作者答疑：談氣候變化，先明確時間尺度
氣候變化，與我們每個人的命運(yùn)息息相關(guān) | 圖源：pixabay.com
畢竟，這與我們每個人的命運(yùn)息息相關(guān)。
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答：全球變暖的空間分布不是均勻的，中高緯度特別是北極地區(qū)的增暖更強(qiáng)。因此，并不是只有亞洲的氣候變化超出了自然變率的范圍。關(guān)于海平面升高，觀測證據(jù)顯示，在1993-2018年期間，西太平洋地區(qū)的海平面升高最快，而東太平洋海平面升高最慢（中等信度）。這種區(qū)域差異和海洋動力學(xué)過程有關(guān)。
答：IPCC報告明確指出，人類活動已經(jīng)使大氣、陸地、海洋變暖。大氣圈、海洋圈、冰凍圈和生物圈已經(jīng)發(fā)生了快速和廣泛的變化。但是，大范圍變暖不代表所有地區(qū)都變暖。在人類活動影響的同時，氣候系統(tǒng)的自然變率也會對氣候變化產(chǎn)生重要影響，特別是局地尺度的氣候變化。圖中顯示的北大西洋部分海域變冷和 “大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流”（AMOC）的減弱有關(guān)。當(dāng)AMOC正常運(yùn)作時，循環(huán)系統(tǒng)會將墨西哥灣附近熱帶地區(qū)含鹽的溫暖表層水帶到北方的歐洲海岸，并將融冰生成的寒冷淡水帶走。
答：二氧化碳通過溫室作用造成升溫是基本的物理理論，不存在所謂 “例外”。但是，溫度不僅僅受到二氧化碳變化的影響，也受到其它外源強(qiáng)迫的影響，特別在區(qū)域尺度，自然變率也會起到重要的調(diào)節(jié)作用。
南極的氣候變化特征比較復(fù)雜，空間上分布不均勻，自1950年以來，南極半島非?？赡茉谧兣?，而東南極的溫度變化沒有顯著趨勢。
答：二氧化碳濃度是一個影響氣溫的重要因子，但不是唯一的因子。在百萬年的時間尺度上，地球繞行太陽的軌道參數(shù)的變化、太陽輻射的變化等，都會對地質(zhì)時間尺度的氣候變遷產(chǎn)生重要影響。
據(jù)最新的氣溫重建序列，距今200萬年處在第四紀(jì)更新世早期，氣溫開始下降，低于當(dāng)前氣候。而距今約300萬年的中上新世時期，二氧化碳濃度約400ppm，與當(dāng)前氣候相當(dāng)，但溫度高于當(dāng)前氣候。這是由于當(dāng)時的氣候變化除了受到溫室氣體的調(diào)控，冰蓋等外強(qiáng)迫因子也對其有重要影響。
除此之外，地質(zhì)時期的暖期海陸位置、洋流格局、地形和植被等要素都和當(dāng)前氣候存在差異，氣候敏感度也與當(dāng)前不同，并且是氣候與溫室氣體達(dá)到長期平衡的結(jié)果，而非對溫室氣體強(qiáng)迫的瞬時響應(yīng)。因此，不能直接地通過溫室氣體濃度的高低來比較當(dāng)前的氣候變暖與地質(zhì)時期暖期的溫度高低。
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答：談氣候變化，一定要先明確時間尺度，不同時間尺度上的變化，背后的驅(qū)動因子不同。
氣候變化包括年代際、百年際、千年甚至更長時間的地質(zhì)時間尺度。驅(qū)動因子可以分成兩類，一是自然原因，例如地球繞行太陽的軌道參數(shù)的變化、太陽輻射的變化、火山噴發(fā)的影響等；二是人為因子，包括人類排放的溫室氣體、氣溶膠、以及土地利用等的變化。
地質(zhì)時間尺度的氣候變化，由自然因素決定，例如，在幾千萬到幾億年的時間尺度，大陸漂移、造山運(yùn)動、板塊運(yùn)動等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動對全球氣候產(chǎn)生重要的影響。萬年到百萬年尺度的冰期和間冰期的氣候主要受到地球繞行太陽軌道參數(shù)變化的影響。
人類社會工業(yè)化以來這一百多年的氣候變化，主要由人為因子驅(qū)動，盡管自然因子也有貢獻(xiàn)，但是遠(yuǎn)小于人類活動的貢獻(xiàn)?；剂先紵欧诺亩趸嫉葴厥覛怏w的影響起主導(dǎo)作用。
如何確定人類活動的影響程度，主要依靠氣候模式模擬和觀測資料的對比，結(jié)果表明，當(dāng)只考慮自然強(qiáng)迫時，無法模擬出1850年以來的變暖；而當(dāng)同時考慮人類活動和自然強(qiáng)迫時，可以再現(xiàn)觀測中的增暖現(xiàn)象。
答：一，溫升和累積碳排放的準(zhǔn)線性關(guān)系，主要指工業(yè)革命以來這100多年間器測資料揭示的觀測事實(shí)。這種準(zhǔn)線性關(guān)系的背后是二氧化碳排放、碳循環(huán)和溫度變化之間的因果物理聯(lián)系。理論分析和氣候系統(tǒng)模擬都揭示了這種關(guān)系。
二，關(guān)于工業(yè)革命以來溫室氣體和溫升的因果關(guān)系，不是基于準(zhǔn)線性關(guān)系推斷出來的，而是采用“檢測歸因技術(shù)”定量估算的結(jié)果。具體作法是：
三，滄海桑田那個時間尺度的氣候變化，屬于地質(zhì)時間尺度的氣候變化，完全是自然因素作用的結(jié)果。例如，地質(zhì)時期的氣候變化，可以用米蘭科維奇理論來解釋，涉及地球軌道偏心率、黃赤交角和歲差這三大天文因子的變化，其時間尺度是萬年到百萬年；地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動如大陸漂移、造山運(yùn)動、板塊運(yùn)動等，也會影響地球氣候，其時間尺度是幾千萬到幾億年。
我們關(guān)注的全球變暖，主要是針對工業(yè)革命以來這100多年間，在此期間，地球軌道偏心率、黃赤交角、歲差、太陽輻照度等自然因子的變化不大；溫升主要來自化石燃料使用導(dǎo)致的溫室氣體排放。
而我們之所以關(guān)注全球變暖，是因?yàn)樗玛P(guān)人類文明，事關(guān)我們的生存問題。不管是溫度升高還是海平面升高，若速度太快，超出自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會的適應(yīng)能力，結(jié)果就將是災(zāi)難性的。
答：火山噴發(fā)的確可以暫時給地球降溫，例如，1991年的皮納圖博火山噴發(fā)在接下來的兩年內(nèi)，導(dǎo)致全球平均溫度下降了約0.3度，但其影響也就持續(xù)幾年。
IPCC評估報告指出，根據(jù)古氣候和歷史證據(jù)推斷，在21世紀(jì)，可能至少有一次大規(guī)模的火山噴發(fā)。這樣的火山噴發(fā)的確會在年際時間尺度上影響全球氣候，在1-3年內(nèi)降低地表溫度和陸地降水，改變季風(fēng)環(huán)流和極端降水，暫時和部分抵消溫室氣體增加造成的全球變暖，但不能緩解長期暖化效應(yīng)。
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過去無法挽回，未來可以改變
答：自1970年以來，全球表面溫度的上升速度超過了至少2000年來的任何時候，中國歷史上的漢唐時期，溫度也低于當(dāng)前氣候。全球增暖已經(jīng)造成了中國極端高溫、極端強(qiáng)降水事件的增加，并在未來預(yù)估中進(jìn)一步加劇，會帶來嚴(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)損失。
另一方面，目前的工業(yè)社會與歷史時期的農(nóng)業(yè)社會在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口分布、社會結(jié)構(gòu)等諸多方面有巨大的差異，氣候變化對不同的社會形態(tài)影響不同，因此，不能用歷史時期氣候變化對社會的影響簡單地類推現(xiàn)在和未來氣候變化的影響。
問：在其他科研領(lǐng)域，好像每天有新的物理機(jī)制被發(fā)現(xiàn)、新的材料被合成運(yùn)用、新的尖端儀器被創(chuàng)造，而在關(guān)于大氣生態(tài)科學(xué)的新聞里，1.5度的概念也宣傳很久了，但基本還是在闡述問題的嚴(yán)重性和急迫性，較少提到一些實(shí)質(zhì)性的新科學(xué)和新技術(shù)的發(fā)展（如馬斯克提到的碳捕獲技術(shù)），這是為什么呢？
答：應(yīng)對氣候變化的挑戰(zhàn)和難度在于這是一個全球性的大范圍問題。例如，雖然有些正在發(fā)展的二氧化碳移除技術(shù)（從大氣中直接捕獲二氧化碳，然后將捕捉的二氧化碳埋藏在地下）在局地小尺度上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)嘗試，但是如果要在大范圍實(shí)施這些技術(shù)，起到顯著降低大氣二氧化碳濃度的作用，在技術(shù)、成本、安全性、對環(huán)境影響各方面都面臨很大的挑戰(zhàn)。
同時，也要考慮各種可能的副作用。很多分析研究指出，直接從大氣中捕捉二氧化碳的碳捕捉設(shè)備都需要很高的運(yùn)行成本和能耗。
答：我們只有一個地球，無處逃避，只有積極應(yīng)對。過去無法挽回，未來可以改變。我們今天的行動，決定著地球氣候的未來。
每多排放一份二氧化碳和其它溫室氣體，就會增加一份氣候變化風(fēng)險。因此，快速和大規(guī)模減排是減緩氣候變化的必須。同時，要未雨綢繆，積極做好氣候變化應(yīng)對措施。
參考文獻(xiàn)
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