能源、经济、环境-第4章

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　　从地球表面的能量平衡及能量循环来看，人类活动通过燃烧石化能源、排放温室气体、砍伐森林等方式，极大改变了地球表面的能量平衡状态，促使地球表面吸收的热量比散发的热量更多，从而提高了地球表面温度。txt电子书分享平台　

第三节　　气候变化原因的学说
第三节　　气候变化原因的学说

　　1、气候变化研究简史

　　人类对气候变暖现象及其原因的研究具有很长的历史。这里首先对近百年来国际上相关研究的一个侧面做简要介绍。

　　在20世纪20年代，人们发现，欧洲和北美地区的气温自19世纪晚期以来表现出上升趋势。到30年代中后期，美国科学家利用东部观测资料和世界其他地区的稀疏资料，获得了“全球”平均气温序列，发现自1865年以来全球陆地平均气温已明显上升。不过他们认为，这种变化可能是气候长周期变化的表现。1938年，Callendar发现，从1890年到1935年全球陆地平均气温上升℃并认为这可能是人为CO2温室效应造成的。但其他科学家认为观测的变暖可能是自然变化的一部分，变暖不会一直持续下去。随着多数地区30年代后期的继续升温，温室效应引起增暖的观点变得逐渐流行起来，但与气候自然变化观点仍然存在着明显的争论。

　　实际上，早在19世纪中后期，Tyndall等就认识到大气中的水汽和C02等气体具有所谓的“温室效应”，并可影响地球的气温。19世纪末，瑞典科学家A　rrhenius和Hogbcxn计算了大气C02浓度变化对欧洲地面气温的影响，指出人类活动引起的温室气体浓度增加，可能造成地球表面气温上升。Arrheniu甚至计算了CO2浓度加倍情况下，地球表面平均气温将增加5一6℃。认不过他认为要达到那一浓度可能需要很长时间。

　　但是，Ahlnann在1952年发现，北方的气温实际上从40年代初开始就降下来了。气温下降无疑给温室效应增暖学说泼了冷水，有关气候变化原因的争论曾一度停息下来。1961年，Mitchel1发现全球地面平均气温从40年代初开始下降。不过他认为，原来的增暖可能仍和大气C02浓度增加有关，而温度逆转可能和火山或太阳活动影响有关。20世纪60年代到70年代初，全球地面气温一直较低，欧亚大陆尤其明显。气候学界对C02引起变暖的推测产生怀疑。Landsberg认为，气候可能正在发生间歇性的波动，而不是持续地变暖。在全球尺度上，自然因子的作用还是主要的，但不排除遥远未来全球变暖的可能性。

　　20世纪70年代是异常气候事件频繁发生、学术思潮激昂荡漾的时期。北非等地一系列异常气候事件和进一步的转冷引发了思考和争鸣。一些学者倾向于气候变化的自然控制作用，并认为太阳输出辐射变化可以引起气候变冷，地球轨道参数变化也可能正在引起气候长期缓慢变冷，甚至有可能返回到一个新的冰期阶段。一些学者认为，火山活动或人类排放的气溶胶可能正在引起气候变冷。

　　但70年代早期仍有人坚持认为，人为排放的CO2将导致未来全球气候增暖。他们认为当时的变冷可能是暂时的，温室效应引起的全球变暖在未来几十年终将显露出来。　Budyko　和Manab采用气候模式对未来可能由大气CO2浓度增加引起的气候变暖趋势进行了模拟。到70年代末，全球陆地平均气温停止下降，转而上升，关于未来温室效应将增强的观点逐渐占了上风。

　　与此同时，古气候研究证实，地球轨道参数的周期变化与北半球冰期和间冰期交互转换步调一致，而且过去的地球系统存在着若干突然的状态变化。简单气候模式模拟和北极地区雪盖面积的剧烈年际波动等观测事实表明，气候系统对外强迫的响应可能是更敏感、迅速的。这些都进一步唤起科学界对气候变化问题的关注。

　　到80年代初，人们由原来担心核战争会导致平流层臭氧显著下降，现在变为担心核战争可能引发“核冬天”，导致全球变冷和地球生物大灭绝。与此同时，美国、英国和前苏联的科学家分别对全球地面气温资料进行了系统整理，获得了更可靠的全球陆地地面平均气温序列。Hansen等证实，全球地面平均气温在经历了20多年的变冷后，70年代中后期开始转暖。Jones和前苏联的学者获得了同样的结论。此后，不断更新的观测资料序列表明了持续的全球气候变暖。

　　另一方面，自1957…1958年国际地球物理年期间开始的CO2浓度监测已积累了足够长的序列。20世纪80年代中后期的冰芯资料分析还发现，当前大气CO2浓度已明显超出自然波动范围，在过去的几十万年时间里它和地面气温同步波动，这些说明，人类活动是上业革命以来大气CO2浓度持续上升的主要原因，同时至少在千年以上尺度上，大气CO2浓度波动可能是引起气温变化的原因之一。

　　20世纪80年代末，联合国环境署和世界气象组织共同成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC　），负责对气候变化研究进展进行定期评估。至此，全球变暖和气候变化的名词开始真正流行起来，学术界主流观点对气候变暖的解释倾向于温室效应增强理论。与此同时，一系列国际合作研究计划也在80年代初以后陆续启动，包括国际地圈生物圈计划（IGBP）、世界气候研究计划（WCRP）和全球变化的人文因素计划（HDP）等，着重探讨由于人类活动引起的全球变暖现象机理及其影响。

　　2、气候变暖的观测研究

　　探讨气候变暖的成因离不开对气候观测事实的了解。最近IPCC报告表明，全球平均表面温度在1906…　2005年期增加了0。　74℃，考虑到资料的误差，实际增温幅度介于0　56　－0　92℃之间。其中20世纪起初的10　－　40年代和70年代至21世纪初是两个明显的增温阶段，近30年增温趋势尤其明显。20世纪中期以来的线性增暖趋势几乎是近100年的2倍。在近100年里，20世纪90年代是最暖的10年，1998年是最暖的1年。近100年来，北极地区平均气温增加速率约是全球平均的2倍。北极气候具有很高的年代际变率，在1925…1945年期间也观测到一个暖期。自1950年以来，全球海面水温的增加大约是陆面气温增加的一半，陆地上夜间最低气温平均每10年增加0　。2℃，约是同期白天最高气温增加速率的2倍。

　　近50年来，已观测到与气温相关的极端事件频率也出现了变化。全球陆地上冷日、冷夜和霜冻事件发生频率明显减小，而热日、热夜和热浪事件发生频率则明显增加。与此对应的是，平均日最低气温一般明显上升，一些地区的平均日最高气温增加明显，陆地大部分区域气温日较差有下降趋势。

　　气候变化国家评估报告指出，过去100年我国大陆地区的年平均气温增加约－0。　8℃，与全球或北半球变暖趋势大体相近，其中冬季增暖最明显，但夏季变化很小。与全球或北半球平均比较，我国20世纪30－40年代的变暖更为突出，50－60年代的相对冷期也较明显。

　　我国1951…　2004年期间年平均地面气温变暖幅度约为℃，线性增温速率约为每10年℃，比全球或半球同期平均增温速率高得多。近半个世纪的变暖在东北、华北和西北以及青藏高原北部地区更明显，多数台站冬、春、秋季升温比夏季明显，夜间最低气温上升比白天最高气温显著。多数台站平均气温日较差明显下降。近50多年我国大部分地区炎热口数未见明显增多，但寒潮、霜冻和低温日数却显著减少。

　　值得注意的是，快速的城市化及增强的城市热岛效应对我国多数地面台站记录的气温趋势具有明显影响。在增温明显的华北地区，国家级台站附近1961…　2000年间城市化引起的年平均气温增加值占全部增温的39％以上。其他地区的增温趋势中也或多或少保留着城市化的影响。1961…　2004年期间我国对流层中下层气温增加趋势仅为每10年℃，比国家级地面站观测的气温变化小一个量级。这从另一个角度说明，我国地面台站记录的增温在一定程度上反映了城市热岛效应加强因素的影响。

　　当然，即使消除城市化的影响，我国近半个世纪地面气温仍呈较明显的增暖趋势，这和迄今报道的全球变暖是一致的。但是，考虑城市化影响以后，不论中国还是全球，陆面气温增加速率可能要比目前的估计值来得弱。这一判断对于气候变化研究来说是非常重要的。

　　3、气候变暖的历史透视

　　气候变暖问题主要是一个年代到世纪尺度的地球大气变暖现象。要了解气候变暖的背景和原因，需要有覆盖全球的足够长的观测资料序列。但是，全球陆地上的气象站多数只有不到l00年的记录，难以满足气候变化检测研究的需求。在这种情况下，许多学者试图采用代用资料恢复过去更长时期地面气候要素的变化。常用的气温代用资料包括树轮宽度和密度、历史文献记录、冰芯氧同位素、珊瑚和石笋化学成分等。利用这些代用气候资料，已经对过去1000多年全球陆地、北半球陆地以及中国区域平均的地面气温进行了重建。由于代用资料点分布稀疏，一些资料时间分辨率较粗，部分资料对气温变化不够敏感，单点气温重建的方法不同等原因，对同一区域重建的长时间气温序列还存在着较大差异。但是，现有分析一般表明，北半球陆地上公元10世纪到13世纪气候较暖，称为“中世纪暖期’；15世纪以后直到19世纪末，气温较低，称为“小冰期’；19世纪末或20世纪初以来，气候再度变暖。对于“中世纪暖期”的温暖程度和“小冰期”的寒冷程度，特别是20世纪气候变暖相对于“中世纪暖期”的地位，目前还难以形成共识。

　　我国学者研究表明，在青藏高原北部，近100年的增暖可能是过去1　000年里前所未有的。但对于我国东部冬季和年平均气温的重建则说明，20世纪气候的变暖可能尚未明显超出“中世纪暖期”的温暖程度。东部在公元1000…1310年间表现出了与北半球“中世纪暖期”相对应的温暖阶段，14世纪到19世纪的“小冰期”也有清楚反映。19世纪中期至20世纪80年代，全国地面气温上升显著，但截止到80年代末，增温似乎也并未明显超过“中世纪暖期”水平。

　　可见，当前具备的长时间古气候序列还没有令人信服地表明近百年的增暖是异常的。一些研究认为，太阳和火山活动以及气候系统内部的自然振动对长期气候变暖可能具有重要影响。显然，从古气候学角度看，现在还不能确认，20世纪的气候变暖主要是由人类活动影响造成的。在近百年全球和区域增暖的历史地位问题上，今后仍有很多上作要做。在利用代用资料重建古气候序列时，需要对不同类型代用记录的确切气候指示意义及其局限性有深入了解。如近1　000年左右北半球陆地气温序列主要依赖树轮宽度和密度资料。树轮资料是气候指示意义较明确、时间分辨率较高的良好代用记录，但对于准确重建年代以上尺度地面气温变化，它也有不少局限性。其中包括：大气CO2浓度增加本身对树木生长的影响难以完全消除，不同区域树木自身生长速率变化的影响难以精确描述和分离，重建序列在各个时间尺度上的振幅明显小于实际气温变化幅度等。在更长时间尺度上，陆生植物花粉是较好的古气候指示物，但在许多地区，中晚全新世以来的陆地植被受到人类活动影响十分明显。在这些地区，古植被与当时的气候没有达到自然平衡，用花粉重建近几千年的气候演变史，其可信程度就不会很高。

　　4、气候变暖的可能原因

　　目前，关于气候变化原因的学说及其分支估计有上百个，将这些假说归类为11种。如果再结合其它研究的成果，我们大致可以归纳出全球气候变化的16种原因，它们包括：

　　（1）太阳辐射的变化；

　　（2）宇宙沙尘浓度的变化；

　　（3）地球轨道的变化；

　　（4）大陆漂移；

　　（5）山地隆升对大气环流和环境的影响；

　　（6）洋流的改变；

　　（7）海冰的变化；

　　（8）大气温室气体的变化；

　　（9）大气气溶胶浓度的变化；

　　（10）极地同温层云量的变化；

　　（11）极地植被的变化；

　　（12）大陆沙尘气溶胶相联系的“铁假说”；

　　（13）大陆C3植物向C4植物的转化；

　　（14）天体撞击；

　　（15）火山爆发；

　　（16）地核环流作用等。

　　这些假说一方面使我们眼花缭乱，但另一方面也可见这一科学命题的复杂性，它成为目前