地球轨道参数会引起气候变化(地球轨道参数变化气候的影响)地球轨道参数会引起气候变化(地球轨道参数变化气候的影响)

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地球轨道参数会引起气候变化(地球轨道参数变化气候的影响)

地球轨道参数会引起气候变化(地球轨道参数变化气候的影响)

人类已经遭到自然反噬,如何自救,关乎今天和未来的每一个人。

8月9日,联合国气候变化权威组织IPCC(政府间气候变化专门委员会)发布了第六次评估报告(AR6)的第一工作组内容——也就是报告的科学基础部分,这份评估报告反映了自2014年第五次评估报告(AR5)及三份IPCC 特别报告发布以来,对气候变化科学现状和科学的最新认知,也是IPCC第二和第三工作组报告的基础。

此时,河南大水刚刚退尽,湖北洪灾正在酝酿。

对于普通公众而言,这份由来自66个国家的234位作者撰写、评估和反复修改的报告最引人注目的有两点:人类影响毫无疑问引起了地球表面升温,并导致大气、海洋、冰冻圈及生物圈发生了广泛而深远的变化;全球变暖已经影响到各个区域的天气气候,导致极端气象事件发生频率和强度的上升。

该如何理解这份重要报告?未来我们将面临怎样的挑战?我们生活的家园还有救吗?作为个人,我们可以为此做点什么?

针对这一系列问题,IPCC第六次评估报告第一工作组的两位主要作者,来自中国科学院大气物理研究所的周天军研究员和来自浙江大学地球科学学院的曹龙教授接受了全现在的专访。

7月21日郑州暴雨过后,部分路段积水严重,大量汽车被淹。来源:CFP

Q:这篇报告中给出的结论十分惊人,例如,过去十年很可能是地球12.5万年来最热的十年;世界上的冰川正在以“至少是过去2000年间所未有的”速度融化和消退。我们能感受到的是,今年全球很多国家出现了极端天气,而且是频繁发作。这些频发的极端天气,在多大程度上是由全球升温引起的?

A:“过去十年很可能是地球12.5万年来最热的十年”不是严谨的翻译。IPCC 第六次报告的决策者摘要(SPM)指出,最近10年(2011–2020)的温度相对于1850-1900年的距平值是1.09 [0.95-1.20]℃(你可以通俗地理解为平均温度高出了1.09℃),这超出了约6500年前这一离现在最近的温暖期的温度,当时数百年平均温度相对于1850-1900年的距平值是0.2-1.0℃(中等信度)。在此之前,另一个离现在最近的温暖期出现在约12.5万年前,那个时期数百年平均温度相对于1850-1900年的距平值是0.5℃-1.5℃,和最近10年的观测结果相重叠(中等信度)。这两个古气候时段的温度变化都是由地球轨道参数变化引起的。

关于观测到的极端天气的变化,以极端降水为例,IPCC第六次报告的评估结果是“1950年代以来大部分有观测资料的陆地地区经历了极端降水频率和强度的增加(高信度),人类活动引起的气候变化有可能是主要的驱动因子”。这一结论是针对极端降水的长期变化进行归因研究的结果。

至于今年频发的极端天气在多大程度上是由于全球升温引起的,目前科学上尚难以针对某次特定的极端事件,来具体估算全球增暖的贡献比重和自然变率的贡献比重。气候变化归因研究的一个前沿领域是“事件归因”,它尝试回答的是针对某类破纪录的极端事件,人类活动使得这类事件发生的概率有多大变化,这种研究对观测资料的质量、气候模式的性能和计算样本数都有很严格的要求。

Q:此次报告强调,人类活动造成的气候变化是毋庸置疑的事实。大约十年前,有中国学者不认同温室气体排放直接导致气候变暖,他们强调气候变化的不确定性,同时他们引述一些南极冰芯的研究认为,冰期、间冰期温度和二氧化碳、甲烷等温室气体的波动是一致的,但是,温度变化在前,二氧化碳、甲烷等温室气体变化在后。二氧化碳的变化不是驱动因素,而是正反馈因素。现在这种观点是不是不再有市场了?学术圈是不是已经公认,人类活动所加剧的温室气体排放确实是全球变暖的元凶?

A:谈气候变化,首先需要明确时间尺度,否则,大家的话题就很容易不在一个频道上,谈话对象所指的不是同一件事情,答案的对错也就无从评判。

气候变化包括年代际、百年际、千年甚至更长时间的地质时间尺度,既涉及气候系统外强迫因子的变化,也涉及气候系统内部的变化及其反馈过程,物理上极为复杂。但简单地分类,气候变化的驱动因子可以分成两类,一是自然原因,例如地球绕行太阳的轨道参数的变化、太阳辐射的变化、火山喷发的影响等;二是人为因子,包括人类排放的温室气体、气溶胶、以及土地利用等的变化。地质时间尺度的气候变化由自然因素决定。人类社会工业化以来的气候变化,主要由人为因子驱动,尽管自然因子也有贡献,但其作用量远小于人类活动的贡献。

地质时期的气候变化,可以用米兰科维奇理论来解释,其时间尺度是万年到百万年。当地球轨道偏心率、黄赤交角和岁差这三大天文因子所决定的地球轨道参数发生变化时,会导致地面接收的太阳辐射发生改变,导致气候系统发生变化。此外,地质构造运动如大陆漂移、造山运动、板块运动等,也会影响地球气候,其时间尺度是千万年到亿年。

地质历史时期的气候变化可以称为气候变迁,气候变迁都是由自然因素引起的。例如,地质构造活动和大陆漂移改变着海陆分布、生态系统、地表反照率和大气成分,影响地质尺度的气候变迁。在这中间有两种过程起到重要作用,一是通过化学反应形成碳酸盐建造,将大气和海洋捕获的二氧化碳封存固定;二是碳酸盐通过板块运动俯冲到地幔,在高温高压下碳酸盐变质释放出二氧化碳,通过火山喷发又回到大气之中,这样就与碳酸盐建造形成一个旋回,这个时间尺度是数千万年到数亿年。

IPCC报告说人类活动造成的气候变化是毋庸置疑的事实,其对象主要是针对工业化以来这一百多年的气候变化。报告基于观测资料的最新评估显示,2011-2020年全球表面温度要比1850-1900年要暖1.09[0.95-1.20]℃,其中,陆地增温的幅度是1.59[1.34-1.83]℃,海洋的增温幅度是0.88[0.68-1.01]℃。报告基于归因研究的成果指出,从1850–1900年到2010–2019年,总的人为全球表面温度增加的可能范围是0.8℃-1.3℃, 最佳估计值是1.07℃。各种因素可能的贡献分量是:充分混合的温室气体贡献了1.0℃-2.0℃的增暖, 其它人为驱动因子(主要是气溶胶)贡献的变化幅度是-0.8℃-0.0℃, 自然因子贡献的变化是–0.1℃-0.1℃,内部变率的贡献是–0.2℃-0.2℃。

2月17日,哥伦比亚首都波哥大,受过度开垦和气候干旱影响,当地湖床干涸土地龟裂。来源:CFP

Q:像今年夏天国内很多城市遭遇的暴雨灾害,明年或者后年是不是还会来?这些百年一遇的极端天气,会不会变成十年一遇甚至几年一遇?

A:IPCC第六次报告基于五种排放情景、利用气候模式的大数据样本集合,来进行未来变化预估,指出未来增温将持续,伴随着每一部分的全球增暖,极端事件的频率和强度都将增加。报告还比较了全球不同温升阈值,例如全球相对于工业革命前升温1.5℃、2℃和4℃情景下,当前气候背景下极端事件的发生频率和强度在未来的变化等。

这里需要注意两个基本概念,一是预估不等于预报,预估依赖于所设定的温室气体等排放情景,和大家所熟知的天气预报不是一回事;二是针对极端事件的预估结果是统计意义上的概率,例如某个温度阈值下极端事件发生的概率相对于当前提高多少倍等。因此,报告结果回答不了今年国内很多城市遭遇的暴雨灾害明后年是不是还会来等问题。

关于“百年一遇”的提法,我注意到今年汛期媒体多有讨论,公众质疑“百年一遇”的事件怎么会在不到百年的时间里多次出现。“多少年一遇”其实是对“重现期”的度量,“重现期”这个概念是个传统的水文统计学的定义,用在气象学单纯从字面理解容易引起误解,所谓“百年一遇”它并不是指一百年才发生一次的事件,而是指这类强度的事件每年在每个点上发生的概率为1%。决策者摘要中,明确表示全球陆地区域“10年一遇”的极端降水在1.5℃、2℃ 和4℃情景下将频率增加、强度增强;全球“10年一遇”和“50年一遇”的极端高温事件在1.5℃、2℃和4℃情景下都将频率增加、强度增强。

6月13日,美国加州伊莎贝拉湖的水位已经下降到16%,并在继续下降。来源:CFP

Q:原来设定的升温控制目标是2℃,后来由于部分沿海国家认为这个升温程度对他们国家也是灾难性的,才做出调整。现在的控制目标是让变暖保持在1.5℃以下,是不是可以认为,实现这一目标人类就安全了,如果上升到2℃或3℃,一切都完了?

A:首先,1.5℃和2℃温控目标是第21届联合国气候变化大会由各国政府确定的政治目标,它不是由IPCC设定的温控目标。

其次,国际上最早提出的2ºC温控目标,是20世纪80-90年代科学界围绕“究竟要选定一个什么样的减排目标”进行激烈辩论的结果。1990年欧洲学者提出一个管理气候危机的“红绿灯”系统,里面的两个重要指标是每10年温度升高的速率和海平面升高的幅度,通过综合评估,提出2℃是国际社会能够接受的底线,它兼顾了生态系统对变暖的适应能力和承受力,以及国际社会应对气候变化的成本等问题。随后,科学界围绕着2℃, 2-3℃以及大于3℃的升温对生态系统、对极端天气事件频率等的影响做了大量评估研究,但是并没有说明为什么2℃目标是合适的。虽然在科学上还有争议,但是2℃目标逐渐成为气候变化减缓政策的一个基础。由欧盟推动、在众多气候变化会议上都强调了这一目标的重要性。

2009年,在哥本哈根召开的第15届联合国气候变化大会把这一目标写入《哥本哈根协定》,但大会未能就协定达成一致,该协定没有法律约束力。在哥本哈根大会上,一些岛屿国家认为2℃目标也不能接受,提出1.5℃的温升也足以威胁到他们的生存。2010年,在墨西哥海滨城市坎昆举行的第16届联合国气候变化大会上,小岛国家联盟重申了这一主张。此后,一些欠发达国家也加入进来,坚持将长期气候目标定为全球温升不超过1.5℃。2015年,在巴黎召开的第21届联合国气候变化大会通过了《巴黎协定》,把“相对于工业化前的全球平均温升水平控制在2℃以内,并努力争取控制在1.5℃以内”写入协定。一旦明确了目标,气候经济学家就开始研究如何达到这个目标,气候学家开始研究这种温升目标下的气候变化及其影响问题。

需要指出的是,尽管2℃目标乃至1.5℃目标已经得到《巴黎协定》认定,但是依然存在不少批评意见。首先,科学家认为这里有很大的不确定性,例如任何温升目标都要最终和二氧化碳浓度相联系,连接二者关系的关键因子是气候敏感度(“气候敏感度”是个专业术语,指当地球大气中的二氧化碳浓度加倍后全球温度最终要升高几度),而当前科学界在气候敏感度的估算上不确定性很大;二是气候经济学家批评这需要太高的成本。不过,无论如何《巴黎协定》已经确定了该目标,该目标已经成为今后气候谈判的基础,尽管学术界围绕着该目标的合理性与可行性的争论依然在继续。

第三,IPCC第一工作组报告从物理科学的角度,评估了不同温升阈值情景下极端气候事件等的发生风险,指出在所评估的五种气候情景下,未来全球气候会持续变暖,伴随着增暖,当前发生的一些极端事件未来还会在频率上増加、在强度上增强。至于这五种气候情景的可行性,这不是IPCC第一工作组工作的职责范畴,报告没有这方面的评估。

气候变化的确正在发生,过去无法挽回,未来可以改变。我们今天的行动,决定着地球气候的未来。

8月14日,受全球气候变暖影响,冰岛境内的冰川日渐消融。来源:CFP

Q:除了减少温室气体排放,人类还有哪些方法可以减缓全球变暖?

A:首先,快速、大规模减少二氧化碳、甲烷等温室气体的排放,是减缓全球变暖的必要措施。在大力减排基础上,通过人为增加海洋和陆地碳汇,或者直接通过化学手段从大气中捕捉二氧化碳移除的方法,有潜力降低大气中的二氧化碳浓度。目前的模拟研究表明,如果在本世纪末,将全球变暖控制在1.5ºC或者2ºC的水平,需要在本世纪中叶实现净零二氧化碳排放的基础上,实现净的负二氧化碳排放。也就是说,人为从大气中移除的二氧化碳要大于人为排放的二氧化碳。目前提出的二氧化碳移除方法很多,包括植树造林、土壤固碳、生物能结合碳捕捉和封存、恢复海岸带生态系统、增强海洋的碱性等。

太阳辐射干预(也称为地球工程)方法也有可能作为减缓全球变暖的备用措施。太阳辐射干预方法的基本思路是通过人为的方法改变地-气系统的辐射平衡,减少到达地面的太阳辐射,从而部分抵消温室气体增加产生的暖化效应,给地球降温。例如,科学家提出可以向平流层注入硫酸盐气溶胶,类比大规模火山喷发产生的冷却效应,通过散射更多的太阳光到太空给地球降温。也可以通过增加云、地表和海表的反照率,反射更多的太阳光,给地球降温。但是,通过太阳辐射干预方法给地球降温无法降低大气二氧化碳浓度。

需要强调的是,以上提到的二氧化碳移除和太阳辐射干预目前基本还处于理论研究阶段,目前没有任何一种二氧化碳移除和太阳辐射干预方法被证明可以在大范围内实施并有效减缓全球变暖。并且,各种方法的技术可行性和安全性、对全球不同地区气候和环境的正面和负面影响、实施成本、公众接受度等,都需要进行深入的研究和评估。因此,目前只能说二氧化碳移除和太阳辐射干预措施有潜力作为在大规模减排基础上减缓气候变化的辅助手段。快速、大规模地减少二氧化碳、甲烷等温室气体的排放依然是减缓气候变化的必要措施。

Q:通过温室气体减排和各种减少二氧化碳存量的方法,全球升温所带来的变化有没有可能出现逆转,回到从前?

A:气候系统的可逆性依赖于谈论的时间尺度。如果我们立即停止所有的二氧化碳排放,由于气候系统的巨大惯性,在未来的几个世纪到上千年的时间尺度上,大气二氧化碳浓度将逐渐下降,全球表面平均温度将基本保持在现有的水平,全球海平面将继续升高。IPCC报告的决策者摘要指出,许多气候要素的变化,尤其是全球海平面高度、深海酸化、冰盖融化在未来的几个世纪到上千年的时间尺度上是不可逆的。例如,在控温1.5℃的低排放情景下,到本世纪末,相对于1995-2014年的平均水平,全球海平面高度有可能继续上升0.28-0.55米,并且会在未来的几个世纪到上千年的时间尺度上继续升高。

Q:在控制全球升温这样的宏大工程面前,作为个人能做些什么?

A:首先,日常生活中注意节约能源,低碳出行,这是每个人都能做到的。

其次,积极参与科学普及和教育,传播科学知识,唤醒和提高民众对气候变化问题的重视,提高公众素质和意识,让更多的民众参与到气候变化的积极应对行动中来。

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