氣候變化的事實和科學認識
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/7 源自:中華職工學習網 【字體：
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氣候與天氣
氣候不同于天氣，天氣是指短時間（幾分鐘到幾天）發(fā)生的氣象現(xiàn)象，如雷雨、冰雹、臺風、寒潮、大風等。它們常常在短時間內造成集中的、強烈的影響和災害。氣候是指某一長時期內（月、季、年、數(shù)年到數(shù)百年及以上）氣象要素（如溫度、降水、風等）和天氣過程的平均或統(tǒng)計狀況，主要反映的是某一地區(qū)冷暖干濕等基本特征，通常由某一時期的平均值和距此平均值的離差值（氣象上稱距平值）表征。公眾日常關心的是每天的天氣如何，但不少經濟活動的決策者和經濟計劃的制定者，為趨利避害，更關心氣候狀況，特別是未來的氣候。
氣候變化是指氣候平均狀態(tài)和離差（距平）兩者中的一個或兩者一起出現(xiàn)了統(tǒng)計意義上的顯著變化。離差值增大，表明氣候狀態(tài)不穩(wěn)定性增加，氣候變化敏感性也增大。氣候變化是由氣候系統(tǒng)的變化引起的，氣候系統(tǒng)包括大氣圈、冰雪圈、生物圈、水圈、巖石圈（陸地）。我國是世界上氣候變化敏感區(qū)和脆弱區(qū)之一。
引起氣候系統(tǒng)變化的原因有多種，概括起來可分成自然的氣候波動與人類活動的影響二大類。前者包括太陽輻射的變化，火山爆發(fā)等。后者包括人類燃燒化石燃料以及毀林引起的大氣中溫室氣體濃度的增加，硫化物氣溶膠濃度的變化，陸面覆蓋和土地利用的變化，等等。
對人類活動增加大氣中溫室氣體的濃度可能導致氣候變化的研究，可以追溯到19世紀末。1896年，瑞典科學家斯萬特．阿爾喝尼斯就對燃煤可能改變地球氣候做出預測。他指出，當大氣中二氧化碳濃度加倍時，全球平均氣溫將增加5～6℃。之后，有許多科學家陸續(xù)對此問題進行了一些研究。1957年，瑞威拉等在美國發(fā)表了一篇關于增加大氣中溫室氣體濃度可能產生氣候變化的論文。同年，美國夏威夷觀象臺開始進行二氧化碳濃度觀測，從而正式揭開人類研究氣候變化的序幕。
溫室效應
大氣中的二氧化碳等氣體，可以透過太陽短波輻射（指吸收少），使地球表面升溫；但阻擋地球表面向宇宙空間發(fā)射長波輻射（指吸收多），從而使大氣增溫。由于二氧化碳等氣體的這一作用與“溫室”的作用類似，故稱之為“溫室效應”，二氧化碳等氣體則被稱為“溫室氣體”。
工業(yè)化革命以前，大氣中的二氧化碳等氣體造成的“溫室效應”使得地球表面平均溫度由-18℃上升到當今自然生態(tài)系統(tǒng)和人類已適應的15℃。一旦大氣中的溫室氣體濃度繼續(xù)增加，進一步阻擋了地球向宇宙空間發(fā)射的長波輻射，為維持輻射平衡，地面必將增溫，以增大長波輻射量。地面溫度增加后，水汽將增加（增加大氣對地面長波輻射的吸收），冰雪將融化（減少地面對太陽短波的反射），又使地表進一步增溫，即形成正反饋使全球變暖更顯著。
除了二氧化碳外，目前發(fā)現(xiàn)的人類活動排放的溫室氣體還有甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫。對氣候變化影響最大的是二氧化碳，二氧化碳的生命期很長，一旦排放到大氣中，最長可生存200年時間，因而最受關注。
排放溫室氣體的人類活動包括：所有的化石能源燃燒活動排放二氧化碳。在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然氣較低；化石能源開采過程中的煤炭瓦斯、天然氣泄漏排放二氧化碳和甲烷；水泥、石灰、化工等工業(yè)生產過程排放二氧化碳；水稻田、牛羊等反芻動物消化過程排放甲烷；土地利用變化減少對二氧化碳的吸收；廢棄物排放甲烷和氧化亞氮。
全球氣候正經歷以變暖為主要特征的變化，近50年的氣候變化很可能主要由人類活動造成的
“政府間氣候變化專門委員會”（ IPCC）第三次評估報告綜合國際上各方面研究結果對全球氣候變化的基本事實給出了評估意見，其主要內容如下：
1860年以來，全球平均溫度升高了0.6±0.2℃。近百年來最暖的年份均出現(xiàn)在1983年以后。20世紀北半球溫度的增幅，可能是過去1000年中最高的。
近百年來，降水分布也發(fā)生了變化。大陸地區(qū)尤其是中高緯地區(qū)降水增加，非洲等一些地區(qū)降水減少。有些地區(qū)極端天氣氣候事件(厄爾尼諾、干旱、洪澇、雷暴、冰雹、風暴、高溫天氣和沙塵暴等)的出現(xiàn)頻率與強度增加。
大氣中溫室氣體濃度明顯增加。大氣中二氧化碳的濃度目前已達到368ppmv（百萬分之一體積），這可能是過去42萬年中的最高值。
對過去100多年氣候的模擬表明，只考慮自然因子作用的模擬結果，與1860～2000年的氣候演變差異較大；同時模擬自然因子和人類活動的作用，可相當好地模擬出過去100多年的氣候變化。
近50年的溫度變化，很可能主要是人類活動排放的溫室氣體造成的。
綜上所述，近百年來地球氣候正經歷一次以全球氣候變暖為主要特征的顯著變化，這種變暖是由自然的氣候波動和人類活動共同引起的。但最近50年的氣候變化，很可能主要是人類活動造成的。
近百年我國氣候在變暖，以冬季和西北、華北、東北最為明顯
在全球變暖的大背景下，我國近百年的氣候也發(fā)生了明顯變化，主要表現(xiàn)為：
其一近百年我國氣候變化的趨勢與全球氣候變化的總趨勢基本一致。近百年來，我國氣溫上升了0.4～0.5℃，略低于全球平均的0.6℃；我國20世紀90年代是近百年來最暖時期之一，但尚未超過20世紀20～40年代最暖時期。
其二從地域分布看，我國氣候變暖最明顯的地區(qū)在西北，華北，東北地區(qū)，其中西北（陜、甘、寧、新）變暖的強度高于全國平均值。長江以南地區(qū)變暖趨勢不顯著。
其三從季節(jié)分布看，我國冬季增溫最明顯。1985年以來，我國已連續(xù)出現(xiàn)了16個全國大范圍的暖冬，1998年冬季最暖，2001年次之。
其四我國降水以20世紀50年代最多，以后逐漸減少，華北地區(qū)尤其如此。這意味著華北地區(qū)出現(xiàn)了“暖干”化趨勢。
另外，去冬今春全國大部分地區(qū)氣溫普遍偏高，其中東北、華北、黃淮、江淮中部、江南東部等地偏高2～4℃。2001～2002年的冬季為近40年來第二個最暖的冬天（第一個為1998～1999年冬季）。去冬今春東北西南部、華北大部、黃淮東部、華南中東部，西南地區(qū)西南部及南疆東部等地降水偏少，其中華北中南部、東北西南部偏少5～9成，華北、東北等地已出現(xiàn)不同程度的干旱。北方地區(qū)出現(xiàn)了近十年來范圍最廣、強度最強、持續(xù)時間最長、影響最大的沙塵暴過程。
以上所述表明，近百年來中國的氣候也在變暖，以西北、華北、東北變暖最明顯，其中華北地區(qū)出現(xiàn)了暖干化趨勢。
全球氣候將繼續(xù)變暖
不同的社會-經濟假設（如人口增長速率、經濟發(fā)展速度、社會進步水平和技術進步程度），對應著不同的溫室氣體和氣溶膠排放水平。IPCC第三次評估報告構造了36種不同溫室氣體排放情景，基本上涵蓋了理想情況（人口增長得到控制，技術迅速改進，經濟迅速發(fā)展）到不理想情況（人口不斷增長、技術和經濟發(fā)展緩慢）之間的各種情況。其中6種代表性的溫室氣體排放情景表明，人類活動造成的溫室氣體排放，將使大氣中二氧化碳的濃度從工業(yè)化前280ppm上升到2100年540～970ppm。
由上述各點可知，全球變暖將繼續(xù)下去，即便大氣中的溫室氣體濃度從現(xiàn)在起穩(wěn)定，這種變暖趨勢還要繼續(xù)幾十年。隨著污染治理，硫化物氣溶膠的排放將減少，因此未來增暖的速率將比過去100年更快。
氣候變化預測存在著不確定性
由于目前對氣候系統(tǒng)的認識有限，上述氣候變化預測結果給出的只是可能的變化趨勢和方向，包含有相當大的不確定性。降水預測的不確定性比溫度預測更大。產生不確定性的原因很多，主要有：
未來大氣中溫室氣體濃度的估算存在不確定性。
未來大氣中的二氧化碳濃度，直接影響未來氣候變暖的幅度。只有弄清了碳循環(huán)過程中的各種“匯”和“源”，尤其是陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋物理過程和生化過程到底吸收了多少排放的二氧化碳（包括氣候系統(tǒng)各圈層之間的相互影響）才能比較準確地判明未來大氣中的二氧化碳濃度將如何變化。但現(xiàn)在對溫室氣體“源”和“匯”的了解還很有限。同時，各國未來的溫室氣體和氣溶膠排放量，取決于當時的人口、經濟、社會等狀況，這使得現(xiàn)在就準確地預測未來大氣中溫室氣體的濃度相當困難。
可用于氣候研究和模擬的氣候系統(tǒng)資料不足。
我國現(xiàn)有的與氣候系統(tǒng)觀測有關的觀測網，基本是圍繞某一部門、某一學科的需要而獨立建設和運行的。站網布局、觀測內容等方面都不能滿足氣候系統(tǒng)和氣候變化研究和模擬的要求。
用于預測未來氣候變化的氣候模式系統(tǒng)不夠完善。
要比較準確地預測未來50～100年的全球和區(qū)域氣候變化，必須依靠復雜的全球海氣耦合模式和高分辨率的區(qū)域氣候模式。但是，目前氣候模式對云、海洋、極地冰蓋等引起物理過程和化學過程的描述還很不完善，模式還不能處理好云和海洋環(huán)流的效應，以及區(qū)域降水變化等。就預測我國未來氣候變化而言，適合我國使用的氣候模式仍處于發(fā)展之中，迄今所用的國外模式尚不能準確地構筑我國未來氣候變化的情景。
氣候不同于天氣，天氣是指短時間（幾分鐘到幾天）發(fā)生的氣象現(xiàn)象，如雷雨、冰雹、臺風、寒潮、大風等。它們常常在短時間內造成集中的、強烈的影響和災害。氣候是指某一長時期內（月、季、年、數(shù)年到數(shù)百年及以上）氣象要素（如溫度、降水、風等）和天氣過程的平均或統(tǒng)計狀況，主要反映的是某一地區(qū)冷暖干濕等基本特征，通常由某一時期的平均值和距此平均值的離差值（氣象上稱距平值）表征。公眾日常關心的是每天的天氣如何，但不少經濟活動的決策者和經濟計劃的制定者，為趨利避害，更關心氣候狀況，特別是未來的氣候。
氣候變化是指氣候平均狀態(tài)和離差（距平）兩者中的一個或兩者一起出現(xiàn)了統(tǒng)計意義上的顯著變化。離差值增大，表明氣候狀態(tài)不穩(wěn)定性增加，氣候變化敏感性也增大。氣候變化是由氣候系統(tǒng)的變化引起的，氣候系統(tǒng)包括大氣圈、冰雪圈、生物圈、水圈、巖石圈（陸地）。我國是世界上氣候變化敏感區(qū)和脆弱區(qū)之一。
引起氣候系統(tǒng)變化的原因有多種，概括起來可分成自然的氣候波動與人類活動的影響二大類。前者包括太陽輻射的變化，火山爆發(fā)等。后者包括人類燃燒化石燃料以及毀林引起的大氣中溫室氣體濃度的增加，硫化物氣溶膠濃度的變化，陸面覆蓋和土地利用的變化，等等。
對人類活動增加大氣中溫室氣體的濃度可能導致氣候變化的研究，可以追溯到19世紀末。1896年，瑞典科學家斯萬特．阿爾喝尼斯就對燃煤可能改變地球氣候做出預測。他指出，當大氣中二氧化碳濃度加倍時，全球平均氣溫將增加5～6℃。之后，有許多科學家陸續(xù)對此問題進行了一些研究。1957年，瑞威拉等在美國發(fā)表了一篇關于增加大氣中溫室氣體濃度可能產生氣候變化的論文。同年，美國夏威夷觀象臺開始進行二氧化碳濃度觀測，從而正式揭開人類研究氣候變化的序幕。
溫室效應
大氣中的二氧化碳等氣體，可以透過太陽短波輻射（指吸收少），使地球表面升溫；但阻擋地球表面向宇宙空間發(fā)射長波輻射（指吸收多），從而使大氣增溫。由于二氧化碳等氣體的這一作用與“溫室”的作用類似，故稱之為“溫室效應”，二氧化碳等氣體則被稱為“溫室氣體”。
工業(yè)化革命以前，大氣中的二氧化碳等氣體造成的“溫室效應”使得地球表面平均溫度由-18℃上升到當今自然生態(tài)系統(tǒng)和人類已適應的15℃。一旦大氣中的溫室氣體濃度繼續(xù)增加，進一步阻擋了地球向宇宙空間發(fā)射的長波輻射，為維持輻射平衡，地面必將增溫，以增大長波輻射量。地面溫度增加后，水汽將增加（增加大氣對地面長波輻射的吸收），冰雪將融化（減少地面對太陽短波的反射），又使地表進一步增溫，即形成正反饋使全球變暖更顯著。
除了二氧化碳外，目前發(fā)現(xiàn)的人類活動排放的溫室氣體還有甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫。對氣候變化影響最大的是二氧化碳，二氧化碳的生命期很長，一旦排放到大氣中，最長可生存200年時間，因而最受關注。
排放溫室氣體的人類活動包括：所有的化石能源燃燒活動排放二氧化碳。在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然氣較低；化石能源開采過程中的煤炭瓦斯、天然氣泄漏排放二氧化碳和甲烷；水泥、石灰、化工等工業(yè)生產過程排放二氧化碳；水稻田、牛羊等反芻動物消化過程排放甲烷；土地利用變化減少對二氧化碳的吸收；廢棄物排放甲烷和氧化亞氮。
全球氣候正經歷以變暖為主要特征的變化，近50年的氣候變化很可能主要由人類活動造成的
“政府間氣候變化專門委員會”（ IPCC）第三次評估報告綜合國際上各方面研究結果對全球氣候變化的基本事實給出了評估意見，其主要內容如下：
1860年以來，全球平均溫度升高了0.6±0.2℃。近百年來最暖的年份均出現(xiàn)在1983年以后。20世紀北半球溫度的增幅，可能是過去1000年中最高的。
近百年來，降水分布也發(fā)生了變化。大陸地區(qū)尤其是中高緯地區(qū)降水增加，非洲等一些地區(qū)降水減少。有些地區(qū)極端天氣氣候事件(厄爾尼諾、干旱、洪澇、雷暴、冰雹、風暴、高溫天氣和沙塵暴等)的出現(xiàn)頻率與強度增加。
大氣中溫室氣體濃度明顯增加。大氣中二氧化碳的濃度目前已達到368ppmv（百萬分之一體積），這可能是過去42萬年中的最高值。
對過去100多年氣候的模擬表明，只考慮自然因子作用的模擬結果，與1860～2000年的氣候演變差異較大；同時模擬自然因子和人類活動的作用，可相當好地模擬出過去100多年的氣候變化。
近50年的溫度變化，很可能主要是人類活動排放的溫室氣體造成的。
綜上所述，近百年來地球氣候正經歷一次以全球氣候變暖為主要特征的顯著變化，這種變暖是由自然的氣候波動和人類活動共同引起的。但最近50年的氣候變化，很可能主要是人類活動造成的。
近百年我國氣候在變暖，以冬季和西北、華北、東北最為明顯
在全球變暖的大背景下，我國近百年的氣候也發(fā)生了明顯變化，主要表現(xiàn)為：
其一近百年我國氣候變化的趨勢與全球氣候變化的總趨勢基本一致。近百年來，我國氣溫上升了0.4～0.5℃，略低于全球平均的0.6℃；我國20世紀90年代是近百年來最暖時期之一，但尚未超過20世紀20～40年代最暖時期。
其二從地域分布看，我國氣候變暖最明顯的地區(qū)在西北，華北，東北地區(qū)，其中西北（陜、甘、寧、新）變暖的強度高于全國平均值。長江以南地區(qū)變暖趨勢不顯著。
其三從季節(jié)分布看，我國冬季增溫最明顯。1985年以來，我國已連續(xù)出現(xiàn)了16個全國大范圍的暖冬，1998年冬季最暖，2001年次之。
其四我國降水以20世紀50年代最多，以后逐漸減少，華北地區(qū)尤其如此。這意味著華北地區(qū)出現(xiàn)了“暖干”化趨勢。
另外，去冬今春全國大部分地區(qū)氣溫普遍偏高，其中東北、華北、黃淮、江淮中部、江南東部等地偏高2～4℃。2001～2002年的冬季為近40年來第二個最暖的冬天（第一個為1998～1999年冬季）。去冬今春東北西南部、華北大部、黃淮東部、華南中東部，西南地區(qū)西南部及南疆東部等地降水偏少，其中華北中南部、東北西南部偏少5～9成，華北、東北等地已出現(xiàn)不同程度的干旱。北方地區(qū)出現(xiàn)了近十年來范圍最廣、強度最強、持續(xù)時間最長、影響最大的沙塵暴過程。
以上所述表明，近百年來中國的氣候也在變暖，以西北、華北、東北變暖最明顯，其中華北地區(qū)出現(xiàn)了暖干化趨勢。
全球氣候將繼續(xù)變暖
不同的社會-經濟假設（如人口增長速率、經濟發(fā)展速度、社會進步水平和技術進步程度），對應著不同的溫室氣體和氣溶膠排放水平。IPCC第三次評估報告構造了36種不同溫室氣體排放情景，基本上涵蓋了理想情況（人口增長得到控制，技術迅速改進，經濟迅速發(fā)展）到不理想情況（人口不斷增長、技術和經濟發(fā)展緩慢）之間的各種情況。其中6種代表性的溫室氣體排放情景表明，人類活動造成的溫室氣體排放，將使大氣中二氧化碳的濃度從工業(yè)化前280ppm上升到2100年540～970ppm。
由上述各點可知，全球變暖將繼續(xù)下去，即便大氣中的溫室氣體濃度從現(xiàn)在起穩(wěn)定，這種變暖趨勢還要繼續(xù)幾十年。隨著污染治理，硫化物氣溶膠的排放將減少，因此未來增暖的速率將比過去100年更快。
氣候變化預測存在著不確定性
由于目前對氣候系統(tǒng)的認識有限，上述氣候變化預測結果給出的只是可能的變化趨勢和方向，包含有相當大的不確定性。降水預測的不確定性比溫度預測更大。產生不確定性的原因很多，主要有：
未來大氣中溫室氣體濃度的估算存在不確定性。
未來大氣中的二氧化碳濃度，直接影響未來氣候變暖的幅度。只有弄清了碳循環(huán)過程中的各種“匯”和“源”，尤其是陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋物理過程和生化過程到底吸收了多少排放的二氧化碳（包括氣候系統(tǒng)各圈層之間的相互影響）才能比較準確地判明未來大氣中的二氧化碳濃度將如何變化。但現(xiàn)在對溫室氣體“源”和“匯”的了解還很有限。同時，各國未來的溫室氣體和氣溶膠排放量，取決于當時的人口、經濟、社會等狀況，這使得現(xiàn)在就準確地預測未來大氣中溫室氣體的濃度相當困難。
可用于氣候研究和模擬的氣候系統(tǒng)資料不足。
我國現(xiàn)有的與氣候系統(tǒng)觀測有關的觀測網，基本是圍繞某一部門、某一學科的需要而獨立建設和運行的。站網布局、觀測內容等方面都不能滿足氣候系統(tǒng)和氣候變化研究和模擬的要求。
用于預測未來氣候變化的氣候模式系統(tǒng)不夠完善。
要比較準確地預測未來50～100年的全球和區(qū)域氣候變化，必須依靠復雜的全球海氣耦合模式和高分辨率的區(qū)域氣候模式。但是，目前氣候模式對云、海洋、極地冰蓋等引起物理過程和化學過程的描述還很不完善，模式還不能處理好云和海洋環(huán)流的效應，以及區(qū)域降水變化等。就預測我國未來氣候變化而言，適合我國使用的氣候模式仍處于發(fā)展之中，迄今所用的國外模式尚不能準確地構筑我國未來氣候變化的情景。
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