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全球及中国的气候正在逐渐地变暖,成为全世界及我国政府密切关注的问题。近百年来,全球的气温在不断地上升,它将对世界及我国的生态环境及社会经济产生重大的影响。目前全球变暖问题已成为各国政府和科学界共同关心的重大问题。
一、气候变暖的影响
全球气候变暖有正反两方面的影响,但负面的影响远大于正面的影响。好的一面,表现在气温的上升,在极地生存变得容易;全球二氧化碳的升高,有利于植物进行光合作用,以至植物可以蓬勃增长;另外人体在温暖的气候中感到舒适,这是气候变暖的正面影响。然而负面的影响远大于正面的作用,它将影响整个人类的生存发展,影响人们赖以生存的全球环境。主要表现在以下方面:
1. 海水上升
由于气温的升高,极地的冰雪在融化,导致海水上涨,海平面升高,过去的一百年里,全球海面上升了14.4cm,我国上升了11.5cm。海水的上涨,导致很多的一些国家和地区受到了不同的影响和巨大的威胁。
例如,如果海水上升50cm,一些海滩风景区将损失20―60%的沙滩,而我国海边旅游业是重大产业之一,海水上升,其效益将会受到很大影响。2005年5月来自水上威尼斯城市的报道,为了预防未来的洪水的吞噬,威尼斯正在建设一个名为“摩西”的构筑物,它的工程量和成本将是一个庞大的数字,然而卡恰里领导的由环境学家和气象学家组成的委员会召开会议,专门讨论在全球气候变化下威尼斯的未来。与会专家普遍认为,随着目前全球变暖,海平面迅速升高。对此,“摩西工程”中的巨型挡板已经“力不从心”了。从预防洪灾的原则出发,我们不得不采纳一个最悲观的数字,也就是说海平面在未来数十年内将升高50到60cm,摩西工程的挡板只能抵御22cm,这项工程能否拯救威尼斯将受到全球气温升高、海水上涨的严重影响。
2. 对动植物的影响
动植物的生长是受地域气温的影响而生存的,当周围的环境变化时,动植物的生存受到了威胁。一些植物群落可能因无法适应全球变暖的速度而做适应性转移,从而惨遭厄运。全球已经有很多物种灭绝或频临灭绝,每次气温的提高,都加剧了事态的恶化。6500万年前恐龙等大型动物的消失的原因可能有多种,但专家分析温度的变化提高很可能是导致它们灭亡的主要原因,环境的变化使他们庞大的自身难以适应而灭绝。而生存在南北极的动物,也有可能因为气温的升高,失去了原来的生活环境,而难以存活下去。
3. 气候的变化
这个冬天在我国南方发生了重大的冰雪灾害,给人们的生命财产带来了很大的威胁,导致国家财产损失上千亿元,给人民生活和经济的发展都带来巨大的危害,国家气候中心副主任、研究员李维京说:去年是有气象记录以来最暖的一年,这与全球气候变暖关系密切。理论上说,厄尔尼诺现象会导致暖冬和冷夏。而今年拉尼娜现象比较强,属于中等以上的强度。拉尼娜与厄尔尼诺相反,会导致冷冬和暖夏。随着气候变暖,极端天气气候事件的频率、强度明显增加。厄尔尼诺现象、拉尼娜现象都是全球变暖随之而生的气候现象。
4. 对人类健康的威胁
随着人类文明的进步和社会的发展,人类更加重视健康。人类的健康取决于良好的环境,然而气温的升高,使一些病菌得以滋生,多年前已经控制住的霍乱和鼠疫卷土重来,一些新型的疾病也跟着气温的升高产生,例如2003年SARS病毒的传播和人畜都能感染的禽流感都是在高温季节发生的。由以上的分析,可以看出全球气温的升高,对全球生态和环境的影响是巨大的。
二、气候变暖的成因分析
1. 气候变暖的主要原因是由于温室效应引起
由于过度的开采,人口的增加,日益发展的工业污染,绿色植被的减少,致使二氧化碳增多,引起温室效应,使气温升高。二氧化碳浓度现已达到368ppmv,是42万年以来的最大值。温室气体浓度增加的直接后果就是使得全球气温不断升高,20世纪是过去1000年中最温暖的100年,过去140年间全球升温0.4―0.8℃(平均0.6℃),而且13个最暖年份均出现在1983年以后。近50多年来,长三角城市地区气温亦在升高,特别是20世纪80年代中期起变暖幅度更明显,90年代年平均气温较50年代上升了0.9℃,其中以冬季的气温升高最显著,90年代冬季平均气温较50年代上升了1.1℃。
2. 太阳活动对地球气温的影响已被专家们关注了很长时间
据科学家研究,太阳活动对气候变暖也有影响,仅用温室气体增加解释气候变暖可能不够全面。
一般来说,太阳黑子多的时候,太阳活动剧烈。比如史料曾记载,公元17世纪时太阳黑子很少出现,当时的地球气候也相对寒冷。但地面获得的探测信息也显示,太阳活动强弱变化引起的太阳辐射能量变化幅度仅为0.1%。
3. 甲烷的升高同样引发升温
甲烷在空气中的含量虽然比二氧化碳少,但是它引起气温升高的效力却是后者的23倍。报告据此推算说,全球温室气体排放量的18%来自家畜。据估计,一只羊每天生产20克甲烷,一年就是7公斤,而一头牛每年甚至要排放114公斤的甲烷。除了甲烷,牛排出的粪便中含有一氧化二氮和氨气,这些化学物质对环境也有不容忽视的破坏作用。
以上气候变暖的成因分析,让我们看到身边细微的变化和不慎,都将会积少成多而对环境构成威胁。我们将继续关注全球气温的变化,寻找更适合的方法,保护我们赖以生存的环境。
参考文献:
其实,二者并不矛盾。最新研究表明,频频光顾的寒冬可能是气候变暖的结果。
气候是不是变暖了?
如今,全球气候变暖的趋势逐渐得到广大公众的认可。特别是从20世纪末到21世纪初这段时间,各地冬季很少出现强寒潮天气,夏季的最高温度经常突破40℃。
那么,气候是不是变暖了?要判断全球气候是否变暖,不能只看一时一地,而要看全球平均气温的长期变化趋势,如100年中气温上升多少,30年中上升了多少。19世纪50年代开始有了较多的仪器观测温度记录,所以人们建立的温度序列,大多从19世纪中后期开始。世界上共有3个不同的全球平均温度序列。由于收集的资料及分析方法不同,3个序列的结果略有出入。根据这3 个序列,从20世纪的最初10年到21世纪的最初10年,全球平均温度分别上升了0.84℃、0.81℃及0.79℃。因此,可以粗略地讲,近百年来全球平均温度上升了0.8℃。由于大气中的二氧化碳等温室气体是在1750年之后才显著增加的,所以研究人员经常把1750年看作工业化前,因此人们有时也说,相对工业化之前,全球平均温度上升了0.8℃。但是,这只是一种近似的说法,因为19世纪50年代之前缺少系统的温度观测。不过,无论如何,全球气候变暖已经是确定无疑的了。早先国际上还有些人怀疑气候变暖的结论,后来由于愈来愈多的证据表明气候确实是变暖了,因此,现在怀疑气候变暖结论的人已经愈来愈少了。
气候为什么变暖了?
气候为什么会变暖呢?科学家告诉我们,这是人类活动造成的影响。自18世纪中期工业革命以来,人们燃烧了愈来愈多的煤、石油、天然气,再加上砍伐森林,使得大气中的二氧化碳浓度从1750年前后的280ppmv上升到2011年的390ppmv,即:在200多年中增加了40%左右。ppmv代表百万分之一大气的体积。从中不难看出,二氧化碳在大气中的绝对分量是不大的,只有大气总体积的万分之三。但是二氧化碳的变化对气候却有重要的影响。二氧化碳在大气中的作用好像温室的玻璃窗一样,不会影响到太阳辐射照射到地面,但能吸收地面放射的辐射,从而使地面保持较高的温度,人们把二氧化碳的这种作用称为温室效应。如果没有大气的保护,地球表面的温度就会降到-18℃,而不是现在的15℃左右。也就是说,大气的存在使得地球表面的温度升高了33℃。可见如果地球没有大气包围,我们是无法生存的。现在人类活动使大气中二氧化碳浓度进一步增加,这就使温室效应加剧,进而导致气候变暖。
但是,全球气候变暖是不是温室效应加剧的结果,或者说是不是人类活动造成的呢?这在过去20年中始终是一个被人们热烈讨论的问题,至少已经进行了5~6轮论战。从20世纪末开始有人提出气候没有变暖,并且认为如果变暖也不是人类活动造成的,到2009年的“气候门”事件,怀疑气候变暖论者弄虚作假,以及2010年提出气候变暖是否停滞了。这些争议时起时伏,但都以气候变暖论支持者的胜利告终。
现在诸多证据使气候变暖怀疑论的空间愈来愈小了。“气候门”也关闭了。还有一批非气候工作者,独立地收集了更多的温度观测资料,建立了世界上第四个全球平均温度序列,但结果却与原有的3个序列结果基本一致,证明气候确实是变暖了。尽管近10年内温度升高不大,但这10年仍然是有观测记录以来最暖的10年。而且国际范围气候模拟研究有了巨大的进步,建立了地球系统模式,这些模式的计算均表明,现代气候变暖有很大可能是人类活动造成的温室效应加剧的结果。
冬季是不是变冷了?
然而,与全球气候变暖相对应的是一个戏剧性的现象――近年来时常出现冷冬。2009年底在丹麦哥本哈根召开第15届气候变化框架公约缔约方大会时,就曾经出现这种尴尬的情形:3.4万人聚集起来讨论应对变暖问题,当地却出现了严寒。
今年的情况也差不了多少。人们正在研究2013年是否可能成为有史以来最暖的年份时,欧洲、特别是俄罗斯出现了自1938年以来未曾出现过的严寒天气。中国自入冬以来冷空气活动频繁,大风雪接踵而至。
这究竟是怎么一回事?欧洲、北美、东亚的强寒潮、暴风雪天气是不是同全球变暖的趋势相抵触?这是否意味着气候不再继续变暖了?
我们先看看冬季是不是变冷了?回答是肯定的。
2007~2008年冬季,北美西北部遭遇严寒天气,北部地区出现大雪;中亚到东亚地区降下大雪。2008年1月,我国南方出现大面积雨雪冰冻天气造成交通、电力、通讯设施严重受损。2008~2009年冬季,北美、欧洲、亚洲北部气候寒冷,俄罗斯严寒天气尤为突出。2009~2010年,美国出现25年来最冷的冬季、当年冬季也是英国31年来最冷的冬季、西伯利亚出现严寒天气,我国北方的大雪造成严重灾害。2010~2011年及2011~2012年冬季,欧洲、北美、亚洲寒冷依旧。
可以说过去5个冬季,北半球的欧洲、北美、东亚都遭遇到不同程度的严寒。根据全球地面气温的观测记录,21世纪第一个10年(2001~2010年)的冬季,与20世纪的最后10年(1991~2000年)相比,美国温度下降1~2℃,欧洲下降2~3℃,西伯利亚下降3~4℃,我国东北(包括内蒙古东部)及新疆也下降1℃左右。可见近年来冬季的变冷不是个别年份的现象,也不是某一地区的局地现象。至少从2004年起这个过程已经开始了,不过在2007年之后这种趋势更为突出罢了。
冬季为何变冷了?
根据全球变暖理论,伴随温室效应加剧,高纬度地区冬季的温度应该明显上升。现在处于北半球中、高纬度的3个地区,冬季一致变冷,这是不是说明温室效应加剧的理论失效了?
科学家已经注意到了这个问题。2012年3月,中国科学家刘骥平、柯里、王会军等在美国科学院院刊上,提出了“暖大洋冷大陆”理论。这个理论的要点是:气候变暖导致北极海冰融化,使极区变暖,气压上升,大气西风环流产生波动,在北大西洋形成一个强的高压脊,北美及欧洲处于这个高压脊的两侧,形成很深的槽,冷空气顺槽南下,所以冬季出现严寒天气。由于冬季大气环流特征是在北半球有3个槽,欧洲槽的加深促使东亚的槽也加深,因此东亚的气候也寒冷。当然,这个理论还处于研究初期。另外,虽然已经有了一些数值模拟研究,但尚不成熟。不过,这些科学家的论文提出来一个对当前气候研究十分有针对性的理论问题:地球系统是十分复杂的,这个系统包括大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈五大圈层,各圈层之间有各种各样的相互作用。这个例子十分生动地告诉我们,不能像过去一样孤立地、简单地看待人类活动的影响,包括气候变化,而要充分考虑各圈层之间的相互作用。由于温室效应加剧,气候变暖了。气候变暖促使北极海冰融化,改变了大气环流,使得冷空气侵入两个大陆。这样就产生了戏剧性的效果,全球气候变暖反而造成了北半球大陆的寒冬。
海冰变化是这一理论的基础。2007年是北极海冰第一个破纪录的低点。夏末秋初(9月)正是北极海冰面积最小的时候,2007年9月,北极海冰面积降到413万平方千米,比多年平均值减少40%。2007~2009年,北极海冰面积略有回升,但仍明显低于2007年以前,2012年9月,北极海冰面积又降到一个新低,为341万平方千米,成为1979年有较为准确的卫星观测以来的最低值。所以,无论如何,海冰的变化是“暖大洋冷大陆”理论的强有力的基础。
这样的寒冬异常吗?
有人可能接着会问,这样的寒冬能称为异常吗?上面谈到,西伯利亚的平均温度可能低了3~4℃,是指近10年与前10年比较。个别年份冬季的差别会更大。一般这个差别用对30年平均的偏差来表示。例如,对1971~2000年平均温度求偏差。每一年冬季各地温度的偏差是不一样的。正偏差多时就是暖冬,负偏差多时就是冷冬。通常纬度越高偏差的绝对值就越大。例如中国的寒冬,东北北部及内蒙古东部,最大偏差可能达到-3℃到-5℃,但是华南、台湾就可能只有-1℃到-2℃,或不到-1℃。像欧洲、西伯利亚,温度偏差的绝对值可能比中国北部还要大得多。一般认为异常是很少出现的意思,在气候学中有严格的定义,有各种统计学的定义方法。一种比较粗略,但比较容易理解的定义是:30年一遇,就是说30年才出现一次的情况就可以认为是异常。如俄罗斯今年出现自1938年以来最强的寒冬天气,显然这就可以称得上异常了。中国上一次出现全国性的寒冬是在1976~1977年,距今已有30多年了。如果2012~2013年的冬季能达到或者接近那种寒冷程度,也可以认为是异常了。不过,我们现在谈的寒冬,是在经历了一段时间的暖冬之后、在气候变暖的背景上来看的,所以寒冬显得格外引人注意。但从强度上讲,现在的寒冬较之20世纪70年代和20世纪50年代已经逊色不少,更远不如17世纪和19世纪的寒冬那么凛冽。
冬季严寒会持续吗?
了解了寒冬成因及其与气候变暖的关系之后,我们来看看2012~2013年整个冬季是否都会像现在这样寒冷。
这是一个极有挑战性的问题。我国国家气候中心的预测可以提供这方面的信息。本文不可能具体讨论今冬的预测,但是可以提供一个基本思路。例如,冬季已经过了一半,接下来的一半还会继续寒冷吗?根据历史资料,一个冬季有时不一定是一冷到底的,有可能先冷后暖、或先暖后冷,所以气候学上经常分前冬后冬,这要根据当时的气候条件进行预测。对下一冬季,或未来几个冬季的预测也是这样。虽然看来海冰的下降趋势依然会继续,所以,可以肯定的是,未来还会出现寒冬,但是也许不会每一个冬季都是寒冬。不过究竟哪一个冬季冷,要看当年气候模式的预测,也要考虑其他物理因子的影响。例如,热带大洋的海温有什么异常?以及是否发生了强烈的火山喷发?还有不少类似的事件也会影响气候变化的进程。
2010年出现的这些极端天气气候事件具有范围广、强度大、致灾重的特点。
全球变暖惹的祸?
2007年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第四次气候变化评估报告指出,由于全球变暖,已经观测到包括干旱、强降水、热浪和热带气旋强度在内的一些极端天气气候事件的出现频率和强度发生了变化,未来将有可能出现更多更严重的极端天气气候事件。在全球气候变暖的背景下,高温热浪事件对气候变暖的响应尤为突出,特别是自20世纪90年代以来,全球范围内极端高温热浪事件更是频繁发生,部分地区甚至年年都遭受高温热浪袭击,如欧洲极为罕见的在2003年、2006年、2007年和2010年接连出现高强度的高温热浪。美国在过去的近10年内出现的创纪录的高温天数是创纪录的低温天数的两倍以上。
2010年在全球各地出现的高温热浪、洪涝灾害事实似乎也从一个侧面佐证了IPCC的评估结论。在全球气候变暖的大背景下,极端天气气候事件为何频繁出现?
以气温的变化为例,如果某一地区的气温变化在多年平均条件下呈正态分布,那么从概率论上来讲,在平均温度处的天气气候状况出现的概率最大,偏冷和偏热天气出现的概率较小,极端偏冷或极端偏热天气出现的可能性更小。但是,由于全球气候变暖,该地气温的平均值增加了,这时偏热天气出现的概率将明显增加,并且原来很少出现的极热天气也可能会频繁出现,破历史纪录的极端高温等极端事件也有可能会发生。如果气温变化的波动范围保持不变,则这种情况下偏冷天气出现的概率会减小,不大可能出现极端偏冷天气;但如果气温变化的波动范围也增大了,那么极端偏冷天气仍然有可能出现,只是出现概率会比以前减小。
对于强降水的出现与全球气候变暖的关系,从气象学原理上可以这样解释:由于全球变暖使得地表气温升高,较高的温度引起水分蒸发加大,致使水循环速率加快,导致更多的降水在更短的时间内出现,这就有可能增加大暴雨等极端降水事件以及局部地区出现严重洪涝的频率。另外,由于植物、土壤、湖泊和水库的蒸发加快,水分耗损增加,再加上气温升高,一些地区将遭受更频繁、更持久或更严重的干旱。
质疑之声
虽然大多数的科学家都非常认可IPCC第四次评估报告中关于全球气候变暖的结论,仍然有一些科学家对IPCC评估报告提出质疑。
首先,一些科学家质疑全球变暖的趋势是不是仍然存在。2008年初我国南方地区出现持续的低温雨雪冰冻灾害;2009/2010年入冬以来北半球的北美、欧洲和东北亚等地气温异常偏低,冰雪灾害频发,这使得有人认为,全球气候变暖的总体趋势已经停止或发生了逆转,未来全球气候甚至可能会转而进入一个微冰河期。根据英国《每日邮报》2010年1月10日的报道,包括气候学家拉蒂夫(Latif)在内的多位气候变化研究领域的权威科学家宣称,英国当时的异常严寒天气仅仅是全球气候变冷趋势的开端;目前全球气候已经进入了一个“寒冷模式”,全球气温将呈现下降趋势,而且这一趋势至少会持续20~30年。由于海洋中的海水温度变化具有60~70年左右的自然循环周期,他们认为海水温度的这种自然变化可能对全球气温形成比预期要大的影响,海洋的周期性变冷可能会抵消一些全球变暖的效果,这可能导致对进入新世纪以来全球变暖效应的抵消,使全球变暖的趋势停止。
其次,一些科学家认为太阳活动等自然因子才是近百年来全球变暖的主要原因,人类活动并不能解释观测到的全球变暖。他们认为,IPCC报告中气候模式所显示的温室气体浓度升高和全球平均温度变化之间的一致性主要是通过调整计算机气候模式中的物理参数得到的,但这些物理参数的调整具有很大的随意性。另外,二氧化碳浓度和温度的相关性并不高,因此也不能支持是二氧化碳浓度升高引起温度变化的结论,如20世纪40年代之前二氧化碳浓度的上升并不迅速,但全球气温却存在_个变暖阶段;1940~1975年间二氧化碳浓度上升迅速,但这一时期的温度却在下降。IPCC的评估报告则认为,工业化革命以来太阳活动造成的直接辐射强度要比人类活动所造成的小一个量级,太阳活动在这一时期的气候变化中所起的作用很小。IPCC认为,如果仅考虑太阳活动等自然因子的作用,气候模式无法模拟出20世纪中叶以后的全球变暖;只有同时考虑了自然因子和温室气体的作用,才能够模拟出全球气候的变暖趋势,从而证明了近50年的全球气候变化主要是人类活动引起的。
由于IPCC得出人类活动导致全球气候变暖的主要证据来自于计算机模式对气候变化的模拟结果,因此还有一些科学家对计算机气候模式的可靠性提出了质疑,他们认为计算机气候模式的结果并不可信,这主要表现在以下四点:第一,气候模式没有考虑太阳变暗和变亮的影响,如1985年前到达地球表面的太阳辐射较少(全球变暗),1985年后到达地球表面的太阳辐射较多(全球变亮)。但是,当前的计算机气候模式对此并没有考虑。第二,气候模式不能真实地模拟云和气溶胶的作用。各种不同模式的模拟结果之间之所以会存在很大的差异,主要就是由于不同的模式对云的处理和云参数化方案的选择不同。由于人类活动主要集中在北半球,这使得北半球比南半球分布着更多的硫酸盐气溶胶,从理论上讲由于气溶胶的“阳伞效应”使得一部分太阳辐射被反射回太空,因此北半球的变暖幅度应该比南半球更小,但观测结果恰恰相反,北半球的变暖幅度远高于南半球,这说明气候模式所模拟的温度变化趋势在纬度分布上的观测结果并不一致。第三,气候模式对区域尺度方面的气候变化,特别是对区域尺度上降水变化的预测非常差,有时不同的气候模式对同一区域降水变化的模拟结果可能会完全相反,因此不能依靠计算机气候模式对区域气候变化进行可靠的预测。第四,计算机气候模式也不能解释许多
观测到的气候特征,如极区温度变化,特别是南极的温度变化趋势与理论计算值不符。
全球变暖仍将持续
事实上,现有的观测证据表明,全球气候变暖的总体趋势并未停止或逆转,未来全球气候持续变暖的趋势还将持续下去。由于近百年来全球地表平均气温的变化并不是直线式上升的,人们平时所感知到的气候变化实际上是气候的趋势性变化与年际、年代际波动共同影响的结果,在全球气候以变暖为总体特征的变化趋势下并不排除在个别区域或个别时段出现气温下降的情况。例如,过去近百年来我国的全国地表平均气温升高了约1.1℃,但同期我国西南地区(包括云南东部、贵州大部、四川东部和重庆等地)却降低了0.45℃。又如,2010年4月全球地表平均气温比常年偏高0.76℃,为1880年以来同期的最高值,但我国陆地平均气温比常年同期偏低1.2℃,是1961年以来的最低值。因此,应当从全球范围和长时间尺度上来科学认识全球气候变暖。变暖并不意味着全球地表平均气温一定要一年比一年高,也不意味着地球上所有地区同步发生同样幅度的变暖现象。在全球气候呈现总体变暖的趋势下,在个别地区仍然会有可能出现个别较冷的时间段,但出现的次数会更少,冷的程度也不会那么剧烈。例如,2009~2010年的冬季,由于北极地区异常偏暖,暖空气进入加拿大,将冷空气向南推进,加拿大人度过了一个暖冬,但美国大西洋沿岸地区的天气则变得极端寒冷多雪;与此同时,其他一些地区则炎热得异乎寻常。因此,虽然个别地区或个别年份都有可能经历最冷或最热的天气,但作为一个整体,全球气候在最近的30年里一直沿着持续变暖的趋势在发展。
根据美国国家海洋大气管理局(NOAA)的最新观测资料,IPCC第四次评估报告以来的这3年(2007~2009年)全球平均气温也都处于有仪器记录以来的最暖10年之列,2010年3~6月是1880年以来最暖的几个月份,其中2010年6月是1985~3月以来连续第304个比20世纪平均温度偏高的月份。从今年的观测事实来看,2010年很有可能是1850年以来最热的年份。
目前,大气中温室气体二氧化碳的浓度仍然在以每年2个ppm左右的速度增加,2010年6月二氧化碳浓度已经超过392ppm;并且,由于海洋的热惯性作用,即使大气中温室气体的浓度能够保持稳定,未来一段时间内全球的气温仍然会继续上升。
难以准确预测的气候变化
大家都知道,在天文学中像日食、月食等天文现象是可以提前很多年就准确预报出来的,在海洋科学或水文科学中像是潮汐、洪峰等水文现象也可以提前作出准确预测,但对气候变化,人们却很难提前准确预测,只能预估出一个大致的趋势。
这是因为,在天文学中,太阳、地球和月球的运动是都可以作为一个质点来处理的,这些质点之间仅通过万有引力发生作用,万有引力的大小又仅取决于它们本身的质量和它们相互之间的距离;因此,决定这些质点运动状态的控制方程就非常简单,提前很多年就可以准确预测它们的运动状态。海洋中的海水流动虽然不能简单地作为质点来处理,但海水的运动也是遵从流体力学原理的,在已知的外力(如月球、太阳的引潮力)作用下,其运动状态也是容易预测的。
大气的运动就完全是另外一回事了。虽然大气从本质上看也是流体,但它是气体,气体是可压缩的(遵从气体状态方程);大气的组成中除了成分相对稳定的氮气、氧气等气体外,还有状态多变的水汽,水汽在大气中存在多达几十种的相变方式,通过不同的相变来成云致雨,这些都决定了大气运动状态的控制方程组会非常复杂,再加上大气所受到的外力也是难以准确预测的,因此人们不可能通过风洞或水槽之类的实验设备来研究气候变化,只能通过计算机气候系统模式来模拟和预测。
就目前的科学发展水平来看,计算机气候系统模式是最重要的气候预测和预估工具,气候系统模式本身以及利用模式来预估未来气候变化的趋势都是可靠的,但却难以提前对气候变化作出十分精确的预测。
因为气候系统从本质上看是一个混沌系统,这决定了它的运动状态存在一个可预报的时间尺度,超过这个时间尺度之后,由于混沌系统内非线性的误差增长会超过初始信号的强度而使预测结果失去意义。发现大气具有混沌特性的洛伦兹曾经打过一个比喻:南美的一只蝴蝶拍一下翅膀,其产生的气流扰动经过放大,最后会引发纽约的一场风暴。也就是说,即使初始误差很小,这个误差经过非线性放大,最后也会达到惊人的地步。
另外,对于混沌系统的预测同样具有不可重复性,即使是在相同的初始条件下采取同样的计算方法和计算步骤,最后得出的结果也是不会完全相同的。这好比一个人在高山上滑雪,虽然他每次都是从山顶的同一个位置滑下来,但到达山底的位置每次都是不同的。
此外,地球的大气还受到大气以外的其他因子变化的影响,这些系统目前并没有被我们很好的认识,因此,在气候研究和模拟中要对未来气候状况作出像日食、月食或潮汐预报等那样精确的长期预测几乎是不可能的。
让时间来检验
2010年2月23日,国际科学理事会(ICSU)了一份关于围绕IPCC第四次评估报告争论的声明,声明认为IPCC评估报告反映了当前对有关气候系统、演变过程以及未来预估的科学认识,肯定了IPCC评估报告是国际社会前所未有的、最全面的关于气候变化的科学评估结论。5月7日,美国《科学》杂志也刊登了255名美国科学院院士联名发表的公开信,信中对IPCC的评估结论给予明确支持,并指出科学结论总会有某些不确定性,科学永远不能绝对地证明任何事情;但最近的这些事件丝毫没有改变有关气候变化的根本结论。
气候变化是一门科学,其正确与否需要经过时间的检验。这让人们想起了有关爱因斯坦的一个故事,据说爱因斯坦的相对论发表以后,有100个教授签名联合反对相对论;爱因斯坦知道后说:如果能证明我错了,一个教授就足够了。
从这个意义上说,时间,也将会成为检验全球气候持续变暖论断正确与否的标准。尽管如此,面对频繁出现的极端天气气候事件,我们需要迅速行动起来,采取措施来降低气候变化对人类的威胁。
相关链接
“全球变暖”35年
35年前,也就是1975年8月8日,美国著名的气候学家、地球化学家华莱士・布勒克教授在《科学》杂志发表了题为“我们是不是处在全球变暖的紧要关头?”的文章。在文章中他预测,地球即将转入由于二氧化碳增加导致的全球变暖期。这篇文章的发表正式宣布了“全球变暖”概念的诞生。
一说到全球变暖,人们首先联想到的就是温室气体排放问题,似乎只有燃烧化石燃料、砍伐森林等人类活动才是全球变暖的罪魁祸首。不过美国国家大气研究中心(NCAR)的科学家们找到了影响全球气候的又一个重要因素――那就是我们头顶上的太阳,准确的说是太阳活动周期。他们的研究结果显示,最大太阳活动及其后续对地球都产生了积极的影响,具体的例子就是在热带太平洋上发生的拉尼娜现象和厄尔尼诺现象。这项研究使得人类在11年的太阳活动周期中有可能对某些时期的气温和降水模式进行预测。
虽然说太阳活动周期有极大年和极小年之分,但整个周期中到达地球的总辐射量也只有0.196的波动。数十年来,科学家们一直试图找到这微小的波动与自然天气和气候变化之间的关系。并将它们微妙的影响从人类活动引起的全球变暖格局中区分开来。
科学家们早已知道了某些太阳模式会影响长期气候变化,包括干旱和区域温度,但直到最近几年,计算机模型才能够逼真地模拟与厄尔尼诺现象和拉尼娜现象有关的热带太平洋区域升温和降温过程。现在有了这些模型,科学家终于可以重现上个世纪的太阳行为,看看它是如何影响太平洋的。NCAR的研究人员发现,当太阳辐射量达到高峰时,数年来少量额外的阳光引起局部大气的轻微升温,尤其是在云量匮乏、难以阻挡阳光的热带和亚热带太平洋地区。这些少量的额外的热量会导致更多的蒸发,产生额外的水蒸气。相应的,水分由信风携带到赤道太平洋西部,造成了大量的降雨。随着气候循环的加剧,信风也逐渐加强。这使得东太平洋比往常更加凉爽和干燥,为“类拉尼娜现象”的产生创造了条件。在类拉尼娜现象中,更东边一点的地区将会发生1~2华氏度的降温,强度只有典型的拉尼娜现象的一半。而真正的拉尼娜现象和厄尔尼诺现象与太平洋东部表层海水的温度变化相关,它们可以影响全球气候模式。
在接下来的一年或两年,太阳辐射最大化引发的“类拉尼娜模式”趋于进化成“类厄尔尼诺模式”,缓慢而温暖的洋流取代了赤道东太平洋表层较冷的海水。同样的,海洋的变化程度也只有厄尔尼诺现象的一半。也即是太平洋在太阳辐射达到极大值的两年后经历类厄尔尼诺现象,这一现象大约在一年以后结束,整个气候系统返回一个中立状态。不过,究竟这种气候变化模式对于全球变暖有多大的贡献,研究者目前还没有定量的结果,《Geek》建议相关专家赶紧跟进这一课题,说不定相关研究成果能让今后制定和摊派减排指标更精确一点。
关键词: 环境污染; 全球变暖; 应变
中图分类号: X21 文献标识码: A 文章编号: 1009-8631(2012)08-0064-01
一、造成气候变暧的原因
全球气候变暖并非单方面因素造成的,气象学家经过长时间的研究和不断与历史资料时行比对最终认识到决定气候状态和变化的原因不是孤立地存在于大气中,而是取决于由大气、水、冰雪、生物和岩石等几大因素所组成的“气候系统”的整体相互作用。因此引起当代全球气候异常及全球变暧的原因是十分复杂。但总的归纳起来,就是自然因素和人为因素这两大因素相互作用的结果。
(一)人为因素的影响
适量的温室气体因子对地球上的人类和自然界的生物来说应该是件好事,因为地球上的温度就是靠大气中的二氧化碳、水汽、臭氧、氧化亚氮、甲烷等“温室气体因子”所产生的温室效应来维持着。由于我们所排污染物中影响气候变化的主要成分中二氧化碳居多,而它在大气中存在的寿命较长,可达200年左右。所以大气中二氧化碳浓度的逐年急剧增加,这必然会导制“温室效应”的加剧,相关的资料表明,如果二氧化碳浓度每增加1倍,地球表面平均气温将升高1.5~3.5℃。此外核爆炸产物、氨肥的分解物,其中可能含有氮氧化物、一氧化碳、甲烷等几十种化学物质的过量排放,也都是人为造成气候变暖的重要原因之一。
(二)自然因素的影响
地球的周期性变化为我们人类带来了白天、黑夜以及四季的变化。这使我们对气候以及温度的变化产生了认识,但现在由于自然界因素的影响,地球已经出现了异样的气候变化。厄尔尼诺现象就是其变化的主要表现。早期人们对厄尔尼诺现象的认识是友好的,1925年意大利人斯科特回忆了1891年秘鲁沿岸出现海水增温时的情景,“首先是沙漠变成了绿洲,土壤被倾盆大雨浸泡着,在几个星期内,整个国家四处覆盖着丰盛的牧草,牛羊成倍增长,棉花等农作物能生长在以往年份不长植物的地方”。尽管当时人们也看到了海水温度升高引起了大量海洋生物和鸟类消失,但他们还是将这样的年份称之为“丰年”。
(三)其他因素的影响
除以上两大因素外,臭氧层的破坏使地球直接受到紫外线强照射,威胁地球上所有生物的进化和生存。地表植被和海洋浮游生物的减少或消失必然减少贮存在植物体中的二氧化碳和用于光合作用的二氧化碳,从而使大气中的温室气体增加,使全球气温进一步升高。据不完全统计,目前为止人类已经把1500万吨以上的氯氟烃排放到大气中。进入大气中的氯氟烃,只有一部分参与臭氧层破坏作用,大部分还在大气中游荡,因而,虽然现在很多地方已停止生产和使用氯氟烃,臭氧层仍然会继续遭到破坏。
还有一方面原因就是森林的锐减和物种的灭绝,土地的沙漠化,水资源的短缺和污染都是造成全球气候变化的诱因。除上述对温室效应有正效应的因素外,大气中还有一些因素对温室效应起负效应,如气溶胶对大气温度主要起降温作用。水在地球系统中的作用也是复杂多变的,水汽是大气中最主要的一种温室气体,空气的含水量越大,温室效应也越强,形成正效应。但是当水汽达到饱和水汽压时,就会凝结成云,云对太阳辐射作用主要是散射和反射,减少太阳辐射到达地面的总量,这样会对全球增暖产生负作用。
二、气候变化带来的影响
(一)气候带移动
由于全球气候变暖,气候带将北移,全球气候的变暖对人类健康是有直接或间接的影响。对地球升温最为敏感的当属一些居住在中纬度地区的人们,暑热天数延长以及高温高湿天气直接威胁着他们的健康,1995年的夏季热浪造成全世界许多大城市出现了死亡率特别高的现象。一般来说,低纬度地区现有雨带的降水量会增加,有可能对我国和夏季风边缘的许多发展中国家带来雨水增加,有利于农业生产,而有的地区将面临洪涝威胁;高纬度地区冬季降雪量也会增加;而中纬度地区夏季降水将会减少,降水减少将使这些地区干旱加剧,造成供水紧张,严重威胁这些地区的工农业生产和人们的日常生活。气候变暖也会引起生态系统及环境的改变。
(二)海平面上升
由于近年来温室气体的不断增加,造成了全球性气温上升,导致海水受热膨胀、高山冰川融化、南极冰盖解体,使得海平面上升,并且由于人为因素导致的陆地地面沉降,又造成了海平面的相对上升。如果海平面上升过快,将使湿地面积大大减少。而湿地是许多鱼类、鸟类和稀有动物的主要生活环境。海平面上升还可使珊瑚面临危险,珊瑚礁岛屿面积会大大减小甚至消失。海平面上升还将通过盐水侵入地下水资源,进一步使土地盐碱化,沿海地区淡水匮乏。
(三)对人类健康的影响
由于气温的异常变化,死亡率将显著上升,与此同时“城市热岛”效应和空气污染更为显著,又给许多疾病的繁殖、传播提供了更为适宜的温床。大气中的有害物质会通过人的直接呼吸而进入人体,有时会附着在食物上或溶于水中,使之随饮食而侵入人体通过接触或刺激皮肤而进入到人体。通过呼吸而侵入人体的有害物质危害最大。它会使人类患上急性中毒、慢性中毒,以致于患上癌症。因此气候变化是人类健康的重要障碍之一。
(四)其它影响
随着气候增暖,全球工业化和人类生活所须能源消费增多,所排放的酸性物质也日益增多,它们进入空气中,经过一系列作用就形成了酸雨。人们对酸性排放物已经有了控制,但仍然还有酸雨现象。全球进一步变暖,炎热时间增长会使城乡用水量增加,全球环境沙漠化进一步发展。气候变暖还往往伴随着水灾、飓风等自然灾害,致使大量植被,森林死亡,土地多被生态系统恶性循环侵食,从而加重了水土流失。
三、相关对策
(一)强化可持续发展目标
保护资源、保护生态环境是为了让子孙后代能够享有充分的资源和良好的自然环境。目前我们要增强人类改造自然的能力,加大力度保障自然环境,减缓温室气体排放量。
(二)发展保护绿色环境
因为植物具有吸收和除去大气中二氧化碳的主要作用,因此我们要将这个大气碳平衡、缓解大气污染的有效工具有效的发展保护下去。海洋中的浮游生物对大气化学过程也是很重要的,它们既是地球上最大的碳吸收者,又是世界上最大的氧气制造者。因此,我们要保护海洋环境,保护海洋生物,这需要我们全人类的共同的努力才能实现的目标。