作者答疑:谈天气转变,先明确时间尺度

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天气转变,与我们每小我私人的运气息息相关 | 图源:pixabay.com

编者按

一周前,团结国 *** 间天气转变专门委员会(IPCC)最新的第六次评估讲述《天气转变2021:自然科学基础》公布,团结国秘书长安东尼奥・古特雷斯(António Guterres)称之为 “对人类的红色忠言”,再次提醒人类流动造成的温室气体排放增添给人类和地球带来的潜在风险。

《知识分子》约请中国科学院大气物理研究所研究员周天军和浙江大学地球科学学院教授曹龙,对该讲述举行领会读。文章刊发之后,引发不少读者的讨论和质疑,例如,“在没有工业化和大量温室气体排放的情形下,全球天气也在不停转变,若何确定现在人类流动的影响水平?” “天气变暖就是有害的吗?” “面临岌岌可危的天气危急,人类若何自处?”

针对部门讨论,《知识分子》再次约请两位作者,从现实考察数据和自然科学基础的角度举行回应。两位作者以为,相较于天气冷感,海内舆论场中的天气质疑,或许不失为一种提高,也希望针对详细问题的回应,可以引发更多有价值的思索。

究竟,这与我们每小我私人的运气息息相关。

撰文 | 曹龙(浙江大学)

周天军(中科院大气物理研究所)

左萌(中科院大气物理研究所)

责编 | 冯灏

二氧化碳通过温室作用造成升温是基本的物理理论

问:只有亚洲区域的天气转变超出了自然变率的局限吗?为什么亚洲邻近海域的海平面上升速率高于其他区域?

答:全球变暖的空间漫衍不是平均的,中高纬度稀奇是北极区域的增暖更强。因此,并不是只有亚洲的天气转变超出了自然变率的局限。关于海平面升高,考察证据显示,在1993-2018年时代,西太平洋区域的海平面升高最快,而东太平洋海平面升高最慢(中等信度)。这种区域差异和海洋动力学历程有关。

问:凭证IPCC讲述的考察数据(1950-2020年),北大西洋部门海域为什么变冷了?

答:IPCC讲述明确指出,人类流动已经使大气、陆地、海洋变暖。大气圈、海洋圈、冰冻圈和生物圈已经发生了快速和普遍的转变。然则,大局限变暖不代表所有区域都变暖。在人类流动影响的同时,天气系统的自然变率也会对天气转变发生主要影响,稀奇是局地尺度的天气转变。图中显示的北大西洋部门海域变冷和 “大西洋经向翻转环流”(AMOC)的削弱有关。当AMOC正常运作时,循环系统会将墨西哥湾四周热带区域含盐的温暖表层水带到北方的欧洲海岸,并将融冰天生的严寒淡水带走。

随同每一单元的全球变暖,温度、湿度和土壤湿度的转变在区域尺度上显示得更强 | 图源:文献[1]

图a 考察和模拟的年平均温度转变对照,左图为考察值(1950-2020年),右图为模拟值(多模式聚集效果),均为随同全球增暖1 C时势地温度的转变

图b 模拟的相对于1850-1900年基准态当全球增暖1.5 C、2.0 C和4 C时年平均温度转变的空间漫衍

问:近五十年来,南极大气考察二氧化碳浓度出现升高趋势,然则夏日、冬季地面考察月平均气温出现线性降低趋势,“二氧化碳-升温”理论在南极是不是个破例?

答:二氧化碳通过温室作用造成升温是基本的物理理论,不存在所谓 “破例”。然则,温度不仅仅受到二氧化碳转变的影响,也受到其它外源强迫的影响,稀奇在区域尺度,自然变率也会起到主要的调治作用。

南极的天气转变特征对照庞大,空间上漫衍不平均,自1950年以来,南极半岛异常可能在变暖,而东南极的温度转变没有显著趋势。

问:二氧化碳是近二百万年浓度最高,为什么气温却并不是近二百万年最高?

答:二氧化碳浓度是一个影响气温的主要因子,但不是唯一的因子。在百万年的时间尺度上,地球绕行太阳的轨道参数的转变、太阳辐射的转变等,都市对地质时间尺度的天气变迁发生主要影响。

据最新的气温重修序列,距今200万年处在第四纪更新世早期,气温最先下降,低于当前天气。而距今约300万年的中上新世时期,二氧化碳浓度约400ppm,与当前天气相当,但温度高于当前天气。这是由于那时的天气转变除了受到温室气体的调控,冰盖等外强迫因子也对其有主要影响。

除此之外,地质时期的暖期海陆位置、洋流名目、地形和植被等要素都和当前天气存在差异,天气敏感度也与当前差异,而且是天气与温室气体到达耐久平衡的效果,而非对温室气体强迫的瞬时响应。因此,不能直接地通过温室气体浓度的崎岖来对照当前的天气变暖与地质时期暖期的温度崎岖。

谈天气转变,先明确时间尺度

问:历史上,在没有工业化和大量温室气体排放的情形下,全球天气也在不停转变,若何确定现在人类流动的影响水平?

答:谈天气转变,一定要先明确时间尺度,差异时间尺度上的转变,背后的驱动因子差异。

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天气转变包罗年月际、百年际、千年甚至更长时间的地质时间尺度。驱动因子可以分成两类,一是自然缘故原由,例如地球绕行太阳的轨道参数的转变、太阳辐射的转变、火山喷发的影响等;二是人为因子,包罗人类排放的温室气体、气溶胶、以及土地行使等的转变。

地质时间尺度的天气转变,由自然因素决议,例如,在几万万到几亿年的时间尺度,大陆漂移、造山运动、板块运动等地质组织运动对全球天气发生主要的影响。万年到百万年尺度的冰期和间冰期的天气主要受到地球绕行太阳轨道参数转变的影响。

人类社会工业化以来这一百多年的天气转变,主要由人为因子驱动,只管自然因子也有孝顺,然则远小于人类流动的孝顺。化石燃料燃烧排放的二氧化碳等温室气体的影响起主导作用。

若何确定人类流动的影响水平,主要依赖天气模式模拟和考察资料的对比,效果注释,当只思量自然强迫时,无法模拟出1850年以来的变暖;而当同时思量人类流动和自然强迫时,可以再现考察中的增暖征象。

问:温升跟碳排放呈线性关系,就有因果关系?物换星移,沧海桑田,地质时空的转变那里是蚍蜉人类能改变的。

答:一,温升和累积碳排放的准线性关系,主要指工业革命以来这100多年间器测资料展现的考察事实。这种准线性关系的背后是二氧化碳排放、碳循环和温度转变之间的因果物理联系。理论剖析和天气系统模拟都展现了这种关系。

二,关于工业革命以来温室气体和温升的因果关系,不是基于准线性关系推断出来的,而是接纳“检测归因手艺”定量估算的效果。详细作法是:

1

首先,构建工业化以来100多年的种种强迫场考察数据,既包罗自然因子(主要是太阳辐照度和火山气溶胶资料,由于地球轨道参数在这个时间段转变不大),又包罗人为因子(含种种温室气体、气溶胶和土地行使转变);

2

随后,划分行使这些自然因子和人为因子考察数据来驱动地球天气系统模式(基于数学和物理纪律确立的“地球模拟器”),在高性能盘算盘算机上做数值模拟;

3

接着,行使一种称作“最优指纹法”的统计手艺,来寻找数值模拟效果和考察效果之间的关系,定量估算差异强迫因子对考察的增暖的孝顺。

三,沧海桑田谁人时间尺度的天气转变,属于地质时间尺度的天气转变,完全是自然因素作用的效果。例如,地质时期的天气转变,可以用米兰科维奇理论来注释,涉及地球轨道偏心率、黄赤交角和岁差这三大天文因子的转变,其时间尺度是万年到百万年;地质组织运动如大陆漂移、造山运动、板块运动等,也会影响地球天气,其时间尺度是几万万到几亿年。

我们关注的全球变暖,主要是针对工业革命以来这100多年间,在此时代,地球轨道偏心率、黄赤交角、岁差、太阳辐照度等自然因子的转变不大;温升主要来自化石燃料使用导致的温室气体排放。

而我们之以是关注全球变暖,是由于它事关人类文明,事关我们的生计问题。不管是温度升高照样海平面升高,若速率太快,超出自然生态系统和人类社会的顺应能力,效果就将是灾难性的。

问:火山发作可以大规模降温,地球是不是拥有自我珍爱的功效?

答:火山喷发简直可以暂时给地球降温,例如,1991年的皮纳图博火山喷发在接下来的两年内,导致全球平均温度下降了约0.3度,但其影响也就延续几年。

IPCC评估讲述指出,凭证古天气和历史证据推断,在21世纪,可能至少有一次大规模的火山喷发。这样的火山喷发简直会在年际时间尺度上影响全球天气,在1-3年内降低地表温度和陆地降水,改变季风环流和极端降水,暂时和部门抵消温室气体增添造成的全球变暖,但不能缓解耐久暖化效应。

已往无法挽回,未来可以改变

问:温升对中国就是坏的?中国历史上最繁盛的时代都在温暖期!

答:自1970年以来,全球外面温度的上升速率跨越了至少2000年来的任何时刻,对应中国历史上的汉唐时期,全球平均温度也低于当前天气。全球增暖已经造成了中国极端高温、极端强降水事宜的增添,并在未来预估中进一步加剧,会带来严重的社会经济损失。

另一方面,现在的工业社会与历史时期的农业社会在经济生长、人口漫衍、社会结构等诸多方面有伟大的差异,天气转变对差其余社会形态影响差异,因此,不能用历史时期天气转变对社会的影响简朴地类推现在和未来天气转变的影响。

问:在其他科研领域,似乎天天有新的物理机制被发现、新的质料被合成运用、新的尖端仪器被缔造,而在关于大气生态科学的新闻里,1.5度的观点也宣传良久了,但基本照样在论述问题的严重性和迫切性,较少提到一些实质性的新科学和新手艺的生长(如马斯克提到的碳捕捉手艺),这是为什么呢?

答:应对天气转变的挑战和难度在于这是一个全球性的大局限问题。例如,虽然有些正在生长的二氧化碳移除手艺(从大气中直接捕捉二氧化碳,然后将捕捉的二氧化碳埋藏在地下)在局地小尺度上举行实验实验,然则若是要在大局限实行这些手艺,起到显著降低大气二氧化碳浓度的作用,在手艺、成本、平安性、对环境影响各方面都面临很大的挑战。

同时,也要思量种种可能的副作用。许多剖析研究指出,直接从大气中捕捉二氧化碳的碳捕捉装备都需要很高的运行成本和能耗。

问:纵然现在马上实现零排放,也需要万年时间恢复热带雨林和南北极冰川的载量,海水的酸度转变可能是永远不能恢复的。对人类社会来讲,超级台风和短时间大暴雨等极端天气会酿成常态,沿海都会会逐渐被放弃…. 在天气危急眼前,人类若何自处?

答:我们只有一个地球,无处逃避,只有努力应对。已往无法挽回,未来可以改变。我们今天的行动,决议着地球天气的未来。

每多排放一份二氧化碳和其它温室气体,就会增添一份天气转变风险。因此,快速和大规模减排是减缓天气转变的必须。同时,要未雨绸缪,努力做晴天气转变应对措施。

参考文献

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