氣候變化關鍵科學問題的分析

氣候變化關鍵科學問題的分析

摘要：美國國家科學院的國家研究委員會地球與生命研究部氣候變化科學委員會最近向白宮提交了一份關于氣候變化科學問題的咨詢報告，以供布什政府以及相關機構決策參考。該報告根據美國的全球變化研究工作對100年以來以全球氣候變暖趨勢為特征的全球氣候變化的認識，對IPCC關于氣候變暖的的研究成果與預測作了剖析。該咨詢報告在承認全球變暖研究中仍存在一些不確定性的同時，指出全球變暖確實存在，并對白宮與民眾所關心的一些關鍵科學問題作了回答，這些問題是：自然氣候變化的幅度；溫室氣體和其它對氣候變化具貢獻作用的氣體的排放是否在加速增長及其增長速率與來源；氣溶膠的驅動作用；降低溫室氣體以及其它一些對氣候變化具貢獻作用的排放物的增加趨勢所需的時間；氣候變化是否正在發生以及如何發生；溫室氣體是否導致氣候變化；未來100年溫度的變化幅度以及發生地點；所預計的氣候變化有多少是氣候反饋過程（如水蒸氣、云和冰雪融化）造成的；不同程度的全球變暖的后果；科學研究是否已經確定溫室氣體濃度有一個“安全”水平；為了提高對氣候變化的認識，還有哪些專門領域需要更深入地進行研究。最后指出在氣候變化研究中獨立自主開展工作意義重大，以及今后需要加強的研究領域和關注重點。

關鍵詞：氣候變暖；全球變暖；美國；京都議定書



背景介紹

受白宮2001年5月11日的委托，隸屬美國國家科學院的國家研究理事會地球生命研究部氣候變化科學委員會（以下簡稱氣候變化科學委員會）于2001年6月6日向白宮提交了一份關于氣候變化科學問題的咨詢報告，以供布什政府以及相關機構決策參考。該報告根據美國的全球變化研究工作對100年以來以全球氣候變暖趨勢為特征的全球氣候變化的認識，對IPCC關于氣候變暖的的研究成果與預測作了剖析。IPCC一直呼吁各國對溫室氣體排放采取更加嚴厲的控制措施，并于1997年12月達成了控制溫室氣體排放的《京都議定書》, 《議定書》中明確指出在2008年至2012年期間，世界38個發達國家6種溫室氣體（以CO2作用最為突出）的排放量要在1990年的基礎上平均減少5.2％，其中美國減少7％，歐盟成員國減少8％。但布什政府對是否存在全球變暖趨勢、變暖的程度以及其在溫室氣體排放中應承擔的義務持懷疑態度，這引起了國際上尤其是歐洲各國的不滿。事實上，美國離《京都議定書》規定的減排目標卻越來越遠。按照美國在1995年至2000年間CO2排放的平均增長速度，到2008年時，美國的CO2排放量不但不會減少，而且要比1990年高出35％，這將嚴重影響全球減排計劃的實現（ENERDATA能源信息統計所，2001年6月8日）。如何履行美國政府在溫室氣體減排中的義務，成為布什于6月12日的首次訪歐中的第二大焦點問題（首要問題是國家導彈防御計劃）。

該咨詢報告承認在全球變暖問題上仍然存在一些不確定性，如關于自然變化對全球變暖的作用有多大等，但總體上支持歐洲國家領導人和環保組織以及IPCC的觀點。氣候變化科學委員會主席Ralph J. Cicerone說：“我們知道地球大氣層的溫室氣體越來越多并導致地面氣溫上升。但對于迄今為止的氣溫上升，我們還不清楚究竟在多大程度上受人類活動的影響。但是，根據物理原理和計算機模擬，我們認為氣候變暖會繼續加劇，因為溫室氣體排放仍在繼續”。

對于在全球變化認識上的不確定性，氣候變化科學委員會認為主要是由于假設的差異、模型的差異以及替代數據的準確性等原因造成的，但即便按照最保守的估計，全球變暖以及海平面的上升都將伴隨著整個21世紀。為減少目前全球氣候變化模型預測中的不確定性，需要在以下兩點的認識與模擬上取得較大進展：①決定大氣溫室氣體與氣溶膠濃度的因子；②決定氣候系統對溫室氣體增加的敏感性的反饋機制。對氣候監測來說，規劃一個全球觀測系統是一項緊迫的任務。

由于人類活動，溫室氣體在地球大氣中不斷積累，引起了陸表與海表溫度的升高。在過去的幾十年中所觀測到的變化很可能主要是由人類活動引起的，但是我們不能排除這些變化的一些重要部分也是自然變化的反映。人類引起的變暖以及與之有關的海平面的上升預計會持續整個21世紀。由計算機模型模擬和基本的理論推算得出的一些相關影響（包括雨量的增加、半干旱地區干旱程度的增加）十分依賴于變暖的程度及其發生的概率。

由IPCC（氣候變化政府間工作小組）對人為引起的全球變暖進行的基本可信的評估是以氣候驅動力*增加為前提的，如CO2將加速全球變暖的進程。到21世紀末，全球溫度升高3℃的預測是與云層和大氣相對濕度影響全球變暖的假設相一致的。這一預測也與通過比較冰期－間冰期的溫度振蕩所得到的氣候敏感性結論相一致，冰期－間冰期的振蕩導致了氣候驅動力的變化。所預測的溫度升高對有關溫室氣體和氣溶膠濃度的升高的反應極為敏感。因此，國家的決策在目前以及今后較長時期內將影響脆弱的人類社會和生態系統所遭受損害的程度。因為目前對氣候系統在自然狀態下如何變化以及如何響應溫室氣體和氣溶膠的排放的認識還存在相當大的不確定性，所以這一預測結果應當看作是暫時的，需要根據未來的變化進行調整。

氣候變化科學委員會所提交的咨詢報告中力求對氣候變化科學問題以及IPCC研究成果的可信度進行更為清晰的描述。詳盡的表述對政策制定者很有幫助，因為他們需要考慮緩解氣候變化或是適應氣候變化等多種選擇。該咨詢報告主要回答了以下一些白宮以及民眾關注的關鍵科學問題。



1 自然氣候變率的幅度有多大？

眾所周知，在局地和區域空間尺度上，以及短至十年的時間周期上，自然氣候變化的幅度十分寬廣（超過幾個攝氏度），降雨的變化也十分大。例如，有證據證明像20世紀30年代的“塵盆（Dust Bowl）”的劇烈干旱，在10-14世紀的美國中部非常普遍。通過冰川反復進退的對比研究得出，局部地區的平均溫度變化已經超過10℃。評估全球平均溫度的自然變化非常困難，因為現有的數據空間覆蓋較小，且替代數據推斷溫度難度大。雖然如此，仍有證據表明，在最近一次冰期的冰川后退期間，全球變暖的速率是2℃/千年。

2 溫室氣體和其它對氣候變化具貢獻作用的氣體的排放正在加速增長嗎？不同的溫室氣體與排放物是按不同的速率增長嗎？溫室氣體與其它對氣候變化具貢獻作用的排放物濃度的增加是人類活動引起的嗎？

一些溫室氣體的排放正在增加，但也有一些溫室氣體的排放呈減少趨勢。在某些個例中，氣體排放的減少是決策的結果，但是在另外一些事例中，氣體排放的減少卻很難理解。

在直接受人類活動影響的溫室氣體中，最重要的是CO2、CH4、N2O和CFCs。人類活動排放的氣溶膠也可以影響氣候（表1列出了大氣中的氣候驅動因素所產生的驅動力）。

分析取自格陵蘭和南極的冰芯所獲得的CO2濃度變化的記錄具相當代表性，其范圍從冰期的接近190ppmv（百萬分之體積濃度）到較溫暖的間冰期（如開始于大約1萬年前的最近一次間冰期）的接近280pp

mv。 直到業革命為止，CO2濃度一直沒有超過280ppmv。當1958年開始系統大氣測量的時候，CO2濃度已經到達了315ppmv，目前其濃度大約為370ppmv，并以1.5ppmv/年的速率增長（這個數值比1958年有記錄以來的早期的增長速率略高）。人類活動應該對這種增長負主要責任。化石燃料的燃燒是碳的主要排放源，其實際排放量大約是所觀測結果的兩倍。在過去的幾十年里，熱帶森林的砍伐對CO2排放也具貢獻作用。過量的CO2由海洋和陸地生物圈吸收。

目前CO2、CH4等大氣層中的氣體含量高于其它的任何時期。從1978年以來，溫室氣體的濃度大致以每年1%的速率平穩增長，到20世紀90年代其增長的速率變得緩慢，但更具不確定性。大約當前2/3的CH4是由于人類的活動產生的，如水稻種植、畜牧業增長、礦業開采、秸桿回填、天然氣處理，所有這些在過去的50年中都有所增加。

對流層中的臭氧一小部分是平流層中的自然過程產生的，到了20世紀，又有一部分臭氧補充進了這部分“對流層臭氧”。在局部區域，這部分臭氧是由陽光對污染大氣（由機動車輛尾氣、化石燃料燃燒、電力工廠以及生物燃燒等產生的氣體造成）的光化學反應產生。

N2O由土壤和水中大量的微生物的反應形成，但含氮化肥的大量生產與使用也造成N2O的增加。能夠產生N2O氣體的一些人工化學過程已經得到確定。在過去的200年里N2O的濃度增加了大約13%。

自1928年首次合成CFCs以來，其在大氣中的含量一直穩定增長，到20世紀90年代初其含量達到最高。許多工業上有用的其它含氟化合物（如CF4和SF6）在大氣中具有很長的壽命，盡管有些氣體在大氣中的濃度還不足以產生大的輻射驅動，但已引起了研究者的關注。CFCs的替代產品HFCs具有溫室效應，因為其在大氣中壽命較短，其作用尚不明顯。

3 還有哪些排放物是氣候變化的驅動因素（如氣溶膠、CO、煤煙等）？它們對氣候變化的貢獻是什么？

除了溫室氣體，人類活動還增加了大氣氣溶膠的含量，這些氣溶膠包括硫酸鹽顆粒和黑碳（煤煙），由于它們在大氣中的壽命很短，分布具有不均衡性。硫酸鹽顆粒將太陽輻射散射回外層空間，從而在一定程度上減緩溫室效應。最近由于“潔凈碳技術”和低硫燃料的利用，使得硫酸鹽濃度逐漸降低，在北美這一作用更為明顯，但也降低了其對溫室效應的抵消作用。黑碳氣溶膠是生物燃燒（森林火災和秸桿焚燒）以及化石燃料不完全燃燒的最終產物，它們直接或間接地影響太陽輻射的收支，盡管要量化其影響還存在難度，但這一點是確定無疑的。

4 降低溫室氣體以及其它一些對氣候變化具貢獻作用的排放物的增加趨勢需要多長時間？不同的溫室氣體以及其它的排放物是否具有不同的消亡時間？

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