数火山喷发，至少是人类有史以来的火山喷发，火山喷发本身的能量释放，喷出来的岩浆对气候的影响等等就可以忽略。云次研究火山喷发对气候的影响主要研究的是火山喷发时候所释放的气体和灰尘。火山喷发可以带来不同的气体，一般来讲，最多的就是水蒸气，然后是二氧化碳和二氧化硫，其他的，硫化氢，氯化氢，氟化氢也是很常见的火山气体，另外还有一些更加复杂的化合物，不过量都很少了。喷发出来的水蒸气虽然最多，但是一方面水蒸气在大气中停留的时间只有十几天，影响时间短暂，另外一方面火山喷发出来的水蒸气与全球水循环相比基本上可以忽略，所以目前在研究火山对气候的变化的时候并不考虑喷发出来的水蒸气的影响。二氧化碳是重要的长寿命温室气体，总有一些人认为火山喷发的二氧化碳比人类活动所排放的二氧化碳多，实际上平均下来，火山喷发所带来的二氧化碳排放每年只有1.3-2.3亿吨，虽然也不是一个小数字，但是比起来人类目前每年排放的将近300亿吨二氧化碳来讲，在数值上低了两个数量级，也是可以忽略的。这样，考虑火山喷发对气候的影响，主要考虑的因素就是二氧化硫和火山灰。 火山喷发出来的气体可以高达16-32公里，可以进入平流层。这样，火山喷发出来的二氧化硫就直接进入了平流层。和对流层不同，平流层里面不同高度的气体交换非常缓慢，所以二氧化碳可以在某个高度停留较长时间。这样，在平流层里面的二氧化硫就有机会经过缓慢氧化，与平流层里面的羟基反应，形成硫酸，进而形成硫酸盐固体颗粒，也就是可以形成气溶胶。这个气溶胶会逐渐沉积抵达地面。这个过程也不是特别缓慢。描述这个过程的速度的，是一个叫做指数递减时间e- folding time的概念，说的是反应物浓度降低自然底数e=2.71828倍数所需要花费的时间。二氧化硫氧化形成硫酸和硫酸盐气溶胶的指数递减时间是35天，而硫酸和硫酸盐形成的气溶胶沉积的指数递减时间是12到14个月。由于在平流层形成气溶胶，而硫酸盐气溶胶可以增强对太阳辐射的反照，所以这些气溶胶就会减弱太阳进入到对流层的辐射，从而产生一个负的辐射强迫。这个进入平流层的二氧化硫所形成的气溶胶与火山直接喷发出来的火山灰有所不同。火山喷发出来的灰尘主要成分是硅酸盐，这些硅酸盐颗粒一般都在2个微米以上，算是比较大的颗粒了，所以可以很快从平流层中清除，对气候的长期影响不大，只是对于爆发后的气候有显著的短期影响。所以呢，火山喷发形成的硫酸盐气溶胶是对气候影响起最主要作用的一个因素，而所导致的结果，是一个负的辐射强迫，或者说，是降温。 火山喷发对气候的影响 定性的研究不难，但是定量可不容易。对火山喷发形成的气溶胶的辐射强迫进行定量估算，就需要对气溶胶的形成有清晰地了解。历史上的火山喷发也有一些痕迹可循。火山爆发后形成的气溶胶会被大气输送到极地地区，高寒地区，这样，这些气溶胶就会被保留在冰里面。通过研究冰芯里面的颗粒物，就可以重建气球的火山喷发历史。当然，大气对气溶胶的输送远没有对气体的输送那样有效均匀，受到气溶胶的高度分布影响，受到很严重的噪音干扰，所以这方面的数据不确定性仍然不小。 怎么说也是直接观察最可靠。这方面，通过长期的地面观察以及探空气球的测量，人们已经积累的不少知识和数据。在卫星时代之前，人们对于全球的变化仍然缺乏直接全面认识手段，1980年代使用卫星对平流层气溶胶进行观测之后，人们就掌握了这个问题的第一手资料，特别是从1980年代开始的专门的平流层气溶胶和气体试验更是专门对这个问题进行观测、研究，积累了20多年的详细数据。这期间地球有两次大的火山爆发，正好也是20世纪所经历的最大的两次火山喷发，一个是1982年的墨西哥埃尔奇琼El Chichon火山爆发，另一个是1991年的菲律宾皮纳图博Mt Pinatubo火山爆发。这两次产生的影响，都得到了非常全面的记录。特别是1991年皮纳图博火山爆发，可以说是到目前为止人类观察最充分详细的。在这个火山爆发之后，一直到AR4成文的2007年，都没有可能影响气候的火山活动。这期间，很明显观察到了平流层气溶胶的浓度下降，这些气溶胶的光谱特性也一直被跟踪研究，对于火山爆发后的气溶胶行为有了不错的了解。根据这些知识，人们开始重建历史上的数据，下图列出了两组重建的19世纪末起到20世纪末的火山气溶胶圈可视光深的数据。 两组对19世纪后期以来火山喷发导致的气溶胶的光深变化 了解了气溶胶的形成过程、种类、性质，要进行定量估算仍然很麻烦。气溶胶产生的辐射强迫可以直接影响地球的能量平衡，这样，会对地表平均温度造成影响。然后，这个气溶胶存在一个水平和垂直分布，这样就会对平流层的循环造成一定影响，进而影响对流层。再有，这些辐射强迫还可以对对流层内的一些变量产生影响，对气候构成干扰，可能触发、放大、减弱、改变一些气候事件。最后，火山气溶胶还可以改变臭氧层的分布，火山喷发出来的一些少量气体，也会与臭氧反应，在一定的时间内造成干扰。总而言之，火山喷发会影响很多其他气候现象，把整个系统弄得非常复杂。这些因素综合在一起，结果就是人们对于火山喷发造成的长期辐射强迫还没办法估计。由于火山的短期性，不连续性，给出这个数值还是很困难的。不过还是有人开始对火山喷发时候的辐射强迫进行计算，一个研究认为皮纳图博火山喷发时产生的辐射强迫可以达到-3.0W/m2。不过这方面计算的不确定性仍然很大，因为气溶胶的尺寸分布对光学性质有不小的影响，而气溶胶尺寸的估算和重建又很困难，成了一个重要的误差来源，所以不同研究者之间的研究结果差异还是不小的。对之前的主要火山的影响进行估算，只有19世纪末期以后的还相对可靠一些，更久远的，可靠性就要大打折扣了。 因为这个问题非常复杂，所以在TAR的时候并没有给出火山喷发导致的气溶胶造成的辐射强迫。到了AR4的时候，虽然人们在这方面的了解有所增强，但是还是给不出这个辐射强迫。人们能够肯定的，只是这是一个负的辐射强迫，但是定量仍然很困难。在这个问题上，整个领域的科学认知程度仍然是低水平。 各类因素的辐射强迫总结 现在总结一下前面列出的所有的辐射强迫。拿2005年与1750年进行比较，这期间人类活动造成的温室气体排放加上工业污染，以及其他的种种因素，加在一起有一个中间值为+1.6W/m2，90%置信区间是+0.6W/m2到+2.4W/m2的一个正方向的辐射强迫。而大自然在这个期间，太阳辐射的变化提供了一个中间值+0.12W/m2，90%置信区间是+0.06W/m2到+0.30W/m2的一个正方向的辐射强迫；大自然的另外一个主要因素火山喷发，虽然还无法对其辐射强迫进行定量，但是可以肯定提供了一个负方向的辐射强迫。那么比较这三个因素，就可以说，人类活动所造成的正方向的辐射强迫，高于大自然在这个期间所造成的正方向的辐射强迫。而这个正方向的辐射强迫，就意味着有更多的能量留在了地球表面，导致地表的温度偏高。那么，究竟偏高了没有，偏高了多少呢？ 上一篇： IPCC说了什么？（七） 太阳的变化
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IPCC说了什么？（七） 太阳的变化
songshuhui 2010-11-14 17:22
科学松鼠会 发表于 2010-11-14 6:31 作者：橡树村 在人类的行为开始对气候够成影响之前，地球表面的气候也一直在变化着。这些变化的最主要的原因就是太阳辐射的变化。对于地球而言，太阳基本上是唯一一个外 部能量来源，太阳提供的辐射的变化就是影响地球表面能量平衡的最重要因素。要了解工业化以来气候变化的原因，那么，就必须了解这期间太阳辐射的变化。 现代对太阳的观测已经比较充分。观测太阳辐射变化最方便的地方是在太空，这样，就需要人造卫星来对太阳到达地球的辐射进行直接测量。从1978年以来，人 们就开始用人造卫星直接对太阳辐射变化进行观察，现在有四个独立的对太阳辐射进行直接观测的卫星系统，这些数据汇总在一起，成为太阳辐射变化数据库的一部 分，给人们的研究提供了很大方便。不过有了详实数据不等于就有了准确数据，测量本身需要校准，对仪器的漂移等等都需要进行一定的处理，这些处理的方法的差 异就会对最终结果导致一些细微区别，不同卫星的数据也会有差别。下图里面展示了1980-2005年太阳辐射的两个分析结果，数据使用的是月平均值，显示 的是变化的百分比。可以看到这段时间的观察，覆盖了两个太阳周期，2005年差不多处在即将达到第三个周期低谷的位置上。这里面，有一组数据比另一组数据 在第二个周期的时候高了0.04%，这被认为很可能是来自仪器的偏差，而不是太阳辐射的实际变化，但是具体原因仍然未知。按照这个数据，基本上可以讲，最 近的这两个太阳周期内，太阳辐射并没有很明显的变化。有人给出了一个辐射周期最小值有0.01%的增高的分析结果，不过数据误差达到了+-0.026%， 也就是说，这个有可能存在的略微增高，不确定性还非常大。因此，从这些数据来讲太阳辐射从1980年以来在增强还是很不充分的。因此可以认为这两个周期 内，太阳辐射的长期增加趋势并不显著。或者说，这两个周期的时间内，地球平均气温变化的长期趋势，与太阳辐射变化的关系不大。 1978年以来太阳辐射的月平均变化。两个颜色的数据来自两个不同的卫星体系 太阳周期就是那个明显的差不多是11年的周期变化，实际上并不是每一个周期都是11年，而是从9年左右到13年不等。这个周期说的是差不多每11年，太阳 辐射的强度就从高到低再到高的走上一圈。伴随这个辐射强度周期的，是太阳黑子和太阳光斑的周期性活动频率，但是具体的变化机理目前还不清楚。太阳辐射也有 一个很广泛的频率范围，在这个周期里面，不同波长的辐射的变化也是有一些区别的。这方面的监测也已经有了，比如200到300纳米的紫外线，周期内变化 1.3%，315到400纳米范围，周期内变化0.2%，而400到700纳米的可见光范围，周期内变化为0.08%，700到1000纳米的近红外区， 周期内变化0.04%，1000纳米到1600纳米范围，周期内变化仅有0.025%。不同波段的能量分配也是不同的，对于地球气温产生重要影响的主要是 波长高于300纳米的可见光和红外辐射。由于太阳辐射的能量主要集中在400到500纳米之间，虽然紫外区的变化比例很大，但是能量的绝对值变化很小。综 合这些因素，太阳周期内太阳辐射能量的变化幅度被定为是0.08%。 太阳的光谱。黄色为大气层顶部的光谱，红色为抵达地面的光谱。 光谱覆盖了三个波段，从左到右为紫外、可见光、红外 但是人类对太阳的精确观测也只有这三十年，这之前的数据就需要通过其他方法来重建。因为AR4所研究的是1750年工业化以后地球能量收支的变化情况，那 么，就需要对这两百多年前的太阳辐射进行估算。太阳辐射的变化会影响到地球地磁的变化，以及一些宇宙同位素的量，通过重建地磁的变化情况，分析在冰芯、树 木年轮里面的宇宙同位素的测定，就可能重建太阳辐射的变化历史。不过这个重建的理论目前仍然不完善。 在2001年发布第三次报告TAR的时候，使用的是1990年代的重建方法。这些方法假定太阳的辐射在已知的约11年周期的基础上，还有一个长周期的变 化。假定这个长周期存在的依据有三个，一个是对其他类太阳的恒星的观测结果，认为太阳现在处于辐射变化比较大的状态；一个是对地磁的长周期变化的观察；最 后一个是依据从宇宙射线同位素得到的太阳辐射模型。根据这个理论推断，1645年至1715年的蒙德尔极小值的太阳辐射比目前的太阳周期极小值的太阳辐射 低了0.15%到0.3%。按照这些方法估算的1750年以来的太阳辐射强迫，最高的数值达到了0.68W/m2，其他几个研究给出的结果也在0.3W /m2左右。TAR综合了1990年代的几个研究结果，最终给出的太阳辐射强迫是0.3+-0.2W/m2，不过同时指出了这方面的认知水平还很低，对太 阳辐射度的历史重建还没有可信的方法。 2000年代初，对上述理论的三个依据都有了新的认识。首先是判定太阳现在处于辐射变化较大状态的宇宙射线同位素依据没有得到重复，研究降低了这个论断的 可靠性；然后发现所谓的地磁变化的长周期，实际上来源于仪器本身的漂移，经过修正以后，这个长周期规律也变得依据不足，至少变化幅度小了很多；最后，人们 发现宇宙射线同位素、地磁等与太阳辐射的关系，可能不是简单的线性关系。这样，1990年代研究太阳辐射变化的三个基本依据都出现了问题，1990年代的 研究结果也就不能使用。 2002年，有研究发现了太阳的磁通量变化与辐射变化的关系，从而导致了2005年对历史上太阳辐射的重新估算。这个新的理论仍然使用地磁和宇宙同位素 C14以及Be10的丰度数据，但是根据太阳开放磁通量的变化的模型，对从1713年到1996年26个太阳周期的太阳磁通量进行重建，进而重建了18世 纪初期以来的太阳辐射变化。这项研究的结果大大降低了这段时间内太阳辐射度的变化幅度，所估计的17世纪蒙德尔极小值与目前太阳周期极小值的太阳辐射差 别，仅为0.04%，仅是1990年代估计的数值的三分之一到七分之一。对于1610年以前太阳辐射数据的重建显示在12世纪时候的中世纪极大值与目前的 周期极大值基本相当，不过这方面的了解仍然有欠缺。在AR4进行整理的时候，研究人员正在试图建立太阳磁通量变化导致的太阳风的变化，所影响的宇宙同位素 的变化，以及后续的一系列物理化学反应的模型。这方面的初步研究结果，指出了最近的70年以来，太阳的活动水平明显高于过去8000年以来的太阳活动水 平，有显著的增强。不过在扣除了化石燃料对所使用的C14数据的影响之后，这个结论有了修正，说最近70年以来的太阳活动的确仍然在增强，太阳活动水平的 确是历史上的高水平，但是并不是特别的高。 两个2000年代初期进行的太阳辐射变化的研究结果。可以看到最近70年太阳辐射的增强，周期波动幅度增大 太阳辐射基本上在1365-1366W/m2附近变化，按照上面的说法，从蒙德尔极小值到现在的周期极小值升高了0.04%，实际增加的辐射就是0.5 W/m2。这个单位不是我们在考虑辐射强迫的时候使用的单位，而是单位截面积上太阳的辐射。把太阳辐射转换成辐射强迫，需要把数值除以4。由于太阳周期的 幅度变化也有不同，最近这个变化幅度也有增加趋势，所以总的太阳辐射能量增加要高于极小值的增加数值。重建结果是从1750年到现在太阳辐射总量增加了 0.05%，相当于+0.12W/m2的辐射强迫，这个数值比TAR时候所估计的+0.3W/m2大幅度降低。有研究专门探讨了这个增加的上限和下限。对 上限的估计是0.12%的变化，相当于+0.30W/m2的辐射强迫，对低限的估计为0.026%的变化，相当于+0.06W/m2的辐射强迫。这样，就有了AR4中采纳的太阳辐射强迫范围，+0.12 W/m^2。不过需要注意的是，AR4认为这个问题的认识水平虽然比TAR的时候有所提高，但是仍然处于较低的水平。 太阳辐射还可能有间接影响。大气宇宙射线离子和太阳周期有关系，而这个大气宇宙射线离子可能会影响全球平均的低层云覆盖，具体的作用可能是改变云凝结核的 分布，以及云滴数和浓度等的分布，进而对云的反照产生影响。这方面，人们刚发现这里面的可能关系，详细情况和机理都仍然缺乏了解，究竟这个问题是否存在也 有争议，更无法定量研究。此外太阳辐射里面的紫外部分，因为基本上被平流层的臭氧层吸收而不计入辐射强迫中，但是这部分的能量变化幅度最大，实际上贡献了 整个太阳能辐射能量变化的15%。这部分辐射会对平流层的臭氧产生影响，能导致全球臭氧浓度2-3%的变化。对这个问题认识也非常初步，还无法定量研究。 总结一下，AR4中使用了当时最新的研究结果，认为1750年以来，太阳的辐射强迫仅为+0.12 W/m2，这个数值远远小于前面提到的人类活动造成的辐射强迫+1.6 W/m2。换句话说，AR4认为太阳在这段时间内的辐射变化，小于人类活动造成的影响。不过需要注意，AR4认为这个问题的认识虽然有了进步，但是水平仍然较低。 1100年来的气候辐射强迫重建。 上面第二个为太阳辐射的重建，第一个为火山影响，第三个为其他因素影响，即人类因素影响。 下图为北半球陆地平均温度重建 上一篇： IPCC说了什么？（六）人类的其他影响
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IPCC说了什么？（六）人类的其他影响
songshuhui 2010-11-10 12:10
科学松鼠会 发表于 2010-11-09 6:47 作者：橡树村 除了温室气体以外，人类的活动还有其他一些会对气候造成影响。最重要的就是气溶胶。气溶胶是空气中固态或者液态的颗粒物的聚集。别看固体液体的密度比空气大上不少，当颗粒足够小的时候，这些东西也是可以漂浮在空中的。小到什么程度呢？差不多是在10个纳米到10个微米之间。这些微小的颗粒物聚集在一起，能够在大气中驻留至少几个小时，甚至更久，长达数天数周。虽然气溶胶停留的时间并不长，但是由于大自然和人类持续的向大气排放气溶胶，所以整体来说大气总是能够保持一定量的气溶胶，因此其对气候的影响也需要考虑。实际上，这是一个非常重要的影响因素。 气溶胶影响气候的方式非常复杂，也很热闹。下面这个图了解释大部分气溶胶对气候的影响过程。首先，最左边的一个，气溶胶会影响大气对太阳光的反射，也就影响了太阳光抵达地面的程度，这个叫做直接作用。但是究竟气溶胶会增大对太阳光的反射，还是会减少太阳光的反射，那可就热闹了。不同化学成分、形状的气溶胶，它们都不一样！究竟起到什么样的作用，要看这个气溶胶的光学性质，同时还与当时的湿度有关，大气中的气溶胶的分布状态，运动状态，高度，地点，也会影响到气溶胶对太阳光的反射。总的来说，可以部分吸收太阳光的气溶胶，如果处在颜色比较深的地球表面上空，比如海洋，或者森林，会减少太阳光对这些地区的辐射，是一个负的辐射强迫；而如果气溶胶处在很明亮的表面，如雪面，冰面，沙漠，或者云的上空，就可能产生正的辐射强迫。一般来讲，气溶胶影响的只是短波辐射，也就是从太阳来的辐射，但是如果气溶胶颗粒加大，就有可能影响到长波辐射，也就是地表发出的红外辐射，这自然就会增加了事情的复杂性。 气溶胶的直接和间接作用 然后呢，气溶胶还可以影响云的行为，这就是间接的影响。这就可以非常热闹了。云是在大气中聚集的水滴或者微小的冰颗粒，所以云也可以粗略分成水云和冰云两种，虽然实际上水云冰云经常混在一起。无论哪一种，大气中气态的水蒸气要凝结，都需要有一个种子，也就是需要大气中的固体或者液体颗粒，或者说需要气溶胶。如果大气中根本就没有这些颗粒，水的分压再高也是形不成云的，在温度比较低的高空，这种情况就比较常见，低空的话，因为气溶胶广泛存在，这样的时候不算很多。要是气溶胶少呢，相对来讲，形成的云的水滴就要大一点，就是左边第二个图显示的。气溶胶多了呢，就是左边数第三个图显示的，会增加云里面的水滴的数量，进而影响云对太阳光的反射。这个作用，被称为一级间接作用。这个具体的影响呢，也与气溶胶的化学成分、大小，和当时的温度有关。然后人们发现实际情况还要热闹。云里面的水滴小了，就会改变下小雨的可能性，左边第四个图画的就是这个；再向右边看，有可能会对云的高度产生影响，可能会影响到云的留空时间。这些都被称为二级间接影响。最右边的两个，说的是因为一些气溶胶对短波辐射的吸收，导致了对流层局部湿度和稳定性的影响，从而影响冰云高度变化以及稳定性改变等等，这个叫做半间接作用。很热闹吧？好在考虑辐射强迫的时候，现在还不考虑半间接作用，不过这个作用也不是被忽略的，而是作为反馈来考虑的。 这么复杂的行为，其认知程度就不要指望太高。对气溶胶的大规模研究起步的年头不多，所以相关学科进展很快，但是因为起步太晚，目前的认识水平基本上是中等水平。到了AR4的时候，已经可以在大陆地上分辨出什么地方大约都有什么气溶胶，也就可以判定那些硫酸盐、有机碳、炭黑、硝酸盐、工业粉尘等等的气溶胶的分布，而卫星监测的使用，地面监测站的建立，也收集了很多数据，可以用来建立验证各式各样的大气气溶胶模型。尽管如此，现在对单一气溶胶的直接辐射强迫的认识还很不足，不过总是已经有了一定的估计。 气溶胶光学厚度 上图为2001年一至三月，下图为2001年八至十月。图中的白色和红色的小点显示了检测气溶胶的站点的分布 人类向大气排放的二氧化硫与水和大气中的氧特别是羟基反应形成的硫酸盐是气溶胶里面很重要的一个，在大气里面，基本上硫酸盐都是以硫酸铵、硫酸氢铵的形式存在的。大气中74%的硫酸盐都是人类排放的，72%来自化石燃料燃烧，2%来自生物质燃烧。大自然也排放不少的二氧化硫，海洋的浮游生物排放的二氧化硫占到了总量的19%，火山喷发也贡献了7%。在1990年代，估计二氧化硫排放的总量是每年9170到12550万吨硫，其中6680到9240万吨硫来自人类活动。人类导致的硫的排放目前已经在下降。欧洲目前硫排放已经从1980年的每年1800万吨降低到2002年的每年400万吨，美国的硫排放也从 1980年的每年1200万吨降低到了每年800万吨，不过在亚洲以及其他发展中国家，硫排放目前还在增长，亚洲2000年代初期的硫排放大约在每年 1700万吨。不过总的来说，从1980年到2000年，全球的二氧化硫排放已经从7300万吨减低到了5400万吨，其中北半球从6400万吨下降到 4300万吨，南半球从900万吨增加到1100万吨。这个硫排放地点的变化，也会对气溶胶的辐射强迫产生影响。对于硫酸盐的辐射强迫，研究者之间的差异还是不小的，从-0.21W/m2一直到-0.96W/m2，平均值在-0.46+-0.20W/m2。在AR4中，最终选定的数值是-0.41W /m2，取90%的置信水平之后，就是-0.40+-0.20W/m2。换句话说，硫的排放可以起到降温的作用。 气溶胶的辐射强迫分布 a) 人类排放的气溶胶的光学厚度；b) 与观测值的差异，显示自然排放的气溶胶的效果； c) 短波辐射； d) 辐射强迫模型的标准偏差； e) 大气的短波辐射强迫； f) 表面的短波辐射强迫 化石燃料的使用还会造成有机碳颗粒和碳黑进入大气，生物质燃烧也有类似作用。这个量，不同的研究者的估计也有不小差异。有人认为化石燃料每年向大气输送 1000万到3000万吨的有机碳颗粒，800万吨碳黑，也有人认为化石燃料提供的有机碳颗粒物和碳黑都只有两吨多，生物质燃烧实际上贡献更多的有机碳颗粒。一组数据说化石燃料燃烧每年提供220万吨有机碳颗粒，而生物能源却贡献了多达每年750万吨。这些颗粒自身对于太阳光照射的影响不算大，同时不同来源的颗粒影响也有区别，而这些颗粒又很容易与其他的颗粒聚集在一起，难以单独考察，这都把问题弄得非常复杂。目前的最佳水平估计，有机碳造成的辐射强迫是 -0.05+-0.05W/m2，炭黑+0.2+-0.15W/m2，生物质燃烧+0.03+-0.12W/m2。人类还排放硝酸盐和其他矿业粉尘。硝酸盐的形成机制，是当大气中所有的硫酸盐都被氨饱和之后，余下的氨会缓慢氧化形成硝酸盐。或者说，在一些硫酸盐的影响下降的区域，会出现硝酸盐的影响上升的情况。目前的估计，硝酸盐颗粒造成的辐射强迫是-0.10+-0.10W/m2，矿物粉尘造成的辐射强迫是-0.1+-0.2W/m2。 对于人类排放气溶胶直接作用辐射强迫的各种估算结果 气溶胶造成的直接影响的总和，并不是这些数值的简单相加。这些单一因素之间即有重叠，也有干扰，简单作加法是不行的。把这些因素综合考虑，也需要对这些作用的充分理解，最终需要依靠模型来模拟计算。这方面到AR4的时候研究也刚开始不久，同时结合一些卫星得到的数据进行验证。不同来源的估算得到的总辐射强迫的数值差异也不小，从略微的正值一直到-0.8W/m2。AR4最终采用的是这些数值的综合，-0.50+-0.40W/m2，这里面的不确定性还是很大的。 间接辐射强迫，也就是说对云的反照率，或者说对云对太阳光的反射的影响，研究仍然在起步阶段，这方面的认识水平很不高。这个影响的确非常复杂，不是所有的气溶胶都会影响云的性质的，所以就要研究究竟什么地方都有什么样的气溶胶，什么样的化学成分，颗粒大小，排放的时候当地的温度、湿度、风的情况、排放高度等等。而由于不同的云对于太阳的反照也有所区别，这里面还需要考虑形成的云的大小、水滴尺寸、冰晶比例，甚至云的形状都是一个不可以忽略的因素。对于已经形成的云，气溶胶也会对云产生一些影响。不打算在这里展开了，有兴趣的可以去看第一工作组技术报告的2.4节。和气溶胶的直接影响一样，对这个间接影响的估算，目前不同研究者得到的结果差异也非常大，从-0.3W/m2一直到-1.8W/m2。AR4又采用了谁也不得罪的方法，把所有人的结果都纳入了进来，选定了一个平均值-0.7W/m2，90%的置信区间是-0.3到-1.8W/m2。也就是说，气溶胶造成的对云的影响，增强了云对太阳光的反射，降低了抵达地球表面的辐射强度。 总结一下，气溶胶的研究还很初步。目前的估计，气溶胶的直接辐射强迫是-0.50+-0.40W/m2，间接的辐射强迫是 -0.7 W/m2。气溶胶对辐射强迫的贡献，是人类活动对负方向的辐射强迫最重要的，数值也是最大的。可以预计这方面的研究的进步，会对人类活动的整体辐射强迫的估算有很大的影响，大约是对人类活动对辐射强迫估算的最大不确定性的来源。 影响云的还有一个一般人想不到的因素，就是飞机造成的航迹云。对流层的上部气温低，但是气溶胶也很难到达，没有晶种就行不成云，所以这里面的冰很多时候处在过饱和状态。而目前的飞机是可以很轻易的达到这个高度的，实际上喷气式飞机经常在这个高度活动。飞机经过之后，对过饱和状态的水汽造成影响，燃料燃烧排放的颗粒物来提供晶种，就会形成长长的凝结尾迹，也就是能见到的航迹云。这些云自然是可以反射太阳光的，不过这个云也可以吸收地面发射的红外辐射，并且从目前的研究结果来看，后者起到的作用还要大一些。对这个问题研究还不充分，认识水平并不高。AR4的估计，这个凝结尾迹对辐射强迫的贡献是+0.01 W/m2，基本上是正的强迫，但是数值很小。高空飞行器对于卷云的形成也会有影响，航空燃料燃烧后排放的气溶胶也对云的行为有影响。但是这两个影响，目前还没有了解。 气溶胶的影响不仅仅局限在对光照和云的影响上。气溶胶降落到地面以后，还会对地面对太阳光的反照造成影响，也就是说，影响地表反照。前面讲过，在地球的总能量平衡里面，地表对太阳光的反照也贡献了不小的比例，将近10%的太阳光直接被地表反照。地表对太阳光的反照显然与地表本身的颜色、植被、地形、地貌有关。而人类工业活动以来，大规模改变了不少地方的地表覆盖物，这些变化，就会对地表对太阳光的反照造成影响。比如人类把大量的森林开辟出来，成为农田、牧场，就可以直接改变这个地区地表对太阳的反照程度。农田与森林的反照有很明显的区别，由于森林植被茂密，形状也不一，高低不齐，森林对太阳的反照就要少一些，而农田相对来讲整齐划一，也普遍比较低矮，这样对太阳的反照就要多一些。另外，在降雪的时候，森林很难会完全被大雪覆盖，总是有很多高耸的树木露出来，从而降低雪地对太阳光的反照，而农田基本上是一片平地，被大雪覆盖后比较均匀，对太阳光的反照就会比较强烈。 人类自1750年以来对地表的影响 上图：重建的没有人类影响的地面植被；下图：1750年与1990年农业（中）与农牧业（下）的比较 在1750年，人类农牧业用地的总面积估计是790到920万平方公里之间，占地球陆地面积的7%到9%。这些土地主要分布在欧洲、印度恒河平原，当然还有中国。然后，人类的农牧业用地就一直在增加，在1850年到1950年之间的农牧业用地增长非常迅速，到了1950年前后达到最高值。从1950年开始，农牧业用地总面积基本上稳定，并略有减少。到1990年，人类农牧业用地总量是4570到5130万平方公里，占地球陆地面积的35%到39%。和这个数值相对应的，就是森林覆盖面积的减少，估计森林减少了1100万平方公里。1950年代以后西欧和美国都有大量农牧业土地被废弃，这些地表重新被森林覆盖，与此同时，美洲、非洲和亚洲热带雨林在迅速消失，变成农牧业用地。 森林成为农牧业用地，会导致地表对太阳光的反照程度增加，但是对这个反照程度的估计可不这么容易，需要考虑的因素很多。不同的植被是有不同的反照率的，同样的植物，不同的生长阶段的反照情况也是有很大差异的，所以要得到可靠的反照估计，就需要对于全球各个地方不同时期所种植的植物有所了解，需要了解其播种、成长、和收割的时间等等。可以想象收集这些数据的难度。这个方面现在有了几个根据卫星扫描得到的数据库，有的已经可以精确到一公里分辨率，进步不小，一些研究者已经开始根据这些数据库来对反照的变化进行估算。因为IPCC比较的是1750年与现在的差别，那么1750年的状况是什么样子的，也是需要了解的。这就产生了很大的差别，不同研究者对于历史数据有不同的视角和解读方法，导致计算结果有很大的差异。已经有研究者把1750年的植被情况复原到经纬度半度的分辨率，是很不错的成绩了。其他会对估算造成影响的，还有对雪面的估计，比如积雪多长时间，是否可以覆盖地表和植被等等。综合起来，AR4采用的数据，是1750年以来因为土地改变对地表直接反射造成的影响，其辐射强迫是-0.2+-0.2W/m2，基本上说是一个不算很小的负方向的辐射强迫。目前科学界对这个问题的认识程度是中等。 气溶胶怎么影响地表反照呢？人类向大气中排放的各种气溶胶最终都会降落到地表。气溶胶特别是炭黑沉积到雪面冰面上就会降低地表对太阳光的反照，从而导致一个正方向的辐射强迫。这方面需要考虑炭黑和雪究竟是怎么混合的，炭黑的大小等等因素，涉及到的面积也是一个不确定因素。相关研究有限，AR4采用的数值，是辐射强迫为+0.10+-0.10W/m2，认识程度低。 人类对地表的改变还会带来一些更加复杂的影响。比如直接改变地表的辐射率，比如对水的输送和挥发的影响改变水汽的运动模式，改变潜热和焓的比值（鲍文比 Bowen Ratio，衡量传导与挥发潜热的比值的参数，气象学的一个重要参数），改变空气动力学粗糙度（影响大气的摩擦拽力和热量以及水汽传输的参数）。这些奇怪的气象学名词所描述的现象，都会对接近地表的空气温度造成影响，会对湿度有所影响，影响降雨，也会影响风速。比如人类的灌溉行为就可以改变地表的水汽输送，从而影响地表的能量平衡。人类使用水导致的挥发只占大自然水挥发量的1%，其中70%的用水目的是灌溉。灌溉对温度、湿度、降雨的影响还是有的，甚至对全球的温度和湿度都有影响。比如有研究说亚洲的农业灌溉导致了对流层底部水蒸气含量增加1%，导致+0.03W/m2的辐射强迫。不过，灌溉导致的挥发增加，实际上把地表的能量带入到大气中，在地面，会导致温度降低，同时，灌溉用水也会对大自然的水循环造成干扰。森林减少也会影响水的挥发，等等。这些因素更多的要归结到非辐射强迫里面，不能用套用辐射强迫的概念。人类使用化石燃料也会导致水蒸气的排放，这方面的影响远远低于灌溉用水的影响。总的来说，这方面的认识水平还非常低。 还有很多很复杂的作用。比如农田本身对尘土也有影响，这里面也会对辐射强迫产生贡献。人类排放的一些气体，比如二氧化碳，会影响植物的呼吸作用，从而对鲍文比产生影响，进而影响其他。不过这些因素里面，有一些属于强迫，有一些属于反馈，很多时候很难分辨。这些都归结到非辐射强迫里面，并不在辐射强迫的概念内讨论。对这些问题的认识程度也还很低。 人类活动在地表直接释放的能量，比如加热建筑物、大型机械的工作、汽车里面内燃机的燃烧等等，也会把能量排放到环境里面。这个因素不会对辐射强迫直接产生影响，但是与地球的总能量平衡有关，也可以用W/m2来衡量。这些人类直接的能量排放，基本上都集中在城市里面。在人口集中的地方，人类把大量能量排放到环境里面，影响当地的能量平衡。在城市，这个能量可以达到65W/m2，还是很大的数值。即使没有这些能量排放，因为城市内缺少植被，也会造成城市热岛效应。一个对东京的研究说，在白天，这个数值可以达到平均 400W/m2，而在冬季可以达到 1590W/m2。不过这个因素对于城市气候影响虽然很重要，但是在全球尺度，仍然是一个很小的因素。毕竟城市的面积仅仅占地表面积的 0.046%，全球平均下来，仅有0.03W/m2，对总能量平衡贡献微乎其微。 讨论到这里，人类行为对辐射强迫的影响基本上就讨论完了。总结一下AR4里面研究的人类活动导致的辐射强迫。温室气体，二氧化碳 +1.66+-0.17W/m2，甲烷 +0.48+-0.02W/m2，氧化亚氮 +0.16+-0.02W/m2，氟氯烃 +0.32+-0.03W/m2，对流层臭氧 +0.35 W/m2，平流层臭氧 -0.05+-0.10W/m2，甲烷导致的平流层水汽增加 +0.07+-0.05W/m2。这些因素的估计，因为研究的相对比较充分，作用机理也比较简单，误差范围都比较小，研究的可靠性也比较高。这些因素之间又相互影响，所以不能简单相加。温室气体的总贡献被估算为 +2.63+-0.23W/m2，比这些数值的和要低。 剩下的两个重要因素的研究水平就要差很多了。气溶胶的直接效应导致的辐射强迫估计为 -0.5+-0.4W/m2，间接效应导致的辐射强迫估计为 -0.7 W/m2，航迹云的辐射强迫 +0.01 W/m2。土地变化的影响 -0.2+-0.2W/m2，气溶胶沉降对地表反照的影响是 +0.1+-0.1W/m2。这些因素，大部分都是造成负的辐射强迫的因素，误差几乎都可以达到100%甚至超过100%，导致的绝对数值的变化也很大，研究水平也不高。在这些领域的深入研究有可能会对人类活动影响的结论产生不小的影响。 人类行为的总影响，被估算为+0.6W/m2到+2.4W/m2之间。这个数值的可能范围还是不小的。 人类影响造成的辐射强迫 人类对气候的主要影响就是这些。那么，和大自然自身的变化相比，人类的影响究竟是大还是小呢？
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IPCC说了什么？（五） 其他温室气体
songshuhui 2010-11-8 18:02
科学松鼠会 发表于 2010-11-07 6:46 作者：橡树村 温室气体里面，最重要的是二氧化碳，第二重要的就是甲烷。甲烷实际上也是大自然的碳循环的一部分，在陆地上，含有碳的有机物在厌氧条件下分解，最终产物就是甲烷。不过和二氧化碳相比，甲烷的质量在碳循环中要少很多很多。甲烷在大气中的含量也不高。根据冰芯的研究结果，在过去的65万年里面，大气中的甲烷含量也一直有波动，最低的时候是在冰河期，有400ppb，或者说0.4ppm，最高的时候就是在间冰期，或者说不是冰河期的时期，可以达到700ppb，或者说0.7ppm。与大气中二氧化碳数百个ppm相比，大气中甲烷的含量仅有二氧化碳的千分之几。不过这并不表示甲烷的温室效应不重要。实际上，对于同等量的气体，甲烷的温室效应要比二氧化碳高上几十倍。不过甲烷本身并不像二氧化碳那样，需要大自然几百上千年的时间才能消化，甲烷是可以缓慢氧化分解的，最终的产物是水和二氧化碳，这个过程也不算快，需要几十年上百年的时间，不过总是比二氧化碳的清除要快了不少。 65万年来大气主要温室气体浓度变化情况 最近1万年的时间内，工业化以前，大气中的甲烷含量一直在580-773ppb之间缓慢变化。有两个地方值得注意，一个是基本上大气中甲烷的含量一直没有超出这个波动范围，另一个是说历史上甲烷含量的变化都是很缓慢的。工业化以后，情况就不一样了，2005年，大气中甲烷的含量达到了 1774.62+-1.22ppb，是工业化之前1万年以内最高值的两倍多，并且这个变化很明显是在人类工业化行为开始之后发生的。至少可以肯定在过去的 8万年时间里面，最近一百年大气中甲烷的浓度增加速率是最快的；65万年以来，大气中的甲烷含量现在也是最高的时候。这很自然就让人把人类的工业化与大气中甲烷含量的升高联系起来。这个增高导致了什么后果呢？工业化时期以来，大气甲烷浓度增加所产生的辐射强迫是0.48+-0.05 W/m2。看到没有？虽然甲烷的含量仅仅增加了1个ppm，但是其强迫辐射却达到了二氧化碳浓度增加产生的辐射强迫的1.66+-0.17W/m2的四分之一，可以看到甲烷的温室效应有多么强烈。在所有的温室气体里面，甲烷对辐射强迫的贡献仅次于二氧化碳。 大气中主要温室气体2万年来的浓度变化以及辐射强迫变化情况 但是人类究竟哪些行为排放了多少量的甲烷，这方面资料非常欠缺。不是人们不想去收集，而是这个资料收集起来实在太难。甲烷的来源可以有很多种，比如湿地就排放大量的甲烷，自然类似湿地环境的水田，比如稻田，也会排放甲烷；生物质的厌氧发酵要产生甲烷；反刍动物也会排放甲烷；甚至人防屁也会释放甲烷。甲烷的来源基本上都是生物来源的，与化石燃料的使用关系不是很大，当然天然气的泄漏会提供一部分的甲烷排放，不过量相对较小。相对集中的甲烷排放地点，比如大片湿地、稻田，还可以通过一些方法来检测，牲畜集中的大型牧场，也可以去跟踪，但是其他各种各样分散的甲烷排放，就很难去收集资料。所以，这方面比没有多少定量的资料。只是因为大气中甲烷异常增加与人类工业化的时间吻合，所以才认定是人类活动造成的这个异常增高，也许与人口的增长过快关系更密切一些？ 近期的大气甲烷浓度变化趋势。上图为实际浓度，下图为变化情况 大气中的甲烷浓度增加最快的时候是在1970年代末期到1980年代初期，这个时候，甲烷每年增加1%以上，很是惊人。不过随后，大气甲烷浓度的增长率就开始明显下降。从1999年到2005年6年间，大气的甲烷浓度已经稳定在了1774ppb的这个水平，平均增长基本上是零。换句话说，在2000年代上半期，大气中的甲烷浓度已经稳定了。这就意味着新增加的甲烷排放，与大自然对甲烷的清除速度相当。不过，比较平均结果得到的这个数据，并不意味着甲烷的浓度没有波动。从1996年到2001年，大气中甲烷浓度的变化也是很大的。影响大气中甲烷浓度的原因可以很多，比如湿地对温度就非常敏感，湿地地区的气候情况，可以影响甲烷的排放。目前虽然有模型认为随着全球温度的逐渐升高，湿地排放的甲烷应该会逐渐增多，但是究竟会增加多少，会有什么样的作用，在AR4 总结的时候还没有一个明确的研究结果。 在这里加点私货。虽然国际上现在有一些组织甚至政府对甲烷的排放限制很热心，对畜牧业加税，俗称屁税，也已经在一些国家看到了，不过你可以看到，由于甲烷的浓度已经稳定，而甲烷的排放又与农牧业密切相关，涉及到吃饭这个更基本的人权问题，所以绝大多数国家都缺乏对甲烷排放进行限制的热情，不像二氧化碳的问题那样吵得热闹。那些拿着甲烷排放问题指责这指责那的，特别是不想让亚洲人吃米的，不想让穷人吃肉的，大家忽略掉就是了。指责这些人把科学问题政治化，借着科学问题达到政治目的，绝对没错的。食品工业本身排放大量的甲烷，同时直接间接排放大量二氧化碳，要真在这方面动脑筋，应该想想怎么让发达国家节约粮食，少些浪费，而不是对刚刚解决温饱甚至还没有解决温饱问题的人口们去指手画脚。 另外一个重要的温室气体就是氮氧化物，具体说是氧化亚氮N2O。这个东西俗称笑气，人呼吸到少量气体会令人发笑，自己还不觉得，很恐怖的笑容。浓度高的笑气有麻醉作用，曾经被医院当作麻醉气体使用，不过因为比较危险，早就被淘汰，仅在个别领域做麻醉使用了。2005年大气中的氧化亚氮浓度是 319+-0.12ppb。不用担心，这个浓度不会对人体有什么直接伤害。工业化之前，氧化亚氮的浓度有很长时间稳定在270+-7ppb左右，相对来说，与工业化之前相比，氧化亚氮的浓度增加的不算多，仅有18%。不过这个增加趋势并没有减缓的样子，最近几十年在以每年0.8ppb的速率线性增加，比如1998年大气氧化亚氮浓度只有314ppb，7年增加了5个ppb，而在工业化前的11500年的时间里面，大气氧化亚氮浓度变化小于10ppb。但是注意到在大约1.5万年前，大气氧化亚氮浓度也有一段高速上升的过程，所以在有进一步的研究之前，不能把这个高速上升完全归结到人头上。 人类的活动的确有能够导致氧化亚氮排放的地方，工业里面，尼龙行业会排放一定量的氧化亚氮，内燃机的燃烧也会导致一些氮氧化物排放，农业里面化肥的使用可能是人类排放氧化亚氮的大头，土地的变化也会导致氮氧化物的释放。关于氧化亚氮的研究目前还比较少，所以目前也说不好人类的活动究竟对氮氧化物增加有多大的贡献，比较可靠的估算认为人类贡献了大约40%。具体到某个单独排放源的贡献，就更难估算了。目前，因为大气氮氧化物浓度增加而导致的辐射强迫，是 0.16+-0.02W/m2，仅是二氧化碳增加导致的辐射强迫的十分之一。 近期大气氧化亚氮浓度的变化 其他比较重要的温室气体，就是氟氯烃了，也就是氟氯昂。氟氯昂是纯粹的人为排放的温室气体，大自然里面原来是没有的，所以大气里面所有的氟氯昂都可以归结到人类的活动上，非常简单明了，没有争议。不过在蒙特利尔议定书签订之后，人类已经大规模减少了氟氯昂的应用，排放减少迅速。而氟氯昂在大气中的存在寿命并不是很长，所以大气中的氟氯烃的比例已经明显下降。2005年，这些接受蒙特利尔议定书约束的气体，所贡献的辐射强迫是0.32+-0.03W/m2。京都议定书里面还列出了一些工业氟化气体，比如氢氟碳化物HFCs，全氟化碳PFCs，还有六氟化硫SF6。这些气体的浓度还都很低，不过增加的趋势也是很明显的，需要加以监视，并有可能在以后受到限制。2005年，这几样气体产生的辐射强迫是0.017W/m2。 大气氟氯烃和工业氟化气体的浓度变化情况 臭氧也是温室气体。虽然臭氧自身的生命期很短，但是大气自己就可以产生臭氧，所以是有一个长期的浓度存在的。对流层的臭氧的产生，受大气具体条件影响很大，目前只能够做到对对流层臭氧分布进行监测和模拟。臭氧浓度和温度有一些关系，不过更可能与一些高温导致的其他挥发性物质有关系。目前人们对于对流层臭氧的了解还很有限，估计的辐射强迫是0.35 W/m2。平流层臭氧会受到氟氯烃的影响，这也是蒙特利尔议定书对氟氯烃的使用进行限制的主要原因。氟氯烃目前仍然存在在大气里面，所以对平流层臭氧层的破坏仍然存在，对于这个影响的相关了解还不多，处于中等水平。基本上，蒙特利尔议定书所管制的气体，目前对臭氧层破坏导致的辐射强迫在-0.05+-0.10W/m2的水平。注意到这个数值可能是负的，说明其可能减轻温室效应的作用。蒙特利尔议定书的目的是停止对平流层臭氧的破坏，2005年的结果，全球平流层臭氧仍然比1980年代以前的数值低了4%，臭氧层的恢复是否已经开始还不好确定，但是至少，平流层臭氧损耗趋势已经停止了，这也算是人类通过控制自己的行为挽回对环境的影响的一个例子。 对对流层臭氧辐射强迫的估计误差还是不小的 此外还有一些短生命期的温室气体，比如二氧化硫，一氧化碳。这些气体被大气清除的速度很快，浓度变化很大。但是因为其在大气中停留的时间太短，很难对气候产生影响，所以对温室效应的作用基本上可以忽略，当然，一些气体会通过其他机理来影响气候，比如二氧化硫，后面会谈。 最后，就是温室气体里面最重要的水汽。其实水蒸气的温室效应最为强烈，比二氧化碳可是强多了。不过你很少听到人们在谈论控制温室效应的时候说水。人类活动所直接排放的水汽，主要包括灌溉，还有化石燃料燃烧等。实际上化石燃料燃烧导致的水汽影响远远少于农业用水对水汽的影响。不过总的来说，人类这些活动对辐射强迫的直接影响基本上可以忽略。只是在全球平均温度上升的情况下，对流层的水汽浓度会增加，从而对整个温室效应起到作用。但是这个作用，并不是导致气候变化的一个因素，而是因为气候变化而产生的反馈，所以就不被列到辐射强迫里面。多说一句，大气里面的水对气候的影响非常复杂，不被列入辐射强迫的项目中不等于相关的研究人员忽视了水的作用，后面会涉及到水的影响的几个主要方面。水导致的直接辐射强迫也是有的，甲烷氧化也会导致平流层一些水的增加。人们虽然对这个问题的认识程度很低，不过由于甲烷的浓度很低，这个作用对辐射强迫的贡献还是不多的，目前估计为0.07+-0.05W/m2。 人的活动不仅仅带来正的辐射强迫，还有负的辐射强迫 总结一下温室气体的辐射强迫。二氧化碳1.66W/m2，甲烷，0.48W/m2，氧化亚氮，0.16W/m2，氟氯烃，0.34W/m2，臭氧，平流层 -0.05W/m2，对流层0.35W/m2，来自甲烷的水汽0.07W/m2。因为这些单独的因素之间有可能互相影响，所以这些数字不能简单的数字相加，综合起来是多少后面再谈。总的来说，人类活动所导致的温室气体排放，的确导致了一个很大的正方向的辐射强迫，有利于地表的升温。不过人的活动可不仅仅是在增加辐射强迫，还有不少行为在降低这个辐射强迫呢，都有哪些呢？ 上一篇： IPCC说了什么（四）碳循环
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IPCC说了什么？（四） 碳循环
songshuhui 2010-11-6 23:45
科学松鼠会 发表于 2010-11-03 14:30 作者：橡树村 好，到现在，我们已经说清楚了大气中的二氧化碳浓度的确在增长，二氧化碳浓度增长的确会增强二氧化碳所带来的温室效应。那么，这些增加的二氧化碳，和人类 的活动有关吗？是不是大自然自己心血来潮？在大气二氧化碳浓度比较清楚的65万年里面，二氧化碳浓度不也是在一直变化吗？凭什么把现在的变化归结到人类的 活动头上？要解释这个疑问，我们先看看大自然自身的碳循环。 顾名思义，碳循环就是含碳的物质在整个自然界中的循环。下面这张图是一个碳循环的示意图，是2006年的时候对1990年代的碳循环比较完善的研究成果。 黑色的是线条和数字显示的是大自然自身的碳循环，或者说是1750年前后的碳循环状态，红色的是人类所进行的干扰。我们先看黑色的线条，也就是人类工业化 之前大自然的碳循环。图里面使用的数字的单位，是十亿吨碳，而不是二氧化碳的质量。这是为了研究方便，因为在碳循环的过程中，碳的化学形态是在改变的，使 用碳作为衡量单位，比二氧化碳要方便。两者也很方便换算，碳的原子量是12，二氧化碳的分子量是44，这样，一吨碳，就折合3.67吨二氧化碳。另外一个 要指出的，是碳循环的波动是很大的，每年与每年之间有很大的差别，但是长期趋势是平衡的。这个图里面，所列出的也就是平均值。 全球碳循环 这个图说，没有人类干扰的时候，大气中的二氧化碳总量是5970亿吨碳，相当于2.2万亿吨二氧化碳。每年，平均有1200亿吨碳通过光合作用被转化成其 他形式，或者说通过光合作用被固定。光合作用把二氧化碳转变成有机物。植物自身有呼吸作用，把一部分有机物转变成二氧化碳释放进入大气，动物吃了植物，也 会把部分有机物通过自身的呼吸作用转变成二氧化碳释放入大气。一部分植物的有机物进入土壤，土壤里面的有机物，在有氧条件下会缓慢氧化，最终也以二氧化碳 形式是放到大气里面，或者在厌氧条件下，形成甲烷进入大气。植物的自然的火灾也是植物里面固定的碳进入大气的一个方式，不过总的来说，植物的作用基本上是 在从大气中吸收二氧化碳的。加在一起，动植物的呼吸作用，大约把1196亿吨碳返回大气。这就是说，植物每年可以固定碳4亿吨。这些碳，会被植物保存几十 几百年。在工业化之前，植被和土壤里面的碳，总量是2.3万亿吨。 二氧化碳还可以部分溶解在水里面，地球的表面有70%都是海洋，这么大的水体里面，自然要溶解不少量的二氧化碳。二氧化碳在水里面的形态，可以是气态的二 氧化碳，也有碳酸氢根离子和碳酸根离子的形式，这三者受化学平衡的制约，所以考虑的时候，把这三种化学形态的总量作为整体来考虑，这三者在一起，也有一个 专门的名词，叫做可溶性无机碳，缩写是DIC。同样，溶解在海洋表面这些可溶性无机碳，也会因为直接与大气接触，而在一定条件下把溶解的二氧化碳释放出 来。不同温度压力情况下，二氧化碳在水里面的溶解度是不同的，世界各地海平面的气压变化相对不算大，但是温度变化可是不小，而二氧化碳在水里面的溶解度， 随着温度的升高会下降。这就是说，在冬季，高纬度的地区水温寒冷，二氧化碳在水里面的溶解度高，这样，二氧化碳就会被海水吸收；而在低纬度地区的温暖海 面，以及夏季的时候，二氧化碳在水里面的溶解度低，溶解在水里面的一些二氧化碳就会被释放出来。这个现象，结合子午线环流，被称为二氧化碳的溶解泵。总体 来说，海水对于二氧化碳的一呼一吸是基本平衡的。在工业化之前，每年海洋从大气中吸收700亿吨碳，同时释放706亿吨碳。 很显然，新溶解在海水里面的二氧化碳基本上都在海水表层。海水表层大约有总量9000亿吨的碳。在这里的二氧化碳，可以重新进入大气，也可能进入深层的海 水。二氧化碳在浅层海水停留的时间，大约是几年的样子。海水表层还有丰富的浮游生物，总量是30亿吨碳，这些水生植物可以把海水表层的二氧化碳通过光合作 用转变成为有机质，这个过程，被称作二氧化碳的生物泵。这些有机质，可以形成可溶性的有机碳，DOC，或者随着生命体的死亡，沉到深层的海水里面。由于各 种各样的反应的存在，有机碳的寿命总是要短一些的，最终这些有机碳也会变成无机碳，也会有一小部分沉积在大洋底部。每年，这些浮游生物从海水表层吸收的碳 是500亿吨，同时有390亿吨返还给海水表层，进入中层海水的有机碳是110亿吨。 表层海水下面就是中层海水，中层海水下面就是深层海水。中层和深层海水里面，含碳量高达37.1万亿吨碳，是碳循环里面质量比例最大的部分。浅层海水向中 层海水输送无机碳的速率，是每年902亿吨，大约是浅层海水碳总量的十分之一，不过同时中层海水也向浅层海水输送无机碳，速率是每年1010亿吨。不同层 的海水的混合速度很慢，中层海水的混合需要几十年上百年的时间来进行，而深层的海水则需要上千年的时间来完成。最终会有一些碳沉积在海洋底部，速率大约在 每年2亿吨的样子。沉积在海底表面的碳，总量是1500亿吨。这些数字可以看出海洋对于吸收二氧化碳来讲，容量是非常大的，不过要注意，由于不同层的海水 之间进行交换的时间尺度很不同，在考虑海水吸收二氧化碳的效果的时候，需要考虑扩散到各层的时间因素。 生物泵和溶解泵一起构成了海水的碳循环。在全球范围来考虑，影响这个碳循环的因素非常非常多，比如洋流情况，海水表面温度情况，盐度，各个层的分布，当然 还不能忽视冰盖的影响，海水中溶解的营养物质的数量，也会直接影响生物泵的运行情况，不同地区的浮游生物的种类等等，也对这个碳循环的复杂性有所贡献。 已经很热闹了？还有呢。陆地上的碳循环，与海洋的碳循环也不是独立的。河流是在向海洋输送碳的。这里面大多数是无机碳，也有少数的有机碳，又可以溶解在水 里面的，也有一些颗粒形状的。这个量，每年大约是8亿吨碳。这8亿吨碳里面，大约有4亿吨碳来自植物，另外有2亿吨碳左右是河水从大气吸收的二氧化碳，还 有大约2亿吨碳是河水从岩石表面得到的二氧化碳。这个量不同年度是有很大变化的，不过长期平均下来还是有规律的，可以平衡的。除此之外，还有一些规模更小 的行为也在碳循环之内，比如土壤里面的碳的形态的转变，岩石的风化、沉积，这些都是在很长的地质时间里面才会显现出作用来的。 当然不能忘了火山喷发。火山喷发的时候，会有大量原本在地球深处的二氧化碳进入大气。不过这些现象加在一起，从1750年到现在，对于碳循环所作的贡献， 是平均每年不到1亿吨碳。反对大气增加的二氧化碳主要来自人类活动这个观点的一个常见说法是夸大火山喷发所喷出的二氧化碳的总量，不过从所观测到的火山所 喷发的二氧化碳的量，平均下来，并没有这些反对者声称的这么多。 这里可以看出大自然的碳循环总量是非常大的，陆地和海洋的两个碳循环，每年交换的碳总量达到1900亿吨碳，折合二氧化碳总量7000亿吨。而大自然中的碳总量更是惊人，达到了41万亿吨碳，折合二氧化碳150万亿吨。人类的活动真的能对这么大量的碳循环造成影响吗？ 人类在制造二氧化碳这个事情是毋庸置疑的。进入工业时代之后，大量化石能源的使用，人们把几千万年前几亿年前地球存储下来的碳都从地底下挖了出来，烧掉， 这些化石燃料的最主要排放形式，就是进入大气。工业时代的人类建造各种建筑、设施所使用的水泥，也需要焚烧大量的石灰岩，也向大气排放二氧化碳。同时，人 类对于森林的破坏也日加严重，这样，人们又把几十几百年来大自然所沉积的二氧化碳也用很快的速度释放了出来。不过，人类究竟每年在排放多少二氧化碳呢？这 个问题上，AR4给出的结论是： 在最近几十年里，CO2排放持续增加。化 石燃料燃烧产生的全球二氧化碳年排放量，从20世纪90年代的平均每年644亿吨碳增加到2000至2005年间的每年723亿吨碳。与土地利用变化 相关的CO2排放量估算值，在20世纪90年代平均每年可能排放5～27亿吨碳，中值为16亿吨碳。{2.3, 6.4, 7.3, FAQ 7.1} 按照AR4引用的数字，在1980年代，人类使用的化石能源与水泥行业排放的二氧化碳，平均在每年54亿吨碳，折合二氧化碳是198亿吨。到了1990年 代，这个数字就已经上升到平均每年64亿吨碳，折合二氧化碳235亿吨。AR4所估计的2000-2005年间，平均碳排已经达到每年72亿吨碳，折合二 氧化碳264亿吨。 人类行为造成的土地改变，主要是森林减少，所排放的二氧化碳数量，估算的误差仍然非常大。比如1980年代的年平均碳排，从4亿吨碳一直到23亿吨碳都 有，AR4采纳的数值是14亿吨碳，比TAR的时候使用的17亿吨要少。1990年代的平均碳排，AR4采纳的数值是16亿吨碳，变化范围在5亿到27亿 吨之间。这个情况说明土地改变带来的二氧化碳排放的估算仍然是非常不准确的，这应该是在整个碳循环的估算里面，误差最大的一块。 大气究竟增加了多少二氧化碳呢？前面一直在讲浓度的变化，这实际上是体积浓度的变化。质量增加了多少呢？按照AR4里面提供的数据，在1980年代，平均 每年大气中二氧化碳增加了33亿吨碳，在1990年代，平均每年大气中二氧化碳增加32亿吨碳。在2000-2005年，平均每年大气中二氧化碳增加41 亿吨碳。这些数字都是明显小于人类使用化石能源和水泥业所排放的二氧化碳的。如果考虑到人类对土地改变的影响，大气中增加的二氧化碳所占人类行为所排放的 二氧化碳还要更低一点。下面这个图左图最上方的黑线，就显示了如果人类使用化石能源和水泥业所排放的二氧化碳都停留在大气里面，大气的浓度每年应该增加多 少。实际增加的量，是图下方的柱图，中间的黑线是实际增加量的五年平均。 全球二氧化碳浓度的变化 1990年代的碳循环 现在再来看这个碳循环图。红线是人类活动造成的影响。到1990年代，人类使用化石能源一共排放了2440亿吨碳。与工业化之前的1750年比较，大气中 的二氧化碳总量，已经增加了1650亿吨碳，从5970亿吨增加到7620亿吨，增加幅度是28%，是变化幅度最大的。这方面的数字，来自大气中二氧化碳 浓度的变化。海洋呢？浅层海水的碳总量，已经从9000亿吨，增加了180亿吨碳，达到9180亿吨碳，增加了2%，这与大气吸收二氧化碳较慢的速度相符 合。浅层海水中的浮游生物由于与大气中的二氧化碳浓度相关性小，与海水中的二氧化碳浓度关系更大一些，所以目前还没有显著影响，保持基本不变。中深层海水 增加了1000亿吨的碳，增加幅度0.3%，与二氧化碳进入这个层次海水的漫长周期相一致。海底沉积物还没观察到显著的碳的变化。陆地呢？陆地上的碳总量 估计比较复杂，这个图里面列出的，是由于土地改变，造成了1400亿吨碳的流失，同时因为大气中二氧化碳浓度增加，导致陆地吸收碳的能力增加，而造成了 1010亿吨碳的储备增加，两者相减，净值是土地流失了390亿吨碳。这样，人类所增排的这2440亿吨碳里面，有1650亿吨仍然停留在大气中，180 亿吨被浅层海水吸收，1000亿吨被中深层海水吸收，而土地的变化，实际上也减少了390亿吨的碳储存。 动态的结论呢？1990年代平均，每年增加二氧化碳排放64亿吨，其中26亿吨被陆地吸收，同时有16亿吨被陆地释放，造成陆地净收支是吸收每年10亿吨 碳。浅层海水则每年增加吸收二氧化碳222亿吨，多释放200亿吨，同时每年增加了16亿吨的碳进入中深层海水。这个比较可以看出，相对地球自身庞大的碳 循环来讲，每一年，人类对于这个循环的贡献还是微不足道的。但是人类工业化已经进行了250年，特别是最近的半个世纪，人类的碳排增加迅速，日积月累下 来，就已经对大自然的碳循环造成了显著的影响。这方面，AR4给出了结论： 来自化石燃料使用以及土地利用变化对植物 和土壤碳影响所产生的CO2排放是大气CO2增加的主要来源。据估算，自1750年以来，排放到大气中的CO2大约有三分之二来自化石燃料燃烧，三分之一 来自土地利用变化。这些CO2大约有45%留存在大气中，30%被海洋吸收，其余的被陆地生物圈吸收。排放到大气中的CO2，大约一半在30年里被清 除，30%在几百年里被清除，其余的20%通常将在大气中留存数千年。{7.3} 需要注意的是，这个动态的结果只是一个平均数，不同年间大气中二氧化碳的清除的速率本身差异还是很大的。这里面，主要的变化来自陆地对二氧化碳的吸收能力的变化，植物的生长受气候的影响非常大，所以不同的年份，陆地对大气中二氧化碳的吸收能力变化很大。 关于二氧化碳就讲这些，下面讲一下其他的温室气体。
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IPCC说了什么？(三) 温室效应
songshuhui 2010-10-31 13:25
科学松鼠会 发表于 2010-10-31 12:49 作者：橡树村 前面说了，现在大气中的二氧化碳浓度，基本上是65万年以来的最高值，超出了65万年以来的波动范围。要是说太久远的数据精度还不够，那么两万年以来，目前大气中的二氧化碳浓度的确是最高值。使用1750年作为人类工业化的起点，工业化前的大气二氧化碳浓度是280ppm，2005年，这个数值达到了 379ppm，增加了100个ppm。这意味着什么呢？AR4技术摘要WG1 TS2.1.1里面的描述是： 自工业化时期以来，大气CO2增加所产生的辐射强迫为+1.660.17Wm2，其贡献显著大于本报告考虑的所有其它辐射强迫因子。在1995至2005年间，大气CO2增长导致其辐射强迫增加了20%。{2.3, 6.4, 6.5} 这个辐射强迫是什么东西？ 地球的能量收支，都是以辐射的形式来进行的。热的传递有三种方式，传导，对流，辐射。对于地球这个天体来讲，能量的来源是太阳。太阳与地球没有直接接触，两个天体之间也是真空，既不能传导，也不能对流，也只有辐射这一个方式来进行能量传递。地球对外也要散发能量，同样是因为地球周围的真空存在，既不能传导也不能对流，也只有辐射的形式把能量散发出去。实际上天体之间进行能量传递，也只有辐射这个方法是可行的。辐射强迫里面的这个辐射，实际上说的就是地球的能量吸收和散发的方式。 地球的能量是大致平衡的。也就是说，地球从太阳得到了多少能量，也基本上需要释放出去多少能量。不过实际情况要复杂一些。地球不是一个均匀的物体，地球外面有一圈大气，大气还分了层。最靠近地球表面的是对流层，10-20公里厚，不同地区不同季节厚度有变化。人就居住在这个对流层里面，绝大多数的活动也都发生在对流层里面。之所以叫对流层，是因为地表把最底层的大气加热，热空气受热以后上升，然后有冷空气下降补充缺失的空气，形成对流。大气中的绝大多数水蒸气都在这个对流层里面，水给大气增加了很多乐趣，什么云雾雪雨，都是水在不同条件下的形态，自然也增加了大气行为的复杂性，这样才有了风雨雷电等等各式各样的气候变化。气象学研究的主要对象就在这个对流层。对流层外面是平流层，距离地面10-公里以上。在平流层，低于30公里的高空气温变化不明显，保持在零下55摄氏度，所以也叫做同温层，再向外，是中间层、暖层、散逸层。因为影响具体气候的主要在对流层，而能量对于气候变化影响巨大，所以对流层与平流层的交界的地方的能量平衡，就成了研究的对象。描述对流层顶层（实际上说的是对流层和平流层的交界）的能量偏离稳定状态的指标，就是这个辐射强迫。 大气也是分层的 简单的来说，这个辐射强迫，就是对这个对流层顶的能量进出净值的定量描述。来往于这个层面的能量还是挺热闹的，外来的，是太阳的直接辐射，向外的，有地表直接向外的辐射，有大气向外的辐射。而影响这些辐射变化的因素又有很多，比如太阳黑子，比如火山爆发，比如温室气体，都对这个层面往来的能量有影响。这些具体因素对这个层面的辐射的影响，又可以单独分析，最终汇合成整体的这个层面上能量的变化。所谓的二氧化碳的辐射强迫，就是因为二氧化碳在大气中的变化，而导致的辐射能量的变化。为了描述方便，方向指向地面的辐射被定义为正值，也就是说太阳辐射如果增强，那么这个辐射强迫就是正值，而太阳的辐射如果减弱，那么这个辐射强迫就是负值。相对于一个稳定的状态，如果综合的辐射强迫成了正值，那么留在对流层内部的能量就要增多，如果综合的辐射强迫成了负值，那么留在对流层内部的能量就要减少。留在对流层内部的能量，与地表的温度有一定的关系，所以这个辐射强迫就与地球的温度有关系。这个概念，在研究气候变化的时候是非常重要的。研究各个因素对气候变化的影响，主要的研究对象就是这个辐射强迫。IPCC给出的描述是辐射强迫是由于气候变化外部驱动因子的变化造成的对流层顶净辐射照度发生的变化。既然是变化值，就需要有参考值。IPCC使用的参考值，是1750年的状态，并且在处理的时候，一般都是在指年平均的数值。 IPCC研究的辐射强迫，既包括大自然自1750年以来的变化导致的辐射强迫，也包括人类行为自1750年以来导致的辐射强迫，并对这两者进行比较，来判断哪一个是辐射强迫变化的主要原因。辐射强迫的单位是瓦每平方米，这个面积单位，指的是对流层顶的面积。 那么二氧化碳为什么会导致辐射强迫呢？因为大气中的二氧化碳会影响地球对外的辐射。这个作用，就是著名的温室效应。介绍温室效应先要详细描述一下地球的能量收支情况。前面讲了，地球从太阳以辐射的形式接收能量，自己也以辐射的形式向外散发能量。太阳辐射的能量，按照AR4引用的文献，在白天，到达大气顶层表面，平均是每平方米1367瓦特。这要扣除黑夜，以及角度问题，平摊到整个大气的顶层，要除以4，结果就是每平米342瓦。这每平米342瓦里面，有一部分被大气中的云层、气溶胶，以及大气本身反射，这个数值大约是每平方米77瓦。地表的水面、冰面、雪面、沙漠等平均下来也要反射每平米30瓦，总共反射了107瓦。反射掉的总共有大约30%。大气本身也可以直接吸收一部分，数值是每平米67瓦。余下的每平米168瓦被地表吸收。简单的说，地表吸收了太阳辐射的将近50%的能量。太阳辐射基本上在可见光谱波段，也叫做短波辐射，对于这个波段的辐射，大气的组分变化对于大气的反射和吸收的影响都很小。能够对这个波段的辐射产生较大影响的，有太阳辐射本身的变化、云层以及气溶胶的变化，这三者也就有自己的辐射强迫，以后会专门讲。地球向外的辐射是长波辐射，或者说热红外辐射。平均下来，地球从太阳接收的能量，应该等于地球向外辐射的能量。因为地球向外的辐射与地表的温度有关，就可以计算要实现这个能量平衡，地表温度应该是多少。这个温度，只与太阳的表面温度，太阳的半径，地球和太阳之间的距离，以及地球的反照率有关。按照前面描述的数值，可以计算地表的有效温度，应该是零下19摄氏度。 地球的能量收支平衡。细节以后说明 但是实际上，地球表面的平均温度是14摄氏度，比零下19摄氏度高了33摄氏度，造成这个差距的，就是温室效应。地表向外辐射的红外线，可以被大气中的一些组分吸收。实际上地表向外绝大多数的热红外辐射都被大气的这些气体吸收了。这些能量被大气吸收了之后，再向周围散发。这个散发就不仅仅是对外的了，可以是各个方向的。向外的一部分，最终散发出了对流层，完成地球的对外辐射和整体能量平衡，而其他方向的，就有一部分被反射回到了地面，增强了对地表的绝对辐射。这就等于是把热量留在了对流层和地表，从而加热地表和底层大气，造成底层大气和地表温度升高。这个效应就叫做温室效应。而当大气中具有温室效应的物质增多以后，大气就会吸收更多的地表放射的辐射，从而把更多的辐射反向回馈到地表或者保留在底层大气，从而加热地表和底层大气，这就叫增强的温室效应。当然要确定地表和底层大气的能量是否增加，不能只看温室效应一个因素，还需要考虑太阳辐射的变化、云层和气溶胶反射的变化，以及其他各种会影响地表能量平衡的所有变化，才能得到变化后影响的净值。这个复杂的模型我们以后再谈。对于单一的具有温室效应的物质来讲，其浓度的变化，对于这个地表低层大气体系的影响，就可以使用这个辐射强迫来描述，来看这种物质单独的影响。 对于二氧化碳来讲，其浓度的变化导致的辐射强迫，是可以计算的。这个计算还是挺麻烦的，要通过对光谱特征的仔细分析，一点一点地来计算其对红外辐射的吸收能力，也有的科学家使用其他方法估算。这方面的研究也一直有发展。IPCC的第一次报告FAR里面使用的计算方法，后来被发现比实际值偏高，所以在第三次报告TAR里面有所修正，AR4仍然使用了TAR的计算方法。AR4的报告到了总结阶段，2006年，有了一篇对光谱的详细分析文章计算这个辐射强迫，与 AR4使用的数值差距在10%误差以内，满足90%置信水平的要求，所以AR4对这个计算方法并没有修正。后来又有文献说辐射强迫综合值有可能会有20% 的误差，这些也只能等到第五次报告AR5里面才有体现了。 IPCC的AR4给出的结果是，自工业化以来，大气中二氧化碳浓度的变化导致的辐射强迫是1.66+-0.17W/m2。扣除掉反射，太阳提供给地球的能量也就是235W/m2，二氧化碳浓度增高一项就导致了相当于太阳净辐射0.7%的能量变化，还是很可观的。 上一篇： IPCC说了什么（二）冰封的信息 -
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IPCC说了什么（二）冰封的信息
songshuhui 2010-10-29 16:52
科学松鼠会 发表于 2010-10-28 10:35 作者：橡树村 可靠的大气中二氧化碳浓度的测量，最早也就是1950年代开始的。这之前的直接测量数据也有一些，但是这些数据误差很大，并且也没有人向Keeling那样仔细排除人类活动以及植被的干扰，所以这些数据，就放在故纸堆里面吧。时间过去了就是过去了，回不来的，直接测量历史上的数据已经不可能实现了。那么人们怎么知道这之前的大气二氧化碳浓度呢？在1980年代，人们找到了一个方法：测量冰芯里面气泡的气体含量。 在地球有一些地方，比如高山，比如南极，北极，一年四季的气温都低于零摄氏度。气温低不耽误这些地方降雪，而因为气温常年很低，这些地方的降雪基本上是不会融化的，逐渐沉积的最终形成冰川。雪是固体形态的水，也可以说是冰，但是这种冰并不是密实的一个整体，而是细小的固体堆积起来的，很蓬松，里面有不少空气。也就是说，下雪的时候的空气，就被存在了雪里面。等到雪停了，这里面的空气就会与外界环境的空气进行交换，有交换就有更新，雪里面的空气就不是下雪的时候的空气了。由于这些地区气温常年低于零摄氏度，这些地方的旧雪没有融化，就有新雪逐渐沉积，越积越多。新的雪自然就堆积在旧雪的上面。等到雪上面的新雪沉积了一定的厚度，那么旧雪就要被压缩了，这就是积雪。积雪的密度要比新雪的密度大，时间越久的积雪越在底层，承受的压力越大，密度逐渐增加。积雪能够被压缩，实际上是因为里面的空气被挤出来了，里面所包容的空气就越来越少。但是这个时候，积雪里面的空气仍然是与外界的空气连通的。等到积雪的密度达到一定的程度，气泡就会被完全密封，这个时候，气泡就不再与外界的大气进行交换，气泡密封的时候的大气的信息就得到保存。这个时候，上面积雪的厚度可能有几十米甚至上百米了。这就是说，人们可以通过到这些地方来采集冰芯的样品，通过对不同年代沉积的冰里面所包含的气体进行分析，来了解地球过去的大气的信息。 当然实际操作上要复杂很多。首先就是冰芯的采集地点。采集的地方，一定要保证即使在一年里面最热的时候，积雪也不能融化。一旦冰雪融化了，成了水，就会迅速和其他时代的东西混合，信息就没有什么价值了。对于气体分析来讲，一旦积雪融化，那么封闭的气室就不再封闭了。即使后来这些水再次凝结，但是时代信息已经很模糊了。所以取样的地方，要尽可能找一直很冷的地方。采取冰芯也涉及到一些技术问题。采样的方法，很像是中国古代盗墓贼使用的洛阳铲，当然也有了改进。取样的是一个长长的直筒，中间是空的。筒的外周底部是锋利的边缘，可以用来切割冰层。这样就可以通过把这个直筒施压，压进冰层里面去，直筒的里面就会充满了冰样，得到所谓的冰芯。一般这个直筒只有6米长，而实际上采样往往达到上百米上千米，这样就需要在同一个位置反复采样。这里面也有一些技术问题，就不细说了。 采集冰芯 取了冰芯，就要知道这些冰层是什么时间形成的。采集到的冰芯也是有层的，有点像年轮。因为每年气候的周期变化，形成的冰层会有一些区别，这样就会出现年轮一样的痕迹，一圈一圈数下去，大约就可以知道冰层的年代。有的时候，这个差距肉眼看着并不明显，但是可以通过化学物理的方法来寻找这个痕迹。但是这个方法对于比较近的年代还说得过去，对于久远的年代，就不方便了。冰层毕竟不是年轮，在比较近的时代，有可能一个季度就会形成一层，这个大约还可以判断出来，但是很久以前形成的冰，由于在高压环境下的时间比较长，几年甚至几十年的冰层会混合在一起，这个数数的方法就不能用了。这就需要借助其他手段。还好有一些可以作为参考的判断年代的依据。地球经常会发生一些很大的地质事件，特别是大火山喷发之类的，喷发出来的尘埃以及一些特殊的化学物质，一些时候可以覆盖全球，自然也会飘到冰川。这样，在积雪的时候，这些尘埃和化学物质也就被保存了下来，于是，分析这些尘埃和化学物质所处在的冰层，结合历史上的大的地质事件，就可以判断某个冰层形成的大致年代。如果有了几个这样的参考点，那么这几个参考点之间的冰芯沉积速度就可以估算了，于是，基本上可以推断出各个冰层的大致年代。这个年代的测定，随着冰层的久远，误差也越来越大，不同的估算方法之间可能也会带来年代判断的差异，所以对于久远的历史，有几十年的误差是正常的。不过随着技术手段的发展，这方面的精度一直在进步。 冰芯 下一个问题就是气体的年代的确定。冰这个东西，形成了以后，由于不融化，除了极少量的挥发，就留在冰层上面了，冰所蕴藏的信息，也就可以代表冰形成的那个年代的信息。但是气体不是这样。前面讲了，积雪里面的气体，在很长的时间里面，都是要与外界进行交换的，一直到把气室封闭。这样，冰层里面气体的年代，就要比冰的年代年轻。这个差距还是不小的，各个地方也很不同，甚至不同种类的气体封闭的年代都有区别。一般来说有几百年的时间，目前发现的纪录是7000 年。这个问题知道了就要处理，产生了不少处理方法。在2005年的时候，比较被接受的是计算被封闭的时候的积雪密度，结合积累速度、当时的温度（也是间接测量出来的）等来推测这个封闭年代与冰层年代的差距。在沉积速度快的时候，比如格陵兰的冰川，这个计算精度还是不错的。成长缓慢的冰川，这个精度还不大令人满意，不过这方面的技术也在进步中。 冰芯里面的气泡 气体有可能有污染的。比如其他物质缓慢反应释放二氧化碳，特别是一些尘埃里面的有机质，还有水里面的碳酸盐。不同冰样的污染是有区别的，不过这个可以通过比较不同的冰样来进行初步判定。这些反应速度也是很慢的，有的几千年的冰样仍然保留着那些没有反应的物质。这个污染对最终结果会有一些影响，需要考虑。最后就是气体的代表性。上一节讲过，大气中的二氧化碳浓度被认为是基本均一的，在这些没有人类活动影响，也没有植被的地方，当地空气中的二氧化碳浓度就可以代表大气中的二氧化碳浓度。于是，分析这些封闭在冰层里面气泡，就可以了解冰层封闭的时候的大气状态。这就是目前人们研究古代大气二氧化碳浓度变化的方法。 结果是什么样子呢？不同地点的冰川给出的结果还是很相似的，AR4里面引用的数据见下面左上角的图给出的两万年来的二氧化碳浓度变化，可以看出两万年前，大气二氧化碳浓度只有190ppm，平稳一段时间以后在1万3千年前升高到了240ppm，在大约1万年前升高到270ppm。人类的文明最早也就是这个时候了吧？在人类文明大部分时间里，大气中二氧化碳浓度基本上都在260-280ppm之间，最近的6000年有逐渐上升的趋势，最近两千年基本在保持 280ppm附近。然后，就是最近一百多年的大气二氧化碳浓度突然增高。从现有数据来看，这个增高的速率至少是最近两万年以来所没有的。在AR4的技术摘要中，对于历史上大气二氧化碳浓度的变化，给出的结论是：在工业化前的8000年里，大气二氧化碳浓度仅增加了20ppm，几十年到百年尺度上的变化少于10ppm，并且可能主要是由于自然过程。然而，自1750年以来，CO2浓度已经增加了近100ppm。 两万年来的温室气体浓度变化 目前有的地方可以提供80万年以前的信息，不过考虑到数据的可靠性，准确性等，一般只使用最近65万年的资料。AR4里面提供的65万年来主要温室气体在大气中的浓度变化数据见下面。从这些数据里面看，大气目前的二氧化碳浓度，在过去65万年里面，也可能是最高的。 65万年以来的温室气体浓度变化 上一篇： IPCC说了什么（一）大气中的二氧化碳
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IPCC说了什么（一）大气中的二氧化碳
songshuhui 2010-10-27 12:48
科学松鼠会 发表于 2010-10-26 14:42 作者：橡树村 http://blog.sina.com.cn/s/blog_628d8c2f0100mk7z.html 许多人对环保与气候议题感兴趣，却不知如何听取可靠的声音。许多人不相信人类活动导致全球变暖，但质疑时的根据却站不住脚。从今天起，我们将陆续授权转载橡树村老师的系列文章《IPCC说了什么》。正如橡树村所说： 无论正方反方，真要认真讨论（气候变化）这个问题，至少应该对这个报告有所了解，看看IPCC究竟讲了什么，或者说，主流科学界究竟讲的是什么。 橡树村： 人类有比较全面的气候和影响因素的观察也就是从1950年代开始的，相对准确的数据甚至要到1980年代以后。超出这个时间段范围的结论，可靠性都要大打折扣。如果你仔细看过IPCC报告，会发现IPCC的结论还是很慎重的。 见习松鼠poguy： IPCC的成立是在科学界已经基本上就人类活动可以导致全球变暖的科学事实达成共识的情况下成立的。虽然它本身是在1988年才成立的，但人类活动可导致全球变暖的结论则是在20世界70年代就基本建立了。真正关心气候变化问题，可以看看IPCC报告里面的三个中文文件。 http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/zh/contents.html 最近几年，气候变化很是一个热门的话题，争论非常热闹。不过很有趣，在大众媒介中参与讨论的众多声音里面，无论正方反方，对气候问题的误解非常多。支持气候变化与人类活动有关这个观点的，有不少各种各样的奇怪的误解，很是误导了大众；反方呢，就更热闹了，反对各个环节的观点的都有，比如有反对气候在变化的，有反对气候变化与人类行为相关的，有反对人类行为是气候变化的主要原因的，各种反对观点之间也并不统一。不过更加有趣的是，很多反对的实际上是自己对这个问题的误解，自己画一个明显错误的靶子然后去攻击（有一些靶子也是正方的支持者的错误宣传所导致的），然后进而否定整个气候变化与人类活动关系的结论。这样混乱的争论，对于不是相关专业的人看来，自然是理不清头绪。 关于气候变化的最全面的科学资料汇编是联合国国际间气候变化专门委员会IPCC所发布的报告，目前已经出到第四版，称为AR4，2007年发布，第五版刚刚开始编纂。无论正方反方，真要认真讨论这个问题，至少应该对这个报告有所了解，看看IPCC究竟讲了什么，或者说，主流科学界究竟讲的是什么。不过从我接触到的辩论来看，真读过这个报告的还真不多。报告可以在IPCC的网站下直接下载，全文是英文的，不过提供了中文的综合报告以及略微详细的技术摘要。对于普通民众来讲，读这个摘要就足够了。我对中文资料孤陋寡闻，没见到中文资料里面系统地对这个报告的通俗化解读，在这里做一个尝试。我不是相关专业的，只能是从一个具有一定科学训练的读者的角度进行解读，欢迎相关专业人士指出错误。 谈论人类活动对气候变化的影响，大气中的二氧化碳浓度的变化应该是最基本的概念了，那就从大气中的二氧化碳浓度开始说起。人类测量大气中的二氧化碳浓度的年头也不算短了，在19世纪的时候就开始进行。这些不同地点、时间得到的不同的二氧化碳浓度数值，变化非常大，基本上没有规律。早在1920年代，就已经有人注意到植物的活动会影响到农村地区的大气二氧化碳浓度，而燃料使用又会影响到城市大气的二氧化碳浓度。按照现在的知识，这个结果很好理解，植物的光合作用、呼吸作用是会影响其周围地区的二氧化碳浓度，燃料燃烧排放的二氧化碳，自然也会影响城市地区的二氧化碳浓度。不过很长时间里面对与大气中二氧化碳浓度的测量的精度都不够，也缺乏系统地观察。所以这些测量的数据的可靠性是很值得怀疑的。在这种测量精度的情况下，人们是无法得知二氧化碳的浓度在不同地区是否有区别，是否有变化规律的。实际上，当时极少有人关心大气里面二氧化碳的问题，普遍地认为，全球范围内的二氧化碳浓度是没有什么规律的，至少，各个地方应该是很不同的。 第一篇高精度的监测大气中二氧化碳浓度的文章发表在1958年，作者是Keeling。也许有必要讲一讲Keeling的成长历程，给不务正业的人们一点信心。Keeling在伊利诺伊大学念的是化学，没念完，最后以文科专业毕业，很神奇？尽管如此，他母亲的老邻居的孩子正在西北大学教书，还是给了他一个上研究生的机会，专业还是化学。这似乎是一个学术腐败的例子。Keeling对化学还是没兴趣，选课的时候，竟然随便选了地质学。弄不懂西北大学这是怎么个学制，反正Keeling念研究生上的是地质学的课，不过还是拿到了化学的博士学位。应该说Keeling做的工作还是不错的，他的博士是关于使用中子轰击聚乙烯的，涉及到核化学和高分子化学两个分支，他的工作上了专业杂志的封面。这个时候的化学博士非常好找工作，工业界有很好的位置，聚乙烯和核化学也都是很时髦的东西，不过Keeling再也不想做化学了，拒绝了多个工作，一心一意要做地质学，最终跑到了加州理工做地质化学的博士后。 Charles D Keeling 全球气候变化研究的先驱，2005年逝世 Keeling的博士后题目是要从矿石里面提取铀，这就要砸石头，大约算是地质专业人士的基本功？他对砸石头不感兴趣，天天东游西逛，老板倒不在意，索性给他换题。这一次，他要测量与石灰岩接触的水里面的碳酸盐含量，与大气中的二氧化碳浓度比较，看有没有平衡关系。这个题目Keeling 喜欢。也就是这个题目，导致了精确测量水中和气体中二氧化碳含量的装置的出现。精度达到了测量值的千分之一，优于当时任何其他测量设备。实验室的实验做完了，Keeling就要测量真实环境的二氧化碳，他先在系里的楼顶上取样。这时候出了麻烦，得到的大气中二氧化碳的数值变化太大了。浓度变化的原因不难找，Keeling所在的Pasadena，怎么说也是个城市，周围有工业污染，有汽车，等等，这些都是二氧化碳排放源，这些都在改变着城市大气中的二氧化碳浓度。要寻找一个不受人类行为干扰的，可以作为参考的二氧化碳浓度，Keeling就需要到远离这些污染的地方测量。于是，Keeling就跑到了太平洋边上的Big Sur州立公园。在风景如画的地方工作总是令人舒心的事情，在Big Sur公园，Keeling忽发奇想，决定在每隔一两个小时就取一次样。对于Keeling所作的研究来讲，这个做法是没有什么必要的，Keeling后来也给不出这么做的原因。可能是人高兴了，总会做一些自己解释不清楚的事情。正好，同一个组里面有人在研究大气中二氧化碳中同位素的丰度，样品里面的碳同位素的丰度也就顺便测试了。这就是世界上第一个系统观测一个地区大气中二氧化碳浓度变化的试验的来源。 Keeling的研究方向很快就证明是没前途的，所以他很快就放弃了对水中碳酸盐浓度的测试。不过气体里面的二氧化碳浓度引起了Keeling的注意：二氧化碳浓度，以及碳13的丰度，是有周期性变化的。Keeling发现晚上二氧化碳的浓度要高于白天的，碳13相对碳12的比例则有相反的变化趋势。 Keeling开始扩大测量范围，北到加拿大，南到墨西哥，找人迹罕至的森林去测量。这些测量导致了一个有趣的发现，下午的时候，二氧化碳浓度总是维持在 310ppm，和地点无关，晚上的浓度变化非常大，并且很难找到规律。碳13的丰度，在下午也是稳定的，与地点无关，而晚上，碳13的丰度变化也很大。不过碳13的丰度与二氧化碳的浓度看起来是有关系的。很奇怪的结果。当时的文献，说极地的二氧化碳浓度大约在150ppm，赤道附近的应该在350ppm。而Keeling的测试也跨越了不小的纬度范围，得到的最低值竟然是恒定的。然后Keeling把测试扩展到了没有森林的地方，去高山，去沙漠，甚至去大洋，发现，这些没有植被的地方，二氧化碳浓度与森林地区下午的二氧化碳浓度非常一致，碳13的丰度也同样一致。这就引起了一个问题，按说，下午是光合作用旺盛的时候，应该消耗二氧化碳，这样这个时候的二氧化碳浓度，就应该低于没有光合作用的地方的数据。为什么森林这个时候的二氧化碳浓度，和荒芜之地的二氧化碳浓度一样呢？解释后来找到了。Keeling的测量都是在良好的天气情况下测得的，这个时候，经过阳光的充分照射，森林附近的气体与高处的大气有非常好的混合，这样，森林附近的气体基本上可以代表大气的二氧化碳浓度。而在夜晚，这种混合是非常不好的，在地面会有一层高浓度的二氧化碳，仅代表靠近地表附近大气的二氧化碳浓度，由于影响这层二氧化碳的因素不少，夜间观测的数值差异就很大。这就导致了一个重要的结论：大气的二氧化碳含量，在很广泛的区域内，是有一个固定值的。在Keeling开始进行测量的1950年代后期，这个数值大约是310ppm。 这个发现引起了美国国家气象局的兴趣。气象局正好有测量大气中二氧化碳浓度的计划，在夏威夷刚刚建立一个观测据点可以用来观测，Keeling提议增加极地的观测点，同时在这两个地方开始使用可以连续测量二氧化碳的装置。与此同时，在多个气象观测站也开始送样测量二氧化碳浓度，包括飞机在飞行中高空取样等等。这个计划交给了Keeling主持。在夏威夷的观测从1958年三月开始，连续监测一开始就发现了二氧化碳的浓度与季节有关。二氧化碳浓度从三月份持续上升到五月份，然后开始下降，到九月份达到低谷，开始上升。这个周期性变化，在1959年完全被重复。这个变化与北半球的植物有关，春天植物的叶子增多后，光合作用加强，大气的二氧化碳浓度会降低，而秋天植物开始落叶后，光合作用减弱，二氧化碳浓度就开始上升。1961年，Keeling又建造了一套精确测量装置，这一次，精度提高到了0.1ppm。飞机取样的结果也出来了，与夏威夷的观测结果吻合，在空中同样有二氧化碳浓度的季节性变化。 Keeling这个时候也发现，在北半球，这个二氧化碳年度周期波动很大，在南半球，这个波动很小。这可以用北半球植被比南半球的植被多很多来解释。夏威夷这个地方的观测，到现在还在进行，拥有最完整的连续观测记录。 早在1950年代，就有人总结了大气中二氧化碳的的浓度，认为大气中二氧化碳浓度在上升。由于当时测量的误差太大，这个结论的可靠性非常值得怀疑。不过 Keeling也开始留意这个方向，所以在自己的测量计划开始的时候，就有长期监测的打算。到1961年，Keeling把新数据与自己早期的数据比较，就已经发现了二氧化碳浓度的略微上升，到1962年，连续两年多的观测，已经可以肯定这个趋势，这个时候观测到的二氧化碳浓度增加，是每个月增加 0.06ppm。当然这个时间还太短，说明不了什么问题。这个趋势到1960年代后期就很明显了，1970年，大气中二氧化碳浓度已经增加到 320ppm，10年增加了7个ppm，并且隐约可以看到增加的速度在变快。到1970年代末期，Keeling的这个观察终于引起了人们的重视。 Keeling测定的夏威夷大气二氧化碳浓度的变化 1980年代开始，其他人加入了观测队伍。二氧化碳监测站的数量开始增多，遍布六个大洲，数据后来也统一提交给世界气象组织建立的世界温室气体数据中心 WDCGG汇总。研究也很快扩展到了一些相关的气体以及同位素的监测。有代表性的，是下面这个图。这里面显示了1970年到2005年夏威夷（北纬19 度）和新西兰（南纬41度）两个观测时间最长的地点的结果。上面图里面的黑线的是夏威夷的，蓝线是新西兰的。这里面二氧化碳浓度长期的上升趋势非常明显，每年的周期也很明显，并且，北半球的二氧化碳浓度年度波动明显高于南半球的波动。仔细看的话，南北半球波动的波峰波谷也是相反的，符合季节性差异的解释。这个图右下的两条线是氧气和氮气的比值的变化，也有明显的周期性和长期变化规律。下面的图的红线是大气中碳13与碳12的比例的变化，可以看到碳13的变化也是很明显的，这个解释后面谈。黑线是每年化石燃料和水泥行业排放的二氧化碳的量，单位是十亿吨碳。这里没有包括土地变更导致的碳排。这张图里面可以看出，从1960年代开始的大气二氧化碳浓度增高的趋势，还是非常明显的。 二氧化碳及相关数值变化 不过精确的仪器测量最早也就是1950年代开始的，这些数据最多就是在说，从1950年代以后，大气中二氧化碳的浓度的确在增长。要是觉得Keeling 早期的工作代表性不足，那么在1980年代甚至1990年代全球上百个观测站的数据的结果，应该还是很充分的。到了1990年代以后，对于数据的要求也越来越严格，实际上Keeling这个夏威夷站的数据由于有0.5ppm的偏高（这个观测站海拔3400米，有点太高）已经被排除在计算平均数的测量站范围之外，当然这种系统性的偏差是可以校正的，不影响夏威夷站长期观察的价值。增长的幅度的，按照一些文献的数据，的确有增快的趋势。IPCC的AR4收录的最新的二氧化碳浓度数据，是SIO的9个站点与NOAA/GMD的40个站点的平均结果。SIO站点的数据是378.75+-0.13ppm，NOAA /GMD的平均值是378.76+-0.05ppm，综合起来，2005年大气二氧化碳浓度已经达到了379ppm，比Keeling1960年观察到的 313ppm高出了66个ppm。从1960年到2005年，大气中二氧化碳平均增长率是每年1.4个ppm，而1996年到2005年十年，这个增长率是每年1.9个ppm。比较我们前面提到的，1960年代平均增长率只有每年0.7ppm，这个增幅的变化，也是明显的。 这样，1960年以后，大气中二氧化碳浓度的增加就是非常可靠的结论了。那么这以前的呢？没有可靠的直接测量数据，二氧化碳的浓度怎么推断呢？
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[转载]Dear Colleague Letter on IPCC
zuojun 2010-10-16 03:49
NOTE: Read the title and then go to the bottom to read the last paragraph. Then, you can decide whether or not you want to read the rest of this Dear Colleague Letter. NSF 11-006 Dear Colleague Letter Inviting RAPID Proposals for Analysis of Climate Model Simulations for the IPCC Fifth Assessment Report Dear Colleagues: The Climate and Large-scale Dynamics (CLD) program is accepting proposals for one-year projects to analyze climate model simulations of present-day climate prepared in anticipation of the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR5). Our objective in writing this letter is to increase community-wide diagnostic research into the behavior of the current generation of coupled climate and earth system models used for future climate simulations and initialized climate predictions. Research conducted in these projects is expected to lead to more detailed model intercomparisons, better understanding of robust model behaviors, and better understanding and quantification of uncertainty in future climate simulations. Modeling centers in the U.S. and internationally are conducting late 19th - 20th century simulation experiments and 21st - 23rd century projection experiments in support of the IPCC AR5. A wide variety of 19th - 20th century simulations will be available beginning in late 2010 from dozens of modeling centers worldwide including, in the US, the National Center for Atmospheric Research (NCAR), the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), the Goddard Institute for Space Studies (GISS), and the NASA Global Modeling and Assimilation Office (GMAO). These simulations include near-term initialized predictions, longer-term projections using a variety of forcing scenarios (in the form of both concentrations and emissions of radiatively active gases), and a number of model configurations (e.g. active carbon cycle, initialized ocean state, and high resolution time slice simulations with prescribed sea surface temperatures). To promote diagnostic analysis of these simulations, we invite proposals for studies of late 19th - 20th century simulations through intercomparisons and comparisons with observations. The analysis of multiple models and ensembles is especially encouraged. Examinations of physical climate features and processes such as regional climate, climate variability and trends, modes of natural variability, hydrological cycle behavior, and extreme events are appropriate. In addition, we encourage analysis of initialized decadal hindcasts and predictions for predictability studies of the climate system on interannual to decadal time scales. Projects which evaluate the climatic effects of carbon cycle feedbacks, aerosol indirect effects, and atmospheric chemistry are also appropriate. Model output and selected observational data sets for the research will be available from PCMDI and the Earth System Grid (see http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/index.html?submenuheader=0 ). The research to be funded is expected to commence in early 2011. Successful PIs will be expected to participate in and discuss their results at the WCRP Open Science Conference ( http://www.wcrp-climate.org/conference2011/ ) and a special workshop focused on CMIP5 model results being planned for Spring 2012. Research projects will be funded through the NSF Rapid Response Research (RAPID) award mechanism, which enables funding for fast-response research (see http://www.nsf.gov/pubs/policydocs/pappguide/nsf11001/gpg_2.jsp#IID1 ). Researchers wishing to propose a project should send, via an email to Eric DeWeaver ( edeweave@nsf.gov ) at the CLD program, a brief description of the proposed work, including the scope, approach, and approximate cost of the project. These emails will be shared with program managers from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and the National Aeronautics and Space Administration (NASA), and researchers will be notified if their projects are of interest to either of these agencies. Researchers whose projects are of interest to the CLD program will be encouraged to submit RAPID proposals through the NSF FastLane system. To be considered, emails must be received by 5:00 pm, submitter's local time, Friday, November 12, 2010. It is anticipated that the majority of awards will not exceed $30,000, and that 10 to 15 awards will be made. Sincerely, Eric T. DeWeaver Program Director Climate and Large-scale Dynamics Program
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[转载]IPCC可信吗？“过度宣传”气候变暖的威胁？
杨学祥 2010-2-24 12:01
IPCC可信吗？过度宣传气候变暖的威胁？ 2010年02月23日 09:59　来源：文汇报　发表评论　　 　　联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)一直是个声誉卓著的机构，但如今却面临着空前大量的批评意见。 　　最近，美国《科学》杂志将对IPCC的各种批评和评论意见分为五个方面进行了综合报道。 　　1、喜马拉雅冰川何时消失 　　IPCC在2007年报告中涉及气候变化影响的一部分，包括关于亚洲一章的声明中(见报告第493页)中称，喜马拉雅冰川正在以比地球上任何其他冰川都要快的速度在迅速消失，并且有可能性在2035年之前消失，如果地球继续以目前的速度变暖，这一天将有可能更快到来。但这一说法受到了印度政府去年发布的一份报告的质疑，报告认为，喜马拉雅地区的许多冰川不退反进，还有一些冰川则保持着目前的稳定状态。该报告的结论首次在2009年11月的《科学》杂志上发表，一位加拿大的冰川研究专家在给《科学》杂志的一封信中认为，IPCC在2007年报告中认为喜马拉雅冰川有可能很快消失的说法是站不住脚的。 　　IPCC主席帕乔里一开始为IPCC辩护，称印度政府的报告为伏都教的巫术科学，与该国政府中的科学家之间开始了一场争论。但在1月20日，IPCC的领导班子在仔细研究了这个问题后，发表了一个声明，为在这个问题上未能很好地行使IPCC信誉卓著的程序而表示歉意。专栏报道对此评述道，澳大利亚人对这一失误也进行了猛烈抨击，正如一些新闻记者和博客博主所指出的那样，11月在《科学》杂志上撰文的记者帕拉瓦班戈拉，曾在2009年年底向帕乔里指出了这个错误，但直到2个月后IPCC才发表了更正声明。 　　2、非洲作物产量会否减半 　　英国《泰晤士报》网络版是最早提出这一预测为错误的，称这一断言是至今为止所出现的最重要的问题。博客博主理查德诺斯对该问题进行了详查，称IPCC的综合报告中反复重申了这一观点(该报告对三个工作组的报告进行了总结和概述)，其结论是建立在模糊不明的科学依据上的。气候变暖将如何影响到非洲的农业，IPCC的报告比包括英国斯特恩评估在内的其他任何预测估计都更悲观，此外，英国气象局强调了对非洲作物生产力预测的不确定性。 　　2009年发表在《科学》杂志上的关于气候变化对农业生产影响的文章随后在54篇论文中被引用，《科学》的研究表明，即使用最低端的23个气候模式，到本世纪末的热带地区，以历史记录上最热的季节作为未来许多地方的标准，小麦和水稻产量也将受到灾难性的影响。 　　3、灾害损失评估有无根据 　　1月24日，英国《星期日泰晤士报》在时隔三年之后，重提了IPCC报告中的灾害损失评估问题，报告中称，世界各国因20世纪70年代以来极端天气事件的影响，所受的经济损失急剧上升。该论断所依据参考的是英国灾害研究专家罗伯特缪尔-伍德的一项研究，IPCC还引用了美国科罗拉多州立大学环境科学与政策教授罗杰皮尔克的研究结果。报告称，为了强调气候变暖进一步恶化经济的事实，报告不仅从科学文献中选用了得出该结论的论文，而且还引用了皮尔克论文中的具体内容。 　　IPCC辩称《星期日泰晤士报》的报道是在进行误导，并且毫无根据，忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)对此持相同观点。但皮尔克在对IPCC的辩护进行反驳的文章中称IPCC的反应是一种糟糕的表现。 　　4、亚马逊雨林有多敏感 　　即使降雨稍有减少，多达40%的亚马逊雨林也有可能会受到极严重的影响，2007年的报告中称。英国保守派报纸《泰晤士报》称此论断为假想臆断，指出得出此结论所参考的是世界野生动物基金会一份未经同行评论的报告。但IPCC报告中引证了其相关论点的一些森林科学家也出面为40%亚马逊雨林受气候变暖影响的声明辩护。 　　5、主席的利益冲突 　　去年8月2日《纽约时报》的报道中披露了关于IPCC主席帕乔里薪水的资料以及他在印度经营的能源研究所的情况。德国《明镜报》发表的一篇专栏文章中，皮尔克与汉堡大学经济学家理查德托尔、气候学家汉斯冯斯多赫说道，IPCC需要采取类似于联合国或美国联邦机构那样的利益冲突指导准则，如果能照此办理的话，帕乔里将不再适合领导IPCC。他们指出，帕乔里似乎并没有任何违规行为，原因很简单，那是因为没有任何规范IPCC成员和领导人在利益冲突方面的行为准则。 　　IPCC未来何去何从 　　《华尔街日报》对目前这种状况发表评论文章称，科学家们担心，对IPCC2007年报告紧锣密鼓的批评指责声正在损害IPCC报告在公众心目中的可信度。《华尔街日报》没有提供支持这种担忧的相关数据，但耶鲁大学和乔治梅森大学进行的一项民意调查发现，被调查者中认为全球变暖正在发生的从2008年的71%下降到了2010年1月的57%，目前还不能确定这是否与IPCC目前的问题有关系。 　　IPCC面临来自政界人物的批评也比以往任何时候都要多。在喜马拉雅冰川的有关数据资料被披露后，英国绿色和平组织负责人呼吁帕乔里下台，美国怀俄明州共和党参议员约翰巴拉索和其他一些人也表示了同样的意见。前美国阿拉斯加州州长萨拉佩林在最近对公众说道，对包括北极熊在内的濒危物种名单所作出的保护工作都是建立在这些全球变暖的研究结果之上的，而现在我们所看到的是一连串如骗人万灵油那样的科学结论。 　　2月2日和4日，IPCC发布了两个文件，阐述了其原则和程序，并宣布说对于我们所知道的和所不知道的，科学界和全世界都可以相信IPCC能够如实地提供情况。但这两个文件并没有广泛宣传，目前还不清楚它们是否能够产生任何影响。公共关系不是我们的强项，IPCC第二工作组副主席、卡内基研究所的生态学家克里斯菲尔德对《科学》杂志如此说道。 　　近期《自然》杂志登载了气候科学家的一组短文，文章提出了各种改革建议，包括从根本上对IPCC这个国际气候组织进行重组和调整，改革其运作程序，加快其气候报告出台的速度，或以维基百科式的机制代替之。《卫报》近期的一篇文章也列出了一些可供选择的改革建议，很多人认为，IPCC如今已经变得过于庞大和臃肿。 　　美国《国民评论》(The National Review)杂志评论道，因最近发生的一系列事件，IPCC的下一个报告可能不会有多大意义，他们认为，由于科学家对气候变暖威胁的过度宣传，全球变暖的惊险游戏看起来似乎正在走向终结。 【编辑:蒲波】 http://www.chinanews.com.cn/cul/news/2010/02-23/2133011.shtml
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自然驱动是全球气候变化的主要因素
热度 1 Jyangming 2010-1-25 15:29
自然驱动是全球气候变化的主要因素 IPCC 全球变暖观点的点评 目 录 前 言 . 1 第一章 针对IPCC 报告的点评 . 3 1.1 观测到的气候变化 . 3 1.2 IPCC 对全球气候变化的归因分析 . 5 1.3 人类活动并不是全球气候变化的主要驱动因素 . 6 1.3.1 冰川融化并不能说明人类活动导致全球气候变暖 . 7 1.3.2 全球 气候模型夸大了人类活动对全球气 候变暖的影响 . 7 第二章 IPCC 报告 中存在 的众多 不确定性 . 9 2.1 全球气候变化研究方法中的不确定性 . 9 2.2 全球气候变化驱动因子的不确定性 . 10 2.3 IPCC 气候模型中的众多不确定性 . 12 2.4 IPCC 报告中数据的不确定性 . 16 2.5 IPCC 报告所 依据 的气温记录不确切 . 19 2.5.1 陆地气温记录不具代表性 . 19 2.5.2 海洋测温数据覆盖面不足 . 20 2.5.3 20 世纪全球气候变暖的结论不符合事实 . 20 2.6 对IPCC 点评的小结 . 22 第三章 温室 气体与全球气候变化 . 25 3.1 二氧化碳浓度与气温变暖没有必然联系 . 25 3.2 二氧化碳浓度变化趋势还不能 被 很好地解释 与 控制 . 25 3.3 二氧化碳的源 与汇规律还没掌握 . 26 3.4 大气中的温室气体主要来源于自然界 . 27 第四章 自然驱动是全球气候变化的主要因 素 . 29 4.1 近50 年全球大气温度变化属于气候正常的波动 . 29 4.1.1 高精度卫星数据显示近30 年大气温度属于气候的正常波动 . 29 4.1.2 历史资料显示20 世纪后期的气温变化 属于气候的正常波动 . 29 4.2 竺可桢关于中国近五千年来气候气候变迁的研究 . 30 4.2.1 竺可桢关于中国与西欧气温变化的研究 . 36 4.2.2 中国五千年气候变化之规律 . 38 4.3 太阳活动对全球气候变化的驱动 . 38 4.4 地球系统自组织作用对全球气候变化的驱动 . 39 4.5 地球系统自身演化导致海平面上升 . 40 4 .6 行星对地球的影响及对全球气候的驱动 . 41 4.7 自然活动对全球气候变化影响 . 42 4.8 节能减排， 保护生态环境、 发展低碳经济 与循环经济 . 43 参考文献 . 43 前 言 目前，全球气候变化已经成为各国政治、经济、科学等领域重点关注的问题。 2007 年，联合国政府间气候变化委员会 (IPCC) 公布了它的第四次评估报告，报告指出过去 100 年，全球地表评价温度升高了 0.74 度，海平面升高了 0.17 米 ，该报告认为过去 50 年观测到的地球平均温度升高有 90% 以上的可能性是由人类活动引起的，主要是人类活动引起的温室气体排放的增加， 导致其捕获本来会逃离大气层的能量，从而导致全球变暖 ；其重要依据是工业化之前大气中 CO 2 为 280ppm ，现在为 380ppm 。 IPCC 报告指出全球气候变化给人类及生态系统带来了的巨大生存危机：极端天气、冰川消融、永久冻土层融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、生态系统改变、致命热浪、水资源短缺、干旱与洪涝频发、土地沙漠化加剧、水土流失面积扩大、山地灾害加剧、大气成分改变等。 但目前有很多科学家对此提出了大量与 IPCC 观点相左的意见，并用大量的证据来论证，认为在全球气候变化的驱动因子；人类活动与全球变化相互作用机制；人为温室气体排放对全球气候变化的影响；自然灾害对全球气候变化的影响等方面还存在极大的争议，我们根据国内外科学家长期的科研成果，经过初步论证提出自然驱动是全球气候变化的主要因素，这是 全球变化的基本事实。这对于探讨全球变化的客观规律，预测全球演变的趋势，促进人类与地球生态系统的可持续发展具有重大意义。 第一章 针对 IPCC 报告的点评 本章首先介绍 IPCC 报告中指出的全球气候变化观测结果，接着说明气候观测中存在的缺陷与不确定性，最后说明 IPCC 对全球气候变化的归因分析及其不足。 1.1 观测到的气候变化 IPCC 报告指出全球气候变暖是毋庸置疑的，目前观测到全球气温和海洋温度升高、大范围积雪和冰融化、全球平均海平面逐渐上升，这些观测结果表明全球气候变暖明显（ IPCC AR4WG1 3.9 ）； IPCC 应用曲棍球棒模型推论出近 50 年来，全球气候呈稳步增温，但模型没考虑气候变化的不确定性因素，并忽略了大量的自然驱动因素，目前已经有很多学者质疑 Mann 的曲棍球 棒 模型。 Lo Yang 指出 全球气候变化观测中的 测温站主要分布在城市，测得的地表温度容易受人类活动的影响，如测温点周边热源、城市热岛效应等影响 （ Lo Yang,2008 ； McKitrick,2003; Michaels,2004 ）， 但 IPCC 的数据没有对城市热岛效应进行控制 ，而应用高精度的卫星数据分析结果显示 30 年来全球气温呈震荡变化，除受厄尔尼诺等重大自然现象影响外，并没有出现异常的增温现象（如图 1 ），从图 1 可知自 1979 年到 2009 年，全球大气温度除 1985 年和 1993 年由于厄尔尼诺冷却效应产生较大的气温下降， 1999 年由于厄尔尼诺热效应产生较大幅度的升温外，全球气候都呈现较小幅度的起伏震荡，如在 2002 年至 2007 年全球气温较高，但并没出现逐步上升趋势， 2007 年至 2009 年，全球气温出现小幅下降；目前对冰雪、冰盖和冻土观测资料有限，海洋观测数据严重缺失及分析结论信度低，而应用加勒比海地区的历史数据显示自 最近的冰期以来海平面一直呈升高趋势，并且近 几千年来，海平面以几乎恒定的速率上升，与大气温度没有明显关系（如图 2 ， Toscano Macintyre 2003 ），从图 2 可知自 18000 年前的冰期以来，海平面一直处于上升趋势，在距今 18000 年的冰期全盛期以来，海平面总共上升了 120 米 ，而自距今 8000 年前开始，不论全球气温如何变化，海平面几乎以恒定的速率 每世纪 18 厘米的速度上升。上述气候变化观测资料显示，近 50 年来全球气候变化属于自然震荡变化，并未出现异常增温现象，海平面均速升高也符合自然变化规律。 图 1 卫星观测到的全球大气温度变化趋势 图 2 自最近的冰期以来海平面升高趋势 1.2 IPCC 对全球气候变化的归因分析 IPCC 认为过去 50 年大部分的全球变暖很可能是由人为排放温室气体增加所致，并且各大陆（南极除外）出现了可辨别的人为变暖（ IPCC AR4WGI 9.4 ）；过去 30 年的人为变暖可能在全球尺度上对观测到的许多自然系统和生物系统的变化产生了可辨别的影响（ IPCC AR4 WGII1.4 ），他们认为自 1750 年以来，人类活动的净影响已成为变暖的原因之一，而 20 世纪初的变暖很可能归因于人为强迫（ IPCC AR4 WGII2.7,2.8,6.6,9.3 ）。 IPCC 认为全球气候变暖是人类活动驱动的，其重要依据是自工业化时代以来，人类活动引起全球温室气体排放量快速增加，其中在 1970 至 2004 年期间增加了 70% （ IPCC AR4 WGII2.1 ）。但 IPCC 报告和大量研究都表明大气中温室气体呈现过很大的年际变率，并且目前还没有很好地确定自然环境、自然活动、太阳活动引起的温室气体变化；如图 3 所示的是近 50 年来 CO 2 年排放量与大气中 CO 2 年增长的关系图，图中柱状表示 50 年来大气中 CO 2 浓度的变化趋势，曲线表示石化燃料引起的 CO 2 排放量变化趋势 (IPCC 2007,p.516) ，从图可知大气中二氧化碳浓度是受火山活动、厄尔尼诺等自然活动的影响产生波动，并不是主要由石化燃料排放量决定的。 IPCC 认为鉴于各种气候过程、反馈及其相应的时间尺度，即使温室气体浓度趋于稳定，人为变暖和海平面上升仍会持续数个世纪 , 全球极端事件（热事件、热浪、强降水等）的发生频率很可能会持续上升（ IPCC10.3,10.4,10.5,10.7 ）。 图 3 CO 2 年排放与 CO 2 年增长关系图 1.3 人类活动并不是全球气候变化的主要驱动因素 IPCC 报告中很多结论没有提供充足的证据，其气候模型中通常将自然驱动因素排除，再通过修正，而得出全球变暖是人为造成的（ S.Fred Singer ， 2008 ）。 1.3.1 冰川融化并不能说明人类活动导致全球气候变暖 冰川融化并不能说明人类活动导致全球气候变暖：诸如大西洋的冰川消融和消失并不能说明人类活动导致了全球气候变暖，因为不管是自然还是人为因素使气候变暖都可能导致冰川消融，因此从冰川消融推断出人类活动导致全球变暖是一个非常明显的逻辑错误。 1.3.2 全球 气候模型夸大了人类活动对全球气候变暖的影响 全球 气候模型夸大了人类活动对全球气候变暖的影响：大气模型中有近 100 个参数，而 Stainforth 在计算气候敏感性的时候仅用了其中 6 个参数。大气模型中的参数主要和云的形成与消失有关（ Murphy et al.2004 ），云的反馈机制是气候敏感性中的最大不确定性源（ Cess,1996 ），而 IPCC 报告中应用的云反馈机制简单化为正反馈，忽略了云的负反馈机制（ Spencer ， 2007 ）。 John von Neumann 指出模型参数的个数及精度对模拟结果具有重要影响，因此在对气溶胶的辐射强迫没有充分的知识（ James Hansen ， 2007 ），驱动全球气候变化的强迫因子还没能准确有效定义（ Hansen 1998 ）等一系列不确定性条件下，忽略大量的自然因素，仅选 6 个大气参数来模拟全球大气温度变化必然存在很大的不确定性，事实也证明 IPCC 模拟的大气温度与热带及美国的实际观测结果不相符（如图 4 ）。 目前，所有大气模型模拟结果显示热带高纬度地区气温趋势是随海拔高度增加的，到海拔高度为 10KM 时，大气温度将为地表温度的 2 倍。然而观测数据显示：热带高纬度地区大气温度并没有按预测的趋势增温，反而是出现了小幅度的降温 (CCSP 报告， 2006) 。如图 4a 所示的是 应用大气模型 (PCM) 综合太阳辐射、温室气体、火山活动、对流层与平流层臭氧变化、硫酸盐气溶胶直接强迫等作用，模拟 1890 至 1999 年区域平均气温变化趋势（ Santer et al .2003a ）；如图 4b 是应用 HadAT2 探空资料 获取的气温随纬度和海拔高度温度变化趋势（ CCSP 2006,p.116 ）。通过两图对比可知对大气模型预测的温度随海拔与纬度变化趋势与实际观测结果不相符，说明人为活动引起的温室气体排放导致全球变暖的假说不成立。从上述资料，我们得出的结论是全球气候变化主要是自然驱动，而人为驱动因素起的作用并不是主要因素。 图 4a 温室气体模型预测随纬度和海拔高度变化温度变化趋势 图 4b 应用 HadAT2 探空资料 获取的气温随纬度和海拔高度的变化趋势 第二章 IPCC 报告中存在的众多不确定性 在 IPCC2001 年的报告中承认 在全球气候变化研究和模型中还有很多非线性混沌系统，因此对长期的气候变化预测是不可能的 （ IPCC-TAR 2001,p.774 ）。同时 IPCC 的气候模型中的一些参数存在着严重的不确定性，因此很多应用气候模型得到的模拟结果与实践观测数据存在重大差异，甚至是互相矛盾。本章通过分析 IPCC 气候模型中存在的众多不确定性因素、 IPCC 观测数据的不确定性、 IPCC 全球气候变化研究方法中的不确定性、全球气候变化驱动因子的不确定性等方面，指出 IPCC 通过气候模型，应用简化的气候参数来模拟全球气候变化，得出全球气候变暖很可能由人类活动引起的结论可信度低。 2.1 全球气候变化研究方法中的不确定性 本节通过论述 IPCC 气候模型在预测全球气候变化中的重要不确定性，区域气候变化研究的缺失及气候模型选择的问题等方面质疑应用气候模式来模拟及预测全球气候变化的研究方法的可靠性。 (1) 全球气候预测中的不确定性 ：大量科学研究显示由于气候变化是一个极其复杂的综合系统过程，大气循环受到太阳辐射、水汽、气溶胶、大气颗粒物、云层、降水、极端气候因素等影响，以目前的科学技术预测近期的气象变化都存在着较大的不确定性，应用大气模式来预测十年、百年的气候变化问题毫无疑问可信度是很低的。 IPCC 报告中也提到了全球气候预测中的众多不确定性：极端降水的幅度和地理位置的模式预估结果存在较大的误差（ IPCC10.3,11.1 ）；气候变率（如 ENSO ）的一些主要模态的响应仍因模式的不同而有差异（ IPCC10.3 ）；未来碳循环反馈强度仍不能充分确定（ IPCC7.3,10.4 ）。 (2) 区域气候变化研究的缺失： IPCC 报告中承认某些地区缺乏区域气候变化的研究，特别是缺少有关气候极端事件的研究（ IPCC11.2-11.9 ）。 (3) 气候模型选择的问题： IPCC 没有应用广为接受的模型来说明全球变暖多大程度上是由自然因素和多大程度上是由温室气体排放增多引起的。目前应用最先进的温室气体模型（ state-of-the-art GHG models ）得出的结论是：人类活动的作用并不大。从十年度和从百年度的时间尺度上说，太阳活动与大气云层的作用，会导致气候变化，因此太阳活动也可能大致全球气候变化，而 IPCC 过分强调温室气体对全球变暖的影响，低估太阳活动、地球系统本身演化规律等引起的气候变化。 2.2 全球气候变化驱动因子的不确定性 IPCC 气候模型对气候变化的驱动因子分析与研究还有很多不足，特别是在气溶胶对云特性的作用规律、平流层中水汽变化原因及辐射强迫、气溶胶和辐射强迫时空分布规律、温室气体增长变化及时空分布规律、辐射强迫定量化等方面还存在较大的不确定性。 （ 1 ）气溶胶对云特性的作用规律： 关于气溶胶对云特性改变的全过程尚未有充分的认识，对与气溶胶相关的间接辐射效应强度没有很好的定论 .(IPCC2.7, IPCC7.5) 。有大量证据显示云层覆盖的地球面积超过 25% ，并对气候变化有重要的影响，因此，气溶胶对云层特性的作用机制的不确定性，将会影响基于模型推论全球气候变化的可靠性。 （ 2 ）平流层中水汽变化原因及辐射强迫： IPCC 对平流层水汽变化的原因及辐射强迫仍不能进行很好的定量化 (IPCC2.3) 。根据大量科学研究显示，大气中水汽的含量远大于二氧化碳，而且全球 CO 2 循环过程主要是由太阳辐射和水汽驱动的，因此全球的水汽分布、循环过程，特别是平流层的水汽变化及辐射强迫对全球气候变化具有重要影响，因此在未能很好地对平流层中水汽变化原因及辐射强迫进行定量化的基础上，应用模型来模拟全球气候变化缺乏可靠性。 （ 3 ）气溶胶和辐射强迫时空分布规律： IPCC 对 20 世纪气溶胶变化产生的辐射强迫的地理分布和时间变化仍不能进行很好的特征表述（ IPCC2.4 ）。 （ 4 ）温室气体增长变化及时空分布规律： IPCC 对大气 CH4 增长率最近变化的原因仍缺乏充分的认识（ IPCC7.4 ）；还不能很好解释工业化以来对流层臭氧浓度增加的不同因子的作用 (IPCC2.3) 。 （ 5 ）辐射强迫定量化存在不确定性 : 辐射强迫是 IPCC 推理 CO 2 浓度增加导致全球气候变暖的重要依据，但 IPCC 对产生辐射强迫的地表特性和陆地 - 大气相互作用仍不能很好的定量化（ IPCC2.5 ）；因此必然导致 IPCC 气候模型模拟结果缺乏可靠性。 (6) 太阳辐射强迫对气候变化贡献的不确定性 : IPCC 对世纪时间尺度的太阳辐射强迫变化对气候变化贡献的知识并没有建立在直接测量的基础上，因此在很大程度上依赖于对物理过程的认识（ IPCC2.7 ）。而 IPCC 中又指出全球气候变暖是由于 CO 2 引起的辐射强迫变化，导致地球对太阳光能的接收变化引起的，因此在太阳辐射强迫对气候变化贡献仍缺乏充分认识的情况下，推断温室气体导致全球变暖可信度不高。 (7) 历史突发气候变化和演变机理认识不足： IPCC 报告中承认对历史突发气候变化的认识和演变机理以及相关气候阈值仍缺乏充分的认识，这降低了气候模式模拟突发气候变化能力的信度（ IPCC6.4 ）。 （ 8 ）冰盖自身变化规律认识的缺乏： IPCC 报告中承认对历史冰盖退缩的程度、此类变化的速度以及其过程仍缺乏充分的认识（ IPCC6.4 ）。 （ 9 ）气候变化的认知和归因不确定性： IPCC 报告中承认一些气候变化现象归因于人类影响的信度受到辐射强迫以及反馈和观测中存在的不确定性的影响（ IPCC9.4 ）；人为强迫对海洋热容量的增加和冰川消融作用的进行定量化研究严重缺乏，以及 1961 年至 2003 年海平面收支中空白部分导致了人为活动对海平面上升作用定量化的不确定性 (IPCC9.5) ；对降水和地表气压强迫变化认识的信度低（ IPCC9.5 ），缺乏对极端气候的检测和归因研究或此类研究数量极少，因而 IPCC 报告中的全球气候变暖的归因分析受到了重大的限制（ IPCC9.5 ）。 (10) 云的影响机制不确定性： IPCC 报告中指出目前关于云对全球气候变化的响应仍存在某些大的不确定性（ IPCC8.6 ）。 (11) 全球气和区域气候变化过程的不确定性： IPCC 报告中承认目前对驱动一些全球和区域变化的重要过程（例如 ENSO 、 NAO 、阻高、 MOC 、地表反馈和热带气旋分布）的变化仍缺乏认识（ IPCC11.2,11.9 ）。 2.3 IPCC 气候模型中的众多不确定性 在 IPCC2001 年的报告中承认 在全球气候变化研究和模型中还有很多非线性混沌系统，因此对长期的气候变化预测是不可能的 （ IPCC-TAR 2001,p.774 ），同时应用气候模型模拟全球气候变化需要涉及众多气候因子和近百个气候参数，其中多数气候因子还存在很大的不确定性。本章主要列举了太阳光照、辐射亮度变化、云的反馈机制等主要的不确定性因子，同时指出 IPCC 气候模型对这些因子采用了简化或忽略的处理方式，会导致其模拟结果偏离客观现实，甚至与实际观测相矛盾。 （ 1 ） IPCC 气候模型没有考虑到太阳光照和辐射亮度变化： 目前目前 IPCC 气候模型没有考虑到太阳光照和过去 15 年的辐射亮度的变化（ Wild 2005b; Stanhill 2007 ），而极地地区的辐射强迫变化趋势与太阳活动有密切关系，这与 IPCC 气候模型的预测结果有很大冲突（ Soon ， 2005 ）。 Paynter 指出目前的模型没有考虑到水蒸气二聚体（双 H 2 O ）的作用，及其对大气中太阳辐射中近红外光的吸收作用和它对低层大气中水蒸气浓度增加的负反馈作用。 （ 2 ） IPCC 气候模型不能准确反映云层的作用： 目前各种大气模型模拟结果差异很大，而这些差异主要来源于对云的处理及与云相关的参数选择（ Senior and Mitchell ， 1993 ），但 IPCC 气候模型没有考虑到云的辐射强迫，特别是气溶胶方面的数据资料或理论严重缺乏。 Held and Soden 明确指出降雨和蒸发的增加速度明显小于 IPCC 第四次报告中应用的模型 大气中水蒸气的增加和地面气温呈克劳修斯一克拉珀龙（ CC ）方程关系（ Clausius-Clapeyron (CC) ）；但卫星观测显示实际的降水比模型预测要高 2 倍（ Wentz et al. 2007 ），这说明 IPCC 气候模型参数与实际观测结果有很大的差异。 （ 3 ） IPCC 气候模型不能模拟水蒸气的一些负反馈： 水蒸气是重要的大气温室气体，上对流层中的水蒸气更控制着地球系统向太空散热，对控制地表温度有重要作用。目前的测量方法能给出上对流层水蒸气的平均值，但散热量是气温的四次方，因此没法推导长波辐射 (OLR) 的平均值。同时，目前的 GH 模型虽然都包含了水蒸气的正反馈效应，但很难简单地确定它的负反馈效应。 （ 4 ） IPCC 气候模型无法解释很多观测到的气候现象： 从全球 760 个地表观测站获得的数据看，气候模型高估了地球陆地表面的日照（ 数 据来源于 Global Energy Balance Archive ），平均差异是 9 瓦特 / 平方米，比估算的 GH 强迫大几倍。这说明了地表的太阳辐射能量与大气吸收之间存在很大的差别。同样 GH 模型不能解释极地的历史气温、大西洋的冷却趋势等现象。大气模型对降水的模拟效果也很差，在模拟重要气候现象 ENSO 或印度季风的效果也很差。 Shukla 在 2007 年指出气候模型在预测和模拟亚洲夏季的季风降雨中还存在很大困难，而亚洲夏季季风是全球最单一的气候异常现象。 （ 5 ）模型尺度影响 IPCC 气候模型不确定性： IPCC 报告中承认小于大陆尺度的归因和低于 50 年时间尺度的归因受到较小尺度上较大气候变率的限制，并受到外部强迫、内部变率的不确定性（如与变率模态相关的不确定性）及模式模拟中存在的不确定性的制约（ IPCC9.4 ）；在许多区域，气候的空间尺度精度是由地形生成的，但缺乏足够的信息来描述气候变化如何在这些尺度上体现（ IPCC11.2-11.9 ）。 (6)IPCC 气候模式中极端事件的不确定性： IPCC 报告中指出缺乏完整的极端事件分析和模式不确定性依然是全球气候资料集成和开展区域极端事件检测研究的制约因素（ IPCC9.4,9.5 ）。 (7)IPCC 气候模式模拟内部气候变率的不确定性： IPCC 报告中指出虽然认识水平有所提高，但模式模拟内部气候变率的不确定性仍制约着全球气候变化的归因研究，例如海洋热容量变率的模式模拟结果和观测结果之间仍存在明显差异（ IPCC5.2,9.5 ）。 (8) IPCC 气候模式缺乏模式标准、各模式模拟结果不一致性： IPCC 报告中指出目前还没有一套经过检验的用于比较模拟和观测结果的模式标准（ IPCC8.2 ），这就没法很好的测算气候预估的可信区间；各大气 - 海洋环流模式对一些关键区域（例如：南美洲北部、澳大利亚北部和萨赫勒地区）的降水变化的模拟结果表明缺乏一致性（ IPCC10.3,IPCC11.2-11.9 ）。 （ 9 ） IPCC 气候模式在气候漂移方面的缺失： IPCC 报告中承认目前大部分模式仍不能控制气候漂移，特别是在深海的气候漂移，而在分析许多海洋气温变化时，必须将这种漂移考虑在内（ IPCC8.2 ），因此不能有效控制气候漂移必将使气候模式模拟结果偏移可观现实。 （ 10 ） IPCC 气候模式中气候变率模态的不确定性： IPCC 报告中指出目前一些变率模态，特别是 Madden-Julian 振当，周期性大气阻塞和极端降水的模拟仍存在各种问题（ IPCC8.4 ）。 (11)IPCC 气候模式中存在着系统误差： IPCC 报告中指出目前大部分模式对南大洋的模拟中发现了系统误差 (IPCC8.3) 。 (12) IPCC 气候模式本身的制约因素： IPCC 报告中指出气候模式的制约因素仍存在，包括现在计算机资源能够达到的空间分辨率有限，需要更加广泛的集合运算以及需要把更多的额外过程纳入其中（ IPCC8.1,8.5 ）。 (13) IPCC 气候模式的分辨率限制： IPCC 报告指出许多热带气旋对气候模式响应的可靠性仍受到热带气候模式的分辨率的限制（ IPCC10.3 ）。 （ 14 ）全球冰雪、冰盖动力学模式不确定性： IPCC 报告中指出能够分析造成南极冰盖和格陵冰盖发生大的迅速的动力变化的关键过程的模式还不存在，而这些动力变化可能增加溢入海洋的冰（ IPCC10.6 ）。 (15) 格陵兰冰盖对全球变暖幅度影响的不确定性： IPCC 报告指出依靠目前的观测还不能很好地对冰盖表面物质平衡（融化和降水）对全球气候变化的敏感性做出充分的限定，因此对格陵兰冰盖消失导致全球变暖幅度的研究存在很大的不确定性（ IPCC10.7 ）。 （ 16 ）全球变暖模型辐射强迫的不确定性： 现在 IPCC 认为最先进的气候模型不能准确模拟地球物理学辐射能量平衡，只估算是大于等于 CO 2 强迫系数的二倍，这个估算具有很大的不确定性。 (17)IPCC 气候模型中气候敏感性参数的不确定性： IPCC 的气候模型中的一些参数存在着严重的不确定性，如 IPCC 报告最初采用的气候敏感性（二氧化碳浓度增加一倍）为 1.5 o C 到 4.5 o C, 而实际模型的结果超过了这个阈值的限制，一些模型的结果范围达到了 11 o C ；由此可见 IPCC 气候模型中参数范围选择还存在很大的差别，从而导致各气候模型的模拟结果存在重大差异，甚至是相互矛盾。 (18) IPCC 气候 模型在预测方面存在的不确定性： 气候模型没法预测、估算降雨的异常变化，而降雨往往是影响气候变化的重要因素； IPCC 采用的气候模型中低估了悬浮微粒的冷却效果，有研究指出其放射性效果相当于或大于温室气体增加造成的温度升高。 2.4 IPCC 报告中数据的不确定性 由于受全球气候变化的认识水平、气候观测技术、对全球气候变化的观测历史等因素影响，目前 IPCC 报告中应用的数据资料存在着众多不确定性，从而导致 IPCC 对全球气候变化归因分析的偏差。下面主要列举了全球气候变化观测中的主要不确定性。 （ 1 ）对流层温度趋势的资料存在误差： IPCC 报告承认无线电探空资料的空间覆盖面比地表资料相差很多，而且证据显示一些探空资料的可靠性差，特别在热带地区； IPCC 承认对流层温度趋势的所有资料都有可能仍存在残差（ IPCC3.4 ）。 （ 2 ）大尺度大气环流时空变化分析存在不足： IPCC 报告指出虽然大尺度大气环流的变化明显，但是分析本身的质量只在 1979 年后达到最佳，这使得对变化和变化率的分析和区分变得困难（ IPCC3.5,3.6 ）。 （ 3 ）海洋上空云量测量的不确定性： IPCC 报告指出对海洋上空的总云量和低空云量的变化，地表观测和卫星观测结果不一致（ IPCC3.4 ）。 （ 4 ）云量和气溶胶观测数据有限： IPCC 报告指出 DTR 的多年代际变化仍没有充分认识，部分原因是对云量和气溶胶变化的观测有限（ IPCC3.2 ）。 （ 5 ）全球和区域降水趋势量化困难： IPCC 报告指出在量化全球和区域降水趋势时，降水量测量的难度仍是一个关切的问题 (IPCC3.3) 。 （ 6 ）土壤墒情和径流记录的缺失： IPCC 报告指出土壤墒情和径流的记录通常时间较短，而且只在几个区域有记录资料，这妨碍了对干旱变化进行完全的分析（ IPCC3.3 ）。 （ 7 ）极端事件观测数据少： IPCC 报告指出有限的可用观测资料限制了对极端事件类型的分析。极端事件资料越少，对其长期变化的判定就越困难，因为目前个例不多（ IPCC3.8 ）。有关卫星时代前的飓风频率和强度的资料有限，对卫星记录资料的解释也存在疑问（ IPCC3.8 ）。由于缺乏足够的证据，无法确定小空间尺度的龙卷风、冰雹、闪电和沙尘暴是否存在变化趋势（ IPCC3.8 ）。 （ 8 ）冰雪、冰盖和冻土观测资料有限： IPCC 指出在 1960 年以前，没有全球性的降雪资料，没有经过准确标定的雪水当量资料（ IPCC4.2 ），没有足够的资料对南极海冰厚度趋势做出任何结论（ IPCC4.4 ）。由于全球测量资料有限、面积 - 容积关系资料不完整以及地理覆盖率的不均衡，在冰川物质损失的估测中存在不确定性（ IPCC4.5 ）。对冰架和冰盖，特别是南极洲冰架和冰盖的物质损失的估测受到卫星测高和重力测量监测冰盖厚度变化的限制（ IPCC4.6 ）。 （ 9 ）海洋观测数据缺失及分析结论的低信度： IPCC 报告中指出海洋采样数据的限制意味着对全球热容量、盐度和海平面变化的评估只有中等信度（ IPCC5.2,5.5 ），目前对 MOC 趋势的观测只有低信度（ IPCC5.1 ）。 1961 年至 2003 年全球平均海平面上升似乎大于热膨胀和陆地冰消融的结果（ IPCC5.5 ）。 （ 10 ）古气候资料的缺乏： IPCC 报告中承认对历史突发气候变化的气候阈值缺乏充分的认识，从而降低了气候模式模拟现实突发气候变化能力的信度（ IPCC6.4 ）。由于缺乏古气候记录资料，对南半球和热带地区近百年以前的气候变暖的认识受到限制；由于缺乏近二千年温度的广泛代用资料，限制了对全球变暖及其他环境变化影响的认识；北半球千年尺度的温度重建中观察到气温变化幅度与变率存在差异，如何应用代用资料和统计标定方法来调整这些观测差异还存在问题（ IPCC6.6 ）。 （ 11 ）温室气体排放数据集的不确定性： IPCC 报告的第一章和第三章中指出目前仍缺乏准确、可靠各温室气体排放源的排放数据，特别是关于非 CO 2 的温室气体、有机碳或黑碳及各种来源的 CO 2 （如毁林、生物质腐烂、泥炭火灾等），在关于温室气体排放的定量化时，通常缺乏对 CO 2 等温室气体的一致性处理方法（ IPCC1,IPCC3 ）。 ① 大气中温室气体 CH4 增长率除了过去 15 年里降低以外还呈现出很大的年际变率，对这个问题 IPCC 还没做出很好地解释。而且 IPCC 在 2.3 、 6.4 、 7.4 节中承认目前各排放源引起的 CH4 排放量还不能很好的确定，也没有确定自然环境、自然活动（火山活动、温泉、森林火灾、地震、干旱和洪灾）、太阳活动变化引起的 CH4 排放量，因此说： 自 1750 年以来， CH4 浓度剧烈增加很可能是由于人类活动造成的 有待商榷。 ②IPCC 认为 N 2 O 浓度增加主要来源于农业及相关的土地利用变化，认为 40% 的 N 2 O 总排放量是人为的，但对单独源排放的估算还存在相当大的不确定性（ IPCC2.3 ， 7.4 ）。 IPCC 报告中并未定量地估算自然引起的 N 2 O 排放量，而人类活动各排放源的估算又存在很大的不确定性，那它是如何确定 40% 的 N 2 O 总排放量是人为的呢？ 2.5 IPCC 报告所依据的气温记录不确切 IPCC 报告中应用到的陆地测温数据与海洋测温数据存在着很大的局限性，由此推断出全球气候变暖的结论不符合事实。 2.5.1 陆地气温记录不具代表性 Lo,Yang ， Pielke ， McKitrick 和 Michaels 指出有大量的数据资料显示 IPCC 关于地表温度的数据具有不可靠性。 IPCC 报告中应用的数据没有对城市热岛效应进行控制。城市热岛效应是由 沥青、建筑、空调、和城市生活等其他因素引起气温变暖的，它们与大气中的温室气体含量没有必要联系。 Goodridge 指出根据加利福利亚的测温站所记录数据显示：农村气温没有升高，郊区有小幅度的增温，而城市有明显的增温趋势。目前，全球的地表测温站主要分布在城市中，因此 IPCC 报告中应用的陆地气温记录不具代表性，应用了受城市热岛效应或其他热源影响的测温数据，进而推断全球气候变暖可信度不高。 2.5.2 海洋测温数据覆盖面不足 海洋测温始于 20 世纪 90 年代，使用大量浮标测温设备，覆盖全球的卫星数据历史也还不长。应用少量的海洋测温数据来模拟占全球 70% 的海洋温度，存在着严重 的不确定性。在判断全球气候变暖时，选择合适的时间尺度也是一个难点，应用多大的时间尺度来评价全球气候变化问题还存在争论，厄尔尼诺现象和火山活动等频繁发生，使这一问题更具复杂性。 2 .5.3 20 世纪全球气候变暖的结论不符合事实 IPCC 指出 20 世纪全球气候变暖，在与和间冰期相比较时全球气候并没出现异常变化，在 1940 至 1975 年间，全球气温还呈现出一定的下降趋势，此过程中由于工业化的发展大气二氧化碳出现了较快速增长。图 5 是应用 MSU-UAH 卫星数据分析的对流层气温变化趋势，图 5a 显示了 1979 年来全球气温变化趋势，图 5b 显示了 1979 年来北半球气温变化趋势，图 5c 显示了 1979 年来南半球气温变化趋势，图 7d 显示了 1979 年来热带地区气温变化趋势 (20 o N-20 o S) ，图 e 显示了 1979 年来陆地气温变化趋势，图 7f 显示了 1979 年来海洋气温变化趋势 (Christy et al. 2007) ；从图 7 可知即使在二十世纪后期，气温变暖趋势也并非如 IPCC 报告中指出那样。通过对 1979 年以来的卫星数据进行分析， 1979 到 1997 年全球气温没有出现变暖趋势， 1998 年出现了小幅度升温， 1998 年到 2001 年基本没有出现增温现象。 图 5 MSU-UAH 卫星数据显示对流层气温的变化趋势 2.6 对 IPCC 点评的小结 通过对全球气候变化的争论与 IPCC 报告的点评，我们主要想在如下方面做出较为客观的解释： （ 1 ） IPCC 报告中全球变暖的趋势是否属实，全球变暖的幅度是否明显？ 全球变暖的程度并不像 IPCC 报告及大众媒体鼓吹的那么严重。 IPCC 报告的基础数据 地表测温数据存在缺陷（主要分布在城市并受城市热岛效应的影响），占全球面值 70% 的海洋温度数据还存在很大的不确定性；从气象卫星获取的信息表明自 1998 年以来全球气候并没出现稳定增温的趋势。 （ 2 ）全球变暖在多大程度上是由自然驱动的抑或是人为排放的温室气体所致？ 通过科学界公认的 指纹 方法论证了全球气候变化的人为排放温室气体的驱动作用并不显著，而 IPCC 报告中应用温室气体模型（气候模型中存在很多不确定因素，并且忽略了很多气候因素的负反馈机制）预测的气温变化与实际观测到的气温变化趋势存在明显冲突。因此， IPCC 报告关于人为驱动全球气候变化的论断非常值得质疑。我们认为二十世纪全球气温并没出现异常变化，目前的气温波动幅度并不是人类历史时期的最大值，属于地球系统温度正常的波动范围。 既然人类活动对全球气候的驱动不是主要因素，那么哪些自然因素驱动了全球气温的波动呢？经大量实验证据显示：在千年的时间尺度上，全球气温变化主要驱动因素是太阳活动及受其控制的宇宙射线对大气中云层的影响作用，古气候变化规律也证实了宇宙射线也是全球气候变化的重要影响之一。 （ 3 ）全球变暖对人类文明、植被、动物有何影响？ 全球气候变暖引起的最主要的担忧是海平面的快速升高，但目前的卫星数据和海洋测潮数据并没显示海平面上升速度加快，而是一直保持最近一次冰期以后海平面升高的平均速度即平均速度为 18cm 每世纪。全球变暖和二氧化碳浓度增高对人类健康、植被作物的生长、动物群落等都有利，而且全球气候变暖能减少中纬度飓风、热带气旋、强降雨等极端灾害性气候，使全球气候变得更温和。 第三章 温室气体与全球气候变化 3.1 二氧化碳浓度与气温变暖没有必然联系 过去 42 万年年，气温几次急剧升高后又慢慢进入冰期的历史变化，从冰芯中提取的信息认为在此过程中 CO 2 浓度变化不到 10ppm （ Staufer ， 1998 ），并且有不少科学研究表明，温度和 CO 2 浓度有时呈反耦合关系（ Cheddadi, 2001;Gagan,1998;Raymo,1998 ）。应用同位素法测得 CO 2 浓度变化滞后于气温变化 800200 年，因此在冰消期 CO 2 并不是导致气温变化的原因 (Caillon,2003) 。 3.2 二氧化碳浓度变化趋势还不能被很好地解释与控制 应用可靠性不是很高的冰芯数据来推断 1958 年前的二氧化碳浓度，并由此推出人类活动是大气中二氧化碳浓度增加的主要原因，是值得怀疑的（ Zbigniew Jaworowski ， 1994 ）。通过全球各 CO 2 监测站获得的数据显示二氧化碳的纬向分布和随时间发展的趋势，显示人类活动对二氧化碳浓度增加相关性不大。如图 8 显示南半球的二氧化碳浓度最高，在南半球其浓度变化振幅呈现随季节性周期减少，与预测结果相符，但是生物圈的固碳作用也会相应增加。观测获得的二氧化碳浓度季节性震荡显示二氧化碳与生物圈的负反馈机制具有紧密关系，而 IPCC 报告中对此缺乏深入探讨， IPCC-AR4 2007, p.139 中也承认土地利用对生物圈的负反馈机制对引起二氧化碳浓度增加的速率具有很大的不确定性（ 6% 至 39% ）。通过测量得知 13 C 同位素与大气中氧元素随时间的减少而减少（ Keeling 1992, 1996 ），不仅仅与石化燃料的使用有关。图 3 中二氧化碳浓度随时间的增长情况，纵坐标表示的是大气中二氧化碳浓度，图中柱状表示大气中二氧化碳浓度的变化趋势，图中出现异常的地方与厄尔尼诺增温事件和火山活动降温时间相符，曲线表示的是石化燃料引起的二氧化碳排放是平稳增加的趋势（ IPCC 2007, p.516 ），从图可知，因此全球的二氧化碳浓度不仅与石化产品使用有关，更与厄尔尼诺等自然活动及陆地、海洋生态系统相关。 3.3 二氧化碳的源与汇规律还没掌握 目前的二氧化碳循环模型依赖于未知的二氧化碳汇聚来解释当前的趋势，这些未知汇聚的功能是否超过工业化产生的二氧化碳或是否由二氧化碳浓度增加引起的还不确定。如果人为排放 CO 2 增加，那么海洋、土壤、生物圈或海洋表面吸收的二氧化碳应该有所增加，然而目前还很少有数据支持这个假设，有些研究报告把这个效应定义为 不知名的碳汇 ， IPCC-AR4 2007,p.26 把它称为剩余陆地碳汇（ residual land sink ）。 CO 2 浓度的季节性变化显示不断扩大的生物圈和海洋上表面吸收的二氧化碳增加；目前还不能掌握海洋增温和海洋表面与深海的交换变化导致的气体逸出，生物圈在温暖多雨的环境下吸收量的变化情况，土壤中逸出气体的变化情况等，这些不确定性因素都会导致未来大气中二氧化碳的浓度的不确定。 Baker 在 2007 年指出石化燃料引起的二氧化碳排放量留在大气中的少于一半，大部分会被海洋和陆地生物圈所吸收。 IPCC-AR4 2007, p.522 指出在北半球存在着强大的碳汇效应，热带是一个净碳源。然而， Stephens 在 2007 年指出全球大气中二氧化碳的垂直分布与 IPCC 报告应用模型分析得出的结论不一致，气候模型严重低估了 NH 碳汇效应，而且在热带地区可能存在强烈的碳吸收功能。 海洋增温对温室气体的作用似乎是毫无疑问的 水温每增加 1 o C, 吸收二氧化碳的能力下降 4% ，也就是说海洋温度升高时，海水吸收二氧化碳的能力下降即海洋增温将向大气中排放二氧化碳。然而冰芯数据观测结果显示二氧化碳浓度滞后于上次间冰期后的快速升温过程（ Fischer 1999 ）。全球海洋的温度分布对海洋吸收与排放二氧化碳具有重要作用，因为海洋在温度较低的地区会吸收大量的二氧化碳，在温度较高的地方将可能释放二氧化碳，因此正确的研究需要正确处理海洋温度随经纬度的分布信息，同时还要考虑到海洋环流如何使富含二氧化碳的海水带到海洋表面等。总之，有大量证据显示目前对二氧化碳生命周期、碳源、碳汇等具有很大的不确定性。 3.4 大气中的温室气体主要来源于自然界 NASA 的喷气与推进实验室项目科学家米勒（ Chip Miller ）称 大约 97% 的二氧化碳来自自然界。每年大约有 3000 亿公吨的二氧化碳来自动物的呼吸、腐烂的植物、森林大火、火山爆发和其他自然现象。人类活动，诸如开车、烧煤、农耕、工业生产和其他活动所产生的二氧化碳占 3% ，每年约产生 80 亿公吨二氧化碳（ http://www.msnbc.msn.com/id/28074879/ ）。 IPCC 报告中应用的二氧化碳等温室气体数据来自全球 100 多个地面观测站、来自石油、煤和天然气销售报告而未考虑到来自地球系统本身的温室气体及来自森林火灾、地震、火山活动等自然活动引起的温室气体。 在自然界 , 平衡是相对的 , 不平衡是绝对的。地球在其形成至现在的 40 多亿年历程中 , 每一阶段的状态都是一种非平衡过程作用的结果。地球这个复杂的系统通过自组织作用形成一种准稳定态的非平衡结构 , 地球主要通过释放能量及物质来维持并改造着这种非平衡结构 , 在这种过程中持续不断地改变着全球的环境状态。地球释放能量及物质主要有以下几种 :(1) 火山作用 : 火山活动是地球最明显的放气形式； (2) 地震活动 : 所有的地震活动都伴随着大量气体释放； (3) 断裂活动 : 地球上的深大断裂贯穿了上地幔和地壳，成为地幔物质进入地壳及地表的重要通道 , 深大断裂带是地球放气的重要通道之一 , 川滇地区现代活动断裂带都在强烈放气 ( 王先彬 ,1989) 。 (4) 岩浆侵入作用 : 岩浆上侵至地壳浅部时 , 能将大量的 H 2 O 及其它挥发性组分从地球深部带至地球浅部；目前 IPCC 对以这种形式的地球放气作用重视不够 , 主要原因是由于它的效应不易被观测到 , 但估计以这种形式释放出的气体量可能远远大于由火山活动释放出的气体量 , 有人甚至把花岗岩岩体称为地球的 烟筒 。据 Hedenquist 等 (1994) 的资料 , 在 3 ～ 5km 的深度 , 花岗质岩浆中气体所占的体积可高达 39% 。 从上述分析可知，自然界是重要的温室气体排放源 , 而 IPCC 报告中声称全球变暖是由人类活动引起的，其中主要是由石化燃料的使用引起的，这个论断明显不准确。本报告将从地震、火山活动、林火等三种典型自然活动来说明自然对全球气候变化具有重要的驱动作用。 第四章 自然驱动是全球气候变化的主要因素 导致全球气候变化的自然因素很多，从 10 年到世纪的不同时间尺度上考虑包括太阳活动变化、地球系统的自然波动、行星对地球系统的影响等；从区域尺度上看，人类活动对气候变化的驱动作用也不明显。 4.1 近 50 年全球大气温度变化属于气候正常的波动 4.1.1 高精度卫星数据显示近 30 年大气温度属于气候的正常波动 高度精确的卫星数据，经过轨道漂移和其他因素调整后，显示在过去 29 年气候变暖趋势已经减缓，并在 21 世纪头 10 年变暖趋势将明显下降（ Joe DAleo,2009 ） ；在过去 29 年中全球气温净暖并没有增加，而全球气温升高的分布状态也并没显示出人类活动的影响作用（ Patrick Michaels ； 2008 ； Christy, J.R. 2009 ）。图 1 中应用高精度的卫星数据分析结果显示 30 年来全球气温呈震荡变化，除受厄尔尼诺、火山活动等重大自然现象影响外，并没有出现异常的增温现象。 4.1.2 历史资料显示 20 世纪后期的气温变化 属于气候的正常波动 根据大量历史观测资料显示和冰芯数可知全球大气温度变化呈现明显的波动特征。如图 6 所示的是应用冰芯数据获得的全球大气温度变化趋势 （ Ian Plimer ， 2009 ），从图可知 百万年来的气温变化存在 23 次明显的波动，其中明显的增温现象有 4 次，每次亚冰期的持续时间平均约为 10 万年，两次亚冰期之间的间冰期的持续时间平均约 2 万年，亚冰期与间冰期之间的气温年平均为 4℃ 左右； 1 万年来的气温变化是属于第四纪冰期中的间冰期，处于亚冰期 Wurm 之后的气温回升阶段； 1 千年来气温变化，属于间冰期范围，仍然具有明显的波动特征， 20 世纪后期的气温变化仍没有超过间冰期的正常波动水平，甚至还相差甚远，气温波动幅度在 1℃ 范围内。王绍武应用气象台站数据（温度距平为 30 年滑动）、树轮指数与物候资料分析了过去 1000 年中国东西部的气候变化，指出 20 世纪的后期变暖的趋势是肯定的，但属于千年来气候正常波动范围。大量的科学证据显示， 20 世纪全球大气温度变化属于气候的正常波动（ S.Fred Singer,2008;Harry A. Taylor,2009;Ian Plimer, 2009;Roy Spencer,2008 ）。 图 6 百万年来的气温变化趋势（ Folland et al,1990 ） 4.2 竺可桢关于中国近五千年来气候气候变迁的研究 竺可桢指出我国冬季温度主要受西伯利亚冷空气所控制，升降比较统一，因此可以用冬季温度作为气候变动的指标。他根据气候的数据资料，将中国近五千年的时间气候变化分为以下四个时期进行研究。 （ 1 ）考古时期（约公元前 30001000 年） 西安附近的半坡村遗址（属于仰韶文化，用 14 C 同位素测定为约 56006080 年前）和河南安阳殷墟（约公元前 14001100 年）的发掘表明，当时猎获的野兽中有竹鼠、 麞 和水牛等热带和亚热带的动物，而现在西安和安阳一带已经不存在这些动物了。在殷代留下来的甲骨文上可以看出当时安阳人种稻比现在大约要早一个月。在山东历城县发掘龙山文化遗迹中找到一块炭化竹节，有些陶器外表也似竹节，这说明在新石器时代晚期，竹类的分布在黄河流域，可直到东部沿海，由此可知五千年以来，竹类分布的北限大约向南后退 1 至 3 纬度。通过上述考古资料可知五千年前的仰韶到三千年前的殷墟时代是中国的温和气候时代，比现在年平均温度高 2℃ 左右，正月份的平均温度比现在高 3 至 5℃ 。 （ 2 ）物候时期（公元前 1100 公元 1400 年） 物候学可以说是没有观测仪器时代的气象学和气候学。在周朝（公元前 1066 年开始，定都于西安附近的镐京）初年的文件中，如衣帽、器皿、书籍、家具和乐器等名称都以 竹 为头，表示这些东西最初都是用竹子做成的，可见周初黄河流域竹类广泛生长，而现在则不行了。位于山东近海的郯国人民每年观测家燕的最初来到以定春分，但是现在家燕 3 月 22 日 才到长江下游，而郯城和长江下游的上海两地的年平均温度相差 1.5℃ ，正月平均温度相差 4.6℃ 。上述资料说明，这说明当时黄河流域的气温比现在要高。但周朝中后期，气候开始变冷，如汉江在公元前 903 年和 897 年就两次结冰。 春秋时期（公元前 770481 年）气候开始变暖。《左传》中多次提到山东鲁国过冬，冰房得不到冰。商周时期，梅子被普遍用来调和饮食，这说明梅树的种植在当时具有普遍性；在周朝中期黄河流域下游到处可以生长梅树，《诗经》中就有五次提过梅。《秦风》中有 终南何有？有条有梅 的诗句，终南山位于西安之南，现在无论是野生的还是栽培的，都无梅树了；由此可见春秋时期气温应该比现在要高。 战国秦汉时期，气候继续暖和。清初的张标研究了秦朝《吕氏春秋》中的物候资料，认为秦时春初物候要比清初早三个星期。汉朝司马迁在《史记》中描写了当时经济作物的分布，如桔在江陵（四川），桑在齐鲁（山东），竹在渭川（陕西），漆在陈夏（今河南南部），这些亚热带植物的北界比现时都推向北方。公元前 110 年，黄河在瓠子决口，斩伐了河南淇园的竹子编筐盛石子来堵口，可见那时河南淇园竹子的繁茂。 到东汉时代，我国天气有趋于寒冷的趋势，有几次冬天严寒，国都洛阳晚春还降霜雪。直到三国时代，曹操（公元 155220 ）在铜雀台（今河南临漳西南）种桔，已经不能结实了，气候已比司马迁时寒冷。曹丕在公元 225 年，到淮河广陵（今淮阴）视察十多万士兵演习，由于严寒，淮河忽然结冰，演习不得不停止。这是第一次有记载的淮河结冰。这种寒冷继续下来，直到第三世纪后半叶，特别是公元 280289 年这十年间达到顶点。当时每年阴历 4 月份降霜，估计那时的年平均温度比现在低 1 2℃ 。 南北朝时（公元 420579 年）气候继续保持寒冷，当时南京覆舟山筑有冰房，用以保存食物新鲜的，那时南京的冬天应比现在要冷 2℃ ，才能提供储藏需用的冰块。约在公元 533544 年出版的《齐民要术》，总结了六朝以前中国农业最全面的知识。根据这本书，当时黄河以北阳历 4 月中旬杏花盛开， 5 月初旬桑树生叶，与现在相比大约推迟了两周到四周，书中还讲到当时黄河流域石榴树过冬要 以蒲藁裹而缠之 ，也表明六世纪上半叶比现在要冷。 隋唐时代（公元 581907 年）气候开始变暖。公元 650 年、 669 年和 678 年的冬季，国都长安无冰无雪。八世纪初和九世纪的初和中期，西安的皇宫里和南郊的曲池都种有梅花，而且还种有柑桔，公元 751 年皇宫中柑桔结实，公元 841847 年也有过结实的记录。柑桔只能抵抗 8℃ 的低温，而现在的西安几乎每年的绝对最低温度都在 8℃ 以下，由此可知隋唐时代气温要比现在至少高 1℃ 。 宋朝时代气候变冷。公元十一世纪初期华北地区已经无梅树了，宋朝诗人苏轼（公元 10361101 年）有 关中幸无梅 的诗句，王安石（公元 10211086 年）的咏红梅诗有 北人初不识，浑作杏花看 的句子。从这种物候的常识可知宋朝时代气候开始转冷。十二世纪初期，中国气候加剧转寒。公元 1111 年太湖全部结冰，冰上还可以通车，太湖和洞庭山的柑桔全部冻死，杭州落雪频繁，而且延到暮春。根据南宋的历史记载，从公元 11311260 年，每十年降雪平均最迟日期是 4 月 9 日 ，比十二世纪以前十年的最晚春雪约推迟一个月。公元 11531155 年，苏州附近的南运河冬天结冰，公元 1170 年阳历 10 月，北京西山遍地皆雪，福州是中国东海岸生长荔枝的北限，一千多年来曾有两次荔枝全部死亡，一次在公元 1110 年，另一次在 1178 年，均在十二世纪。日本的封建主历年在西京花园设宴庆祝日本的樱花盛开，从公元九世纪至十九世纪，均有日期的记载，从而保留了一份物候记录，这个樱花开放时期，以第九世纪为最早，第十二世纪为最迟。各种物候资料都证实了宋朝时代气候变冷的事实。 元明时代中国气候呈现起伏波动。十二世纪刚结束，杭州的冬天又开始回暖，公元 1200 年、 1213 年、 1216 年和 1220 年，杭州没有冰和雪。这个时候，北京的杏花也是在清明开放，与今日相同。这可由竹子在黄河以北的培植情况显示这种温暖气候一直延续到十三世纪的后半叶。十三世纪后期冬季又转冷了，据收集到的记载，公元 1309 年无锡一带运河结冰；公元 1329 年和 1353 年，太湖结冰数尺，桔树再次冻死； 1351 年阳历 11 月黄河在山东境内就有冰块顺流而下，而近年河南和山东到 12 月时黄河才出现冰块；公元 1221 年丘处机从北京出发去中亚见成吉思汗，曾路过新疆赛里木湖，当时湖的四周有山环抱，山上盖雪，影映湖中，但是现在那些山峰上已无雪了，那些山峰高约 三千五百米 ，说明那时雪线在 三千五百米 以下，现代天山这部分的雪线位于三千七百至四千二百米，比十三世纪的雪线大约比现在低二百至五百米。由此可见十四世纪比十三世纪和现在更冷，日本樱花物候也有同样的反映。在欧洲的俄罗斯平原，寒冷期约在 1350 年开始；在德意志、奥地利地区， 14291465 年是气候显然恶化的开始；在英格兰， 1430 年、 1550 年和 1590 年的歉收，也与天气寒冷有关。由此可见，寒冷的潮流开始于东亚，而逐渐向西移。 （ 3 ）方志时期（公元 14001900 年） 根据六百六十五种方志统计了太湖、鄱阳湖、洞庭湖、汉江和淮河的结冰年代（十三世纪至二十世纪），以及近海平面的热带地区降雪落霜年数（十六世纪开始）。从这些材料可以看出，我国温暖冬季是 15501600 年和 17201830 年间。寒冷冬季是在 14701520 年、 16201720 年和 18401890 年间。以世纪来分，则以十七世纪最冷，十九世纪次之。这个结果与日本诹访湖（北纬 36 ，东经 138 ）的结冰日数相比较是近乎一致的。只是日本严冬开始和结束的年代，比中国提早四分之一世纪。 从中国五千年气候变化的尺度上看，十五世纪到十九世纪冬季是相对较冷的，其中十七世纪达到最冷，特别是公元 16501700 年间。相应的方志记录显示江西的桔园和柑园在公元 1654 年和 1676 年两次寒潮中，完全毁灭了；在这五十年期间，太湖、汉江和淮河均结冰四次，洞庭湖也结冰二次；我国热带地区冰雪也极频繁；湖北沙市在 16081617 年记载有过桃、杏、丁香、海棠等开花日期，与今日武昌相比，要迟七天到十天； 16531655 年间北京物候记载与现在相比，也要差迟一、二星期；根据当时旅行记录， 1653 年 11 月 18 日 天津运河已冰冻，不能通航，只得乘车到北京， 1656 年返程时，北京运河是 3 月 5 日 解冻的，因此可以估计当时封冻期为一百零七天，而目前冰冻期只有五十六天。从物候的迟早可以估算北京在十七世纪中叶冬季要比现在冷 2℃ 左右。 （ 4 ）仪器观测时期 清代（公元 16441910 年）北京、南京、杭州和苏州有过雨日的记载，根据秋季初次降雪到春节末次降雪的平均日期，得出结论是， 18011850 年间比其前的 17511800 年间和其后的 18511900 年间为温暖。 1911 年在中国正式设立了气象站，图 7 所示的是香港、上海、天津的气温记录，由图可知上海气温在十九世纪最后二十五年气候寒冷， 1897 年左右冬季温度达到平均值，随后在平均值以上约十四年，约在 19101928 年，温度又逐渐下降到平均值以下，然后升高， 19451950 年超出平均值 0.6℃ ，此后温度逐渐降低， 1960 年回到平均值。在这期间，天津的冬季温度趋势与上海类似，但顶峰和底点比上海早几年到来，幅度也较大；而香港的曲线波动顶峰和底点则比上海迟滞，幅度也较小。上海、天津、香港八十多年的大气温度呈振荡变化，其变幅为 0.5 1℃ 。 图 7 香港、上海、天津的气温记录 4.2.1 竺可桢关于中国与西欧气温变化的研究 竺可桢应用 1700 来格陵兰气温升降图（ Danagaard,1969 ）与中国气温图的比较得出表示从三世纪到现在中国气温的波动规律 ( 竺可桢， 1972) ，图 8 中 A 线表示从三世纪到现在中国气温的波动， B 线表示通过 O18 同位素所测得的格陵兰岛的温度。从图中可看出，从三国到六朝时期出现低温，唐代出现高温，南宋清楚出现两次骤寒。通过两条线的比较可知，格陵兰温度和中国温度在整个历史时期的波动情况类似，只是时间上稍有参差（三四十年）。如图 9 是一万年来挪威雪线高度（实线）与五千年来中国温度（虚线）变迁图，雪线高度以米计，目前挪威雪线高度在 1600 米 左右；温度以摄氏度计，以 0 线作为目前温度水平；横线时间的缩尺是幂数的，越到左边缩尺越小。将欧洲温度升降与中国的作一对比，发现两地温度波动起伏是有联系的，在同一波动起伏中，欧洲的波动往往落在中国之后。由于一地的雪线升降与温度有一定关系，将我们的结果与挪威的雪线高低相比，大体也是一致的，只是时间上有少许先后差别。 图 8 1700 年来格陵兰气温升降图与中国气温图的比较 图 9 一万年来挪威雪线高度（实线）与五千年来中国温度（虚线）变迁图 4.2.2 中国五千年气候变化之规律 根据竺可桢关于中国五千年来气候变迁及王绍武中国东西部千年气候变化等研究结果显示我国近五千年来气候变化规律如下： ① 在我国近五千年中的最初二千年，大部分时间的年平均温度高于现在 2℃ 左右，一月份的温度大约比现在高 3 5℃ 。 ② 五千年来，我国气温呈上下波动，其最低温度在公元前 1000 年、公元 400 年、 1200 年和 1700 年，波动幅度为 1 2℃ 。 ③ 在每一个四百至八百年的期间里，可以分出五十至一百年为周期的小循环，温度升降范围是 0.5 １ ℃ 。 ④ 上述循环中，任何最冷的时期，似乎都是从东亚太平洋海岸开始，寒冷波动向西传播到欧洲和非洲的大西洋海岸，同时也有从北向南传播的趋势。 4.3 太阳活动对全球气候变化的驱动 众多科学家指出太阳活动对全球气候具有重要影响（ Veizer,Shaviv,2003 ； Svensmark,2007 ； Haigh,2003 ）。宇宙射线（ GCR ）的密度受太阳风强度和太阳磁场控制 (Singer,1958) ，最近的研究表明宇宙射线能对云层及全球气候产生重要影响（ Henrik Svensmark ， 2007 ）。太阳变化对全球气候变化的影响机制可以很好地解释 1940 年前变暖和随后变冷、间冰期、 1500 年期间的气候周期振荡以及 100 万年以来全球气候变化规律（ Singer ， 2007 ）。银河系中 （ 由宇宙射线产生，能反映太阳活动）能很好地反映银河系中宇宙射线受太阳活动影响的变化情况； 是像温度、降雨一样，是气候变化的重要参数。如图 10 所示的是通过阿曼洞穴 变化检测来显示太阳活动对银河系宇宙射线的影响（ Neff ， 2001 ） , 通过检测 变化来显示气候变化规律，它们在赤道辐合带的变化趋势 (Singer ， 1958) ，它们的相关性非常符合，由此可知太阳活动对全球变化的影响是非常明显的（ Henrik Svensmark ， 2007 ）。 图 10 距今 6500 到 9500 年间赤道辐合带 的值和 变化趋势 4.4 地球系统自组织作用对全球气候变化的驱动 在自然界 , 平衡是相对的 , 不平衡是绝对的；地球这个复杂的系统通过自组织作用形成一种准稳定态的非平衡结构 , 地球系统在维持与改造着这种非平衡结构的过程中，持续不断地改变着全球的环境状态 ( 朱峰， 1997) 。 南、北半球与海洋循环跷跷板效应、热带的 Madden-Julian 振荡、 北大西洋涛动（ NAO ） 、 大西洋多年代涛动（ AMO ） ( Schlesinger ,1994) 、 太平洋十年涛动（ PDO ） ( Mantua, 1997) 和厄尔尼诺等气候现象都属于地球系统自组织作用，其对全球气候具有重要的扰动作用。例如 太平洋十年涛动分别以 暖位相 和 冷位相 两种形式交替在太平洋上空出现。当太平洋十年涛动现象以 暖位相 形式出现时 , 北美大陆附近海面的水温就会异常升高 , 而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时 , 太平洋高空气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动 , 低空气流正好相反 , 使中太平洋海面降低。当太平洋十年涛动以 冷位相 形式出现时 , 情况正好相反。中太平洋海面反复升降导致地壳翘翘板运动 , 引发强烈的地震火山活动 , 强潮汐和厄尔尼诺 - 拉尼娜转换起激发作用 ( Mantua, 1997) 。诸如此类的地球系统自组织作用对全球气候变化具有重要的驱动作用。 4.5 地球系统自身演化导致海平面上升 海平面上升是全球气候变暖引起恐慌的重要方面，然而目前没有充分的证据显示海平面出现加速上升及人为因素导致全球气候变暖引起海平面上升。马尔代夫地区的卫星测高和验潮记录都没显示海平面有明显升高，该地区在过去 30 年里比 IPCC 预测的海平面高度下降了 20 到 30 厘米 （ Mrner ， 2004 ）。通过大量的历史资料显示，从 18 000 年前最后一次冰期到现在，海平面共升高了 120 米 ，在过去数千年无论全球大气温度如何波动，海平面都是几乎恒速上升，即几乎以平均每年 1.8mm 速率升高（ Toscano ， 2003 ）；众多科学家（ Trupin ， 1990 ； Holgate ， 2006 ； Douglas ， 2001 ）通过分析指出， 20 世纪以来，尽管全球大气温度有波动，但海平面升高速度并没有加快； Macintyre 应用 84 个测潮站超过 37 年的观测数据，通过更正冰川反弹影响，制作出 20 世纪海平面变化趋势图 11 （ Macintyre ， 2003 ），从图中可看出 20 世纪海平面是以波动的形式上升，但平均速度并没加快，仍保持在 18cm 每世纪的升高速率。 大部分的海平面升高是由于南极洲西部冰盖（ WAIS ）缓慢融化引起的，它自 18000 年前的最后一次冰期开始出现缓慢融化（ Conway ， 1999 ）；山川冰雪融化和海水升温膨胀并不是海平面升高的主要原因， IPCC 以此为基础分析全球海平面变化 , 其预测的结果往往与实际观测值有出入，因此历次 IPCC 报告都对 2100 年预测的海平面升高量进行纠正，在 IPCC 第四次报告中已经将此预测高度调整至接近每世纪 18 厘米 （跟 18000 年来海平面平均升高率相同）。据实际观测数据可知海平面在 1940 到 1975 年这个降温期海平面仍以每年相同的速率升高，因此海平面升高正比于全球平均气温的假设是不成立的（ Stefan Rahmstorf ， 2007 ）。 根据物理分析，热红外光无法进入海水表面 10 微米以下的海水中，而温室气体的作用主要依赖于对热红外光的吸收作用，因此人类活动引起的温室气体的作用依赖于分布在大气和地表间的热红外辐射的吸收，然后对太阳的可见光辐射的增温作用。根据这个原理，温室气体主要对海洋表面温度有影响，对海洋储热作用不大（ Peter Minnett ， 2006 ），最近的观测也显示近年来海洋的储热已经停止（ Lyman ， 2006 ； Willis ， 2007 ）。从上述资料可知，海平面的升高是地球系统自身演化过程引起的。 图 11 20 世纪全球海平面升高趋势图 4 . 6 行星对地球的影响及对全球气候的驱动 行星对全球气候变化具有重要的驱动作用。行星对地球的引力比之太阳对地球的引力极为微小，然而行星的长期摄动，却是引起地球轨道参数长期变化的主要原因，从而导致冰河期和间冰期的重大差别（ Berger,1984 ）；九星地心会聚的力矩效应可引起历史气候的百年和千年振动 , 研究表明中国大气温度变迁、地球四大圈的自然灾害群发现象、气候变化及华北地震周期具有很好的耦合关系（任振球， 1986 ）；天文观测资料显示九星日心会聚与太阳活动周期具有很好的耦合关系（任振球， 1986 ），同时九星日心会聚的潮汐力可以引起太阳活动增强和日地距离变化，从而影响地球气候、地球自转速度和地震火山活动（ Gribbin,1974 ），但由于九星的日心会聚时，地球不在太阳的单独一侧，因此对地球的力矩效应被扰乱，因而九星日心会聚与气候变化的规律性关系不明显；行星通过与月亮 ( 或太阳 ) 、地球成直线时的非经典引力效应触发气候变化 , 从而具有全球气候变化的短期效应；行星日心会聚对太阳活动的触发或调制作用以及行星近地效应等方面都会影响地球气候（任振球 ,1989 ）。如重大潮汐、海啸、火山活动及地震高潮的变化周期与地球扁率、自转速度、月亮赤纬角周期性变化有关，在月亮赤纬角最小时地震、海啸、火山活动也很强烈。 4.7 自然活动对全球气候变化影响 根据以上分析，全球气候变化，特别是百万年以来，以千年为单位的全球气候变化，无论是气温上升，或者下降，都是自然驱动的结果。包括太阳活动的变化，地球系统的自然波动，行星对地球系统的影响，以及火山、地震、森林火灾等对气候变化的影响，均远远大于人类活动（石化燃料的作用）的影响。 目前，全球气候变化中，气温的升高，并未超出历史上气温升高的总体趋势。二氧化碳的浓度，根据美国 NASA （ JPL ） Chip Miller 的估计， 97% 来源于自然，而二氧化碳的浓度大小，并没有和全球气温的变化有直接的关系。 4 .8 节能减排，保护生态环境、发展低碳经济与循环经济 虽然全球气候变化主要由自然驱动，而人类对全球气候变化的作用很小，但如果人类违背了人类自然规律，一味贪婪地索取，肆无忌惮地糟践自然，那也必然会受到严厉的惩罚。为了保护我们的生态环境和贯彻可持续发展的方针政策，我们必须要发展低碳经济和循环经济，积极提倡资源节约、环境友好、经济蓬勃，社会和谐的发展模型，必须建立低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续的国民经济体系，转变现有的经济发展模式和消费模式，推动人类社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的发展道路。 参考文献 Simkin T , Siebert L. 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[转载]联合国气候报告爆惊人错误 IPCC承认并致歉
杨学祥 2010-1-23 03:01
联合国气候报告爆惊人错误 IPCC承认并致歉 2010-01-22 08:57:15 中国日报网消息：据美国媒体1月20日报道，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）日前承认，该委员会之前发布的气候变暖报告中存在错误，并就此表示道歉。 2007年，IPCC曾发布过一份长达838页的报告。这份世界上最权威的报告分章节对全球7大洲的气候变暖状况作了阐释，但亚洲章节中有半页左右的内容出现了惊人的错误，而且数量多达5处。 其中最明显的错误说法是，喜马拉雅冰川可能在2035年彻底消失。批评人士指出，这比之前的数据提前了好几百年，很明显2350年被误写成2035年。 这个错误招致了各方的广泛批评。IPCC的信誉就在于它一向保持严谨和缜密，《联合国气候变化公约》主席博埃尔告诉记者，但在这起事件中这个一贯的风格被破坏了。这种疏忽决不能再次出现，因为气候变化政策的信誉度完全依赖于可靠的科学。 全球变暖怀疑论的代表学者麦克尔斯就此强烈要求IPCC主席帕乔里辞职。他说：我要知道如此荒谬的结论如何通过了复审的环节。这个错误太明显了。 IPCC在一份声明中对于喜马拉雅冰川被证实的错误评估表示遗憾。IPCC在评估领域建立了作为一个真正的金标准的名声，但这次却不幸被涂上了污点，报告主要撰写人之一、美国斯坦福大学教授菲尔德写道，没有任何一名小组成员注意到这些错误的数字。我个人认为，我们在这个领域尚待改进。 就在去年哥本哈根气候会议召开前夕，曾有人在盗取英国东安格利亚大学气候研究中心的电子邮件后爆料称，该中心的科学家涉嫌故意修改数据以支持全球变暖的论点。这个事件随即在国际社会引起轩然大波，以至于人们开始怀疑全球变暖趋势是否存在。 相关链接：报告中的5处错误说法 1、报告写道喜马拉雅冰川比世界其他地区的冰川消融速度更快；而实际情况则是喜马拉雅冰川的消融速度与其他冰川基本一致。 2、报告称，如果地球持续变暖，喜马拉雅冰川很可能将在2035年前彻底消失；而此前从未有任何科学文献提到2035年这个时间，只有俄罗斯的一项研究显示该冰川将在2350年消失。 3、报告指出，到2035年，（喜马拉雅冰川）总面积很可能从现在的50万平方公里减少到10万平方公里；事实上喜马拉雅的冰川面积总共只有33万平方公里。 4、报告称其某一个段落全部引自世界野生动物基金（WWF）的报告；但其实只有一句话来源于WWF。另外，IPCC称他们只引用经过同行审议的科学文献；但WWF的报告则摘自通俗科学出版物。 5、报告中有一个表格显示品达里冰川的面积从1845年到1965年之间缩小了2840米，并计算出年消融率为135.2米。这是一个明显的数学错误，该冰川每年仅融化了23.5米。 （来源：中国日报网 王菁 编辑：刘纯萍） http://www.chinadaily.com.cn/hqgj/2010-01/22/content_9360476.htm
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质疑全球变暖：NIPCC报告概要
王铮 2009-12-8 14:26
NIPCC 报告概要（节选） 按：哥本哈根大会召开之际，我们介绍一下反对全球变暖的学派 NIPCC 的观点，介绍这些观点，并非意味着我们同意 NIPCC 报告。但是至少有一点: IPCC根据 关于气候变化的研究报告 90% 都认为全球变暖是人为原因，就认定全球变暖 90% 的可能性是因为人为引起的，是不严谨的。 中国已经承诺到 2020 年，碳排放强度降低 40~45% ，这就需要技术进步，而技术进步需要资金投入。如果中国经济得不到增长，资金投入就没有保障，技术进步就不能完成，因此即使减排，发展也是硬道理，如何找到一个保障经济增长与二氧化碳排放减少的增长道路，这是我们课题组一直在探索的内容。 NIPCC批评IPCC有些证据，自相矛盾，实际上读NIPCC报告，你也可能发现NIPCC自相矛盾的地方。 关于NIPCC的这项观点，希望能够得到科学网的推荐，得到博友的推荐。哥本哈根大会，可能有点肉食者谋之的味道，不过人类历史，绝大多数情况下是肉食者谋之的。 吴静 等译 王铮校 政府间气候变化第一工作小组（科学） (IPCC-AR4 2007) 于 2007 年发布了第四次评估报告。该报告是一组专门致力于以气候变化为相关议题的专家所取得的主要研究成果。它形成了一份有价值的当代科学纲要，并引入了之前 IPCC 报告中所缺乏的索引。 IPCC 的另一个先列是 AR4 允许进入许多由专业评论员提交的重要评论，。 虽然 AR4 是一个令人印象深刻的文件。但该文件并不是一份关于气候变化科学和政策最重要方面可靠的参考文件。该文件由于错误和误述而损坏；并忽视那些可获得的但与作者预想不一致结论的科学数据；并且其中一些重要部分与 2006 年 5 月（ IPCC 的截止日期）发表的研究报告相矛盾。 一般来说， IPCC 没有考虑一些重要的科学问题，其中一些将会颠覆其最主要的结论：也就是，自二十世纪以来， 大部分 已观测到的全球平均气温上升 很有可能 是由于已观测到的人为温室气体排放的增加（强调原含量）所导致。 IPCC 把 很有可能 定义为：至少 90% 的肯定。他们没有解释他们如何得到这个数字。 IPCC 即没有定义 大部分 ，也没有提供任何解释。 IPCC 没有应用普遍被接受的方法来确定当前变暖中的哪些部分是自然的，或者说有多少的比例是由温室气体（ GHG ）的增加而导致的。 IPCC 忽略了一个结论：人类因素导致的 GHG 贡献较小。该结论是在对技术发展水平 GHG 模型中获得的结果与最好的观测结果做指纹的比较后得出的。 IPCC 还低估了压倒性的证据：在十年或者百年的时间尺度上，太阳和相关的大气云的影响对很多过去的气候变化是有责任的。因此，太阳也很有可能是二十世纪全球变暖的主要原因，而人为 GHG 制造仅是很小的贡献。此外， IPCC 还忽略或者不完全表明，其他需要讨论和解释的科学问题。 这些错误和疏漏被记录在由非政府国际气候变化研究小组（ NIPCC ）写的本报告中。这份报告被分为九章，这些章节在这里将被简要的总结，然后在剩下的部分将进行更完整的描述。 第一章描述了 IPCC 试图通过使用计算机气候模型来预测未来气候状况的局限性。 IPCC 违背了许多需要科学预测规则和程序，从而提供给决策者几乎没有用的预测。与当今技术发展水平一样复杂的是，他们遇到了一些不足和缺陷，而这些不足和缺陷甚至能够改变对大气中 CO2 浓度的上升做出反应的对地球温度预测的真正结果（加或者减，变暖或者变冷）。如果 IPCC 依赖的全球气候模型不可验证甚至并不可靠，那么大部分余下的 AR4 尽管看上去很迷人，但和对于应该采取什么行动来制止或者减缓全球变暖的公共政策的争论来说，是不相关的。 第二章描述了减少地球温度对大气 CO2 变化敏感性的反馈因素。科学研究建议由模型获得的地球温度敏感性，在工业 CO2 增加了一倍时要远低于 IPCC 的估计。在气候系统中修正后反馈减少了气候对数量级的敏感性小于 IPCC 所用到的。 第三章回顾了过去温度的经验数据。我们还没有找到支持 IPCC 的声称：对于二十世纪气候观测，要么是不可以测的，要么是提供证据证明人为影响气候。我们揭示了曼恩等关于 曲棍球球棍图的方法错误；全球中世纪暖期存在的证据；在近代地表温度记录中的缺陷，从高度精确的卫星数据获得的在过去 29 年里没有全球变暖的证据，和现代气候变暖的分布不支持人为影响的指纹的证据。 第四章回顾了冰川融化，海冰区域，降水和海平面上升的观测数据。我们发现没有证据有助于推测二十世纪人为使得全球变暖趋势。 第五章总结了大量科学家的研究，他们认为，真正驱动气候变化的是太阳活动的变化，而不是温室气体。我们描述了太阳与气候联系的证据以及这些科学家们如何解决问题。他们通过寻找一种特殊机制，这种机制将太阳活动的较小变化转化为较大的气候影响。我们总结出他们如何才有可能发现太阳，宇宙射线和反射云之间的关系的答案。 第六章研究和揭穿了对全球变暖可能导致更极端天气的普遍恐惧。 IPCC 声称全球变暖将会导致（或者正在引起）更多干旱，洪水，台风，风暴，热浪，大火。我们几乎没有发现支持这些相关预测的评论文献，相反有大量证据支持相反预测，也就是在一个较暖和的世界里，极端天气现象将会少一些。 第七章考察 CO2 浓度上升和温度升高的生物效应。在全球变暖的辩论中，这种效应很少被报道过，可能是因为它是一个好消息。 CO2 浓度上升增加植物的生长并使植物更能抵抗干旱和害虫。对于世界上的森林和草原以及农民和牧场主和不断增加的发展中国家的人口来说，它是一种恩赐。 第八章考察了 IPCC 关于 CO2 导致的气温上升将会引起不可预测的动植物（无论是在陆地还是海底世界）灭绝的声称。我们发现几乎没有真实世界的证据证明这种说法，相反大量的反面证据显示在一个变暖的 CO2 富集的世界里，生态系统的生物多样性将会增加。 第九章挑战了 IPCC 的关于主张 CO2 导致的气温上升对人类健康是有危害的主张。 IPCC 谴责高温事件增加了心血管相关的死亡人数，增加了呼吸道疾病，并加速了致命性传染病（如疟疾、登革热、黄热病）广泛传播。然而，对同行评论科学文献的全面考察揭示了进一步全球变暖将有可能恰恰相反，实际上是减少了在极热条件下失去生命的数量。我们也解释了 CO2 导致的气温上升将如何有助于满足不断增加的全球人口而无需侵犯自然生态系统，以及生物燃料的增加（ IPCC 推荐的一种策略）是如何损害环境从而提高食品的价格。这份报告总结的研究只是在同行评论科学文献可获得的一小部分，为了协助想要了解探索更多还未包含在这份报告内的更多信息的读者，我们提供了互联网的超链接，该链接连向一个由二氧化碳与全球变暖研究中心提供的不断更新的数据库 www.co2science.org .
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反IPCC与中国的民主
王铮 2009-11-25 08:09
公元 2009 年 11 月 24 日，我参加了一个学术会议，是一个反 IPCC 的会议。在中共中央领导人接受了 IPCC 观点以后，有那么一群科学家聚在一起，开会反对 IPCC 的全球变化观点，它的意义不仅是科学上的，而是超越了科学。 反 IPCC的 组织，叫 NIPCC ，翻译过来是非政府间气候变化委员会，他们的观点主要是： 1. 模拟气候变化的 GCM 模型不太靠的住； 2. 即使全球变暖也没有什么大问题； 3. 关于全球变暖的灾害、健康影响是夸张的，以及 4. 人类放出的二氧化碳与地质活动放出的二氧化碳相比可能微不足道。实际上他们的内容还很凌乱，组成人员也有点乌合之众的感觉。就如昨天做报告的，主要还是副教授，那些大牛院士不见，所以没有课题费。但是，中国已经民主到了可以对领导人认可的东西质疑，真是太好了，这是什么？这就是和谐社会。 有话就说，有屁就放。可能有人认为说屁粗口，这就不对了，允许你们放屁，就不允许别人说，可以放屁。呵呵，调侃了，公共场所还是不放屁为好。 最后声明一句，我还是支持 IPCC 观点的，但是我响应NIPCC的号召。 顺便说一句，会议是在北京大学开的，毕竟是北大。再顺便说一句，前几天在上海交大、华东师大参加了一些响应IPCC的会议。与北京会议不同，上海会议有人提出IPCC可能带来商机。科学上，上海比北京慢一拍；技术上，上海总会领先北京。所以我对学生说，文化创新中心和技术创新中心是不同概念。
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中国有20分之1个诺贝尔奖获得者
冯用军 2009-5-18 23:09
自从7个月前，也就是2008年10月6日，亲耳聆听刘雅章博士来昆坐镇科学大讲坛讲全球气候变化，主持人介绍说他是美籍华人，2007年诺贝尔和平奖的IPCC（联合国政府间气候变化组织）无数个分享者之一，这让我想到了杨振宁、李政道、丁肇中，都不是中国籍的（虽有报道说杨、李二人在瑞典斯德哥尔摩领奖时怀揣的是中华民国的护照，但至今也没得到确证）诺贝尔奖获得者。 7个月后的今天，也就是2009年5月18日，亲耳聆听秦大河博士来昆坐镇科学大讲坛再讲全球气候变化，主持人介绍他是原国家气象局局长，１９９２年获兰州大学理学博士学位，2007年诺贝尔和平奖无数个分享者之一，但他与前述4位华人有所不同的是，他是中国籍科学家，前往挪威奥斯陆领取诺贝尔和平奖的IPCC20人观礼团成员之一，因为他的身份是IPCC AR4（第4次评估报告）WG1（第一工作组）的联合主席之一，我看到了他坐在市政大厅内最靠近主持人的位置上的照片，他手捧诺贝尔和平奖证书的照片，也有写有他名字Dahe Qin的诺贝尔和平奖证书，虽然他说这个证书IPCC复制了上万份，因为他们获奖的报告是集体智慧的结晶，由于金牌无法复制，所以没有，奖金捐给了第三世界国家。 如果从这个角度而言，我们中国是已经产出了一位诺贝尔奖获得者，或者准确地说，一位诺贝尔和平奖获得者，或者更准确地说，一位2007年诺贝尔和平奖获得者。因此，如果这种表述因准确性而成立的话，那么那些成天叫嚣说我国没有诺贝尔奖获得者的人就应该闭嘴（他们的言下之意或理论依据是中国籍的科学家获得诺贝尔奖才算的），而更严格的表述是：中国籍的科学家什么时候才能独立地或与1－2人并列地获得诺贝尔奖？哪一个领域的中国籍的科学家在什么时候能独立或与1－2人并列地获得诺贝尔奖？ 注：1、赛珍珠（pearl-s-buck）是以美国国籍获奖，详见其受奖演说：http://baike.baidu.com/view/68113.htm：我也为我的祖国美利坚合众国而受奖。我们是一个仍然年轻的民族，我们知道我们尚未达到我们最充分的力量。这个奖给了一个美国人，也就不仅使一个人获得了力量，而是使整个美国作家群体获得了力量，他们因这种慷慨的褒奖而受到鼓励，精神振奋，而且我还想说，这个奖给了一个妇女，这在我们国家是非问小可的。 2、十四世达赖喇嘛丹增嘉措1989年获得诺贝尔和平奖是包藏祸心，已背叛祖国和人。 3、IPCC2007年获诺贝尔和平奖中还有哪些中国籍科学家？欢迎各位大力提供可靠及翔实资料。 4、兰州大学能培养出秦大河这样的诺贝尔奖共享获得者，说明兰大地质地理系从20世纪60年代到90年代都保持了世界一流的水平，只是20世纪90年代末期开始衰落，不过，舒德干具有信使意义。
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