对全球变暖认识的七个问题的确定与不确定性，本文主要内容关键词为：不确定性论文,变暖论文,全球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号P46 文献标识码A 文章编号1002-2104(2014)01-0001-06 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.01.001
全球变暖已经成为国际社会广泛关注的问题。全球变暖可能导致冰川融化、海平面上升、小岛国被淹没、极端天气事件增加，甚至旱涝格局产生变化。大多数科学家、公众以及决策者已经认识到，全球变暖主要是人类活动造成的温室效应加剧的结果。因此，全球变暖必将继续，而应对全球变暖就成了全社会的责任。
应对全球变暖，必须基于科学认识。地球的气候系统受到大气圈、水圈、生物圈、岩石圈以及人类圈的交互影响，组成复杂、变化多样。尽管对气候系统的科学研究已取得一些重要结论，但由于以人类目前的认识水平，尚无法完全了解气候变化的全部内在规律，因此目前人类对气候变暖的认识确定性与不确定性并存。比如，预估的未来气候变化还存在不确定性，这主要是由于对气候系统的物理化学过程与反馈认识不足、可用于气候研究和模拟的气候系统资料不足，如对深海、永冻土等认识不足。
本文旨在归纳总结目前对全球变暖的认识哪些是确定的，哪些是不确定的，并提出相关建议。气候系统涵盖很多方面，本报告重点关注与人类活动造成的气候变暖相关的七个问题。
1 七个问题的确定性与不确定性
1.1 对全球变暖的认识：气候确实在变暖，但为什么又出现了停滞
(1)确定性认识。过去百年全球气候确实在变暖，特别是20世纪后期。近百年(1906-2005年)全球地表温度升高约0.74±0.18℃，近50年的变暖率几乎是近百年的2倍。陆地的变暖速度快于海洋，全球增温最大地区位于北半球高纬地区[1](见表1，表2)。
(2)不确定性。尽管过去百年气候一直在变暖，但是过去十多年变暖出现了“停滞”现象[2-3]，自1998年以来全球平均温度没有明显上升。针对过去十多年全球温室气体排放量迅速增加，而大气增温“停滞”的现象，有研究认为，除温室效应外的其他因素可能发挥了较大作用，有三种观点：①自然因素(厄尔尼诺与南方涛动现象/ENSO、太阳辐射、火山活动)造成的冷却抵消了温室效应加剧造成的变暖[4-6]，②深海吸收了多余的热量[7-13]，③大西洋多年代振荡(AMO)的影响[14]。也有人认为后两个因素不是独立的，是北大西洋经向翻转环流(AMOC)造成了AMO，同时也影响了深海的热量吸收。气候变暖“停滞”是否会继续?气候变暖会不会加速进行?这些疑问对当前全球变暖的认识提出了挑战(见表1，表2)。
1.2 对大气中温室气体浓度上升的认识：工业革命以来大气温室气体浓度快速升高是确定的，但未来如何变化有不确定性
(1)确定性认识。工业革命以来大气中温室气体浓度大幅升高。在多种温室气体中，大气中二氧化碳(
)浓度已从工业革命前(1750年)的280ppm(ppm表示“百万分之一”浓度)，增加到了目前的400ppm，增加了40％。大气中甲烷(
)浓度在2005年约为1774ppb(ppb表示“十亿分之一”浓度)，是工业化前浓度的两倍以上。大气中氧化亚氮(
)浓度在2005年为319ppb，大约比工业化前高18％(见表1，表2)。
(2)不确定性。一方面，除外的其他温室气体(如，地质时期埋藏的甲烷)可能会对大气温室气体浓度产生潜在的很大影响。过去人们只考虑燃烧煤、石油、天然气以及生产水泥、砍伐森林排放到大气中的，而不太了解其他一些隐藏的气体也会严重影响大气中的温室气体浓度。新的研究表明，气候变暖可能使几百万年来埋藏在永冻土中的甲烷重新释放到大气中，从而增加了温室气体浓度变化的不确定性[15-23](见表1，表2)。
甲烷是一种温室效应很强的温室气体，它是沉积物中的有机物由于热力及微生物分解形成的，从最开始的岩石中流出来成层地，或在结构中积累，或者在高压低温下作为气体水合物存在于次表层像冰一样固体中[24]。北极永冻土及冰川形成一个“冰雪帽”，储藏了大量的从烃库渗透出来的甲烷，阻止其注入大气中。最新研究表明，北极地质甲烷库储藏了12亿t碳，远超过大气中甲烷含量(仅500万t)[16]。只要这些被埋藏在地下的甲烷有很小一部分逃逸出来，就会对气候产生巨大的影响。
另一方面，大气温室气体增加速率在近20年趋向缓慢，显著低于人类排放的增加速率。从20世纪90年代到21世纪头10年，人类活动排放碳呈明显的上升趋势，但是这期间存留在大气中碳的年增量却没有明显的增加[25]。可能的解释是这期间陆地生物和海洋可能吸收了更多的碳(碳汇增强)。但是观测数据却显示陆地及海洋的碳汇均在减弱。因此，目前已知的碳源与碳汇不能达到平衡。
1.3 对于温室气体排放与气温上升的关系(气候敏感度)的认识：在现代大气浓度加倍会导致全球平均增温约3.0℃，但是在更长时间尺度上气候敏感度是不确定的
气候敏感度是研究人类活动造成的气候变暖的度量标尺。一般采用平衡气候敏感度，指平衡条件下大气浓度相对于工业化前加倍时全球平均温度的响应。一般认为大气中浓度在工业化前为280ppm，因此开始多取560ppm为浓度的加倍值，后来多采用600ppm，约相当于对1900年值的加倍。
(1)确定性认识。一般认为大气中浓度加倍时，全球平均温度可能上升3.0±1.5℃。气候敏感度的值最初由Charney于1979年首先提出，认为3±1.5℃或者1.5-4.5℃[26]。之后大多数研究对于敏感度的估计范围都接近Charney的估计范围。IPCC第一、二、三次评估报告均采用了这个估计值，第四次评估报告略微调整了下限范围，采用2.0-4.5℃[27](见表1，表2)。
(2)不确定性。短时间尺度(近百年)估算的气候敏感度并不适于估算更长时间尺度(万年)的气候变化。研究人员估计现代气候敏感度时，主要考虑了各种大气过程的相互作用，而未考虑气候系统中其他一些可能的变化，如大陆冰盖、深层海洋、植被、大气成分等的变化。目前对气候敏感度的估计是建立在假定这些成分无明显变化的基础上，但是在更长时间尺度上(万年以上)，这种假定可能不成立。一些研究表明，长时间尺度的气候系统敏感度可能比现代的估计值高50％(气温骤升或骤降)[28-29]。比如，在冰期-间冰期旋回中气候敏感度可能达到6℃[30]。因此，在研究气候敏感度时可能需要增加考虑一些地球子系统的显著变化，如格陵兰冰盖融化(见表1，表2)。
1.4 对于气候模式的认识：它能够很好地模拟出近百年的气候变暖趋势，但模式只能表征地球系统的部分特征
(1)确定性认识。气候模式是用数学方程式表现地球气候系统各个圈层相互作用和反馈的主要过程，对人们理解气候系统的演变机理起着重要作用。由于预测未来的气候需要考虑整个地球系统，所以气候模式也从大气-海洋耦合模式发展为地球系统模式，增加考虑了地球系统的更多因素，以及生物、地球化学过程。
目前的气候模式可以模拟出近百年的气候变化，特别是气候变暖趋势，且模拟的气候变暖量级接近实际观测值。模式中如果同时考虑人类活动影响(主要是温室效应增加)及自然因素，可以很好地模拟出20世纪以来的全球平均温度变化；而如果只考虑自然因素，则很难模拟出1980年以来的气候变暖趋势。这也证明了温室效应加剧对现代气候变暖起主要作用(见表1，表2)。
(2)不确定性。气候模式不能充分描述地球系统的变化，只能表征部分特征。目前气候模式的不确定性主要包括三个方面：①对自然因素的变化不能很好地模拟，如太阳活动和火山活动的影响；②对海洋的过程不能很好地模拟，如厄尔尼诺与南方涛动现象、北大西洋年代际振荡，均会产生全球尺度的气候振荡；③模式对于气候突变的模拟能力差，目前的模式不能很好地模拟出气候史上的气候突变事件，如大西洋经向翻转环流崩溃等。因此，气候模式尚不能充分描述地球系统的变化，只能表征部分特征(见表1，表2)。
1.5 对于气候预估的认识：根据排放情景预估本世纪气候继续变暖，但还将变暖多少不确定
(1)确定性认识。根据温室气体排放情景预估，21世纪气候将继续变暖。通过假定不同的温室气体排放方案(高排放、中等排放、低排放等)，利用气候模式预估的21世纪气温将继续升高。IPCC第四次评估报告给出了预估范围，认为全球平均温度到2100年相对于1980-1999年平均有可能上升1.1-6.4℃，1.1℃是最低排放情景的下限，6.4℃是最高排放情景的上限(见表1，表2)。
(2)不确定性。气候预估的不确定性来自三个方面：①未来排放方案不确定，各国将采取的排放标准和政策措施不确定；②对气候变化的自然因素认识不足(太阳活动、火山活动、海洋变化、地球轨道变化等)，对气候系统的内部变率尚无法识别；③气候模式本身具有误差。这些不确定性导致预估的未来气候变暖幅度也不确定(见表1，表2)。
1.6 对于2℃阈值的认识：它是人类控制升温的一个设想，但是升温幅度何时达到2℃不确定
(1)确定性认识。2℃阈值是作为控制大气温度比工业革命前温度上升的上限。它最早由欧盟于2005年在其领导人会议上提出[31]，随后IPCC和联合国气候变化框架公约(UNFCCC)也分别将其作为温度升高上限的依据，2009年哥本哈根气候变化会议正式采用2℃作为控制温度上升的最高上限，并以协议的形式通过[32]。
将2℃阈值作为人类应对气候变化的约束性目标，是由欧洲科学家考虑多种因素后最终确定的一个适中目标，并取得了国际共识。若阈值设置太高(如，3℃或4℃)，则可能起不到约束作用；若阈值设置太低(如，1℃或1.5℃)，则几乎无法实现(见表1，表2)。
(2)不确定性。2℃阈值是人们的一种设想，未来升温幅度何时超过2℃不确定。在各国政策影响下，人类活动或许推迟升温2℃的到来，也或许加速它的到来。如果全球实现大幅度温室气体减排，则有可能推迟升温幅度超过2℃的时间。此外，由于气候系统的复杂性，可能到某一年升温幅度超过了2℃，但随后又降回2℃之下，若干年后才会稳定地升高2℃。因此，未来升温超过2℃的时间不确定。研究认为[33]，全球有可能最先达到2℃升温幅度的地区位于亚洲北部、北非到中东，亚洲其余大部分地区(包括中国)也将较早达到；南半球则由于大洋的热力惯性，可能是全球最晚达到2℃升温幅度的地区(见表1，表2)。
1.7 对于地球系统临界点的认识：地球系统已有一些危险的信号，但何时达到临界点不确定
在一定条件下，当地球系统的一个临界成员的变化达到某个临界值时，这个临界成员可能转变为另一种全新的状态(例如全球变暖可能使得北极冰完全消融)，这个临界值称为临界点[34]。虽然这种变化可能只限于某个地区，但是其影响尺度往往可以达到千km以上的次大陆尺度，同时影响到半球或全球[35]。
(1)确定性认识。地球系统已存在的临界成员有[36-37]：北极海冰、格陵兰冰盖、同生冻土、海洋甲烷水合物、喜马拉雅冰川、西南极冰盖、大西洋经向翻转环流、北美西南部干旱、印度夏季风、西非季风、ENSO变化、北半球(北美)森林枯萎、冷水珊瑚礁、北半球(欧亚大陆)森林枯萎、亚马逊雨林枯萎、热带珊瑚礁、南大洋海洋生物碳泵。这些都是地球系统中最脆弱的环节，在全球变暖的影响下最容易达到临界点。表1给出部分成员的基本状况，包括成员的主要变量、影响参数、临界值、时间尺度及主要影响。例如格陵兰冰盖的主要变量为冰量、影响参数为温度、临界值为3℃、时间尺度＞300年的时间消融，使全球海平面(SL)高度上升2-7m。
地球系统正在发生变化，目前已有很多危险的信号。比如，北极海冰是地球系统中最脆弱的子系统，根据有卫星观测记录(1979年)以来的资料，截至2007年夏季，北极海冰面积显著缩小[38]，仅剩410万
(9月)，比1979-2000年9月平均水平(670万)减少了约40％[39]。又如，海平面自1870年以来已经上升了20cm，在1993年以来上升速度已达3.4mm/a，比IPCC评估报告的估计(1.9mm/a)要快80％[1]。关于导致海平面上升的各因素的贡献，海水热膨胀在1961-2003年的贡献约为40％，冰川、冰帽、冰盖约为60％[40](见表1，表2)。
(2)不确定性。临界值属于理论估计，具有不确定性，何时达到临界点也不确定。目前，地球系统的许多成员已发生一些危险的变化，例如冰盖消融、海平面高度上升是确定的。但是这些变化何时达到临界点或发生突变仍不确定。比如，夏季海冰何时完全消融?格陵兰冰盖何时完全融化?甲烷水合物何时释放出甲烷?亚马逊雨林是否被完全砍伐掉?此外，不同成员可能达到临界点的时间尺度有较大差异。例如，季风可能在1-10年之内发生变化，但是这种变化可能是可逆的；格陵兰冰盖的完全变化可能在几百年之后，它的变化可能是不可逆的，即一旦消失，也许很难恢复；还有一些成员(如海洋甲烷水合物及海洋缺氧)其影响的时间尺度在千年以上(见表1，表2)。
2 对气候变暖的总体认识
由于以目前的认识水平，尚无法完全了解气候变化的内在规律，因此目前对气候变暖认识的确定性与不确定性并存(见表2)。
对于气候系统的研究仍需不断深入，以增加更多确定的研究结论、减少不确定的研究范围，使人们更好地理解地球系统变化的规律，科学应对确定性的变化，科学规避不确定性的风险。
3 政策建议
(1)加大对气候变化基础研究的支持力度，积累更多关于确定性与不确定性的科学认识，为深入揭示气候变化的规律奠定基础。
(2)在适应和减缓全球变暖、调整产业结构等应对行动中，应全面、综合考虑气候变化认识的确定性与不确定性，应对确定性的变化，规避不确定性的风险。
(3)加强气候变化科普宣传，使公众全面了解气候变化认识的确定性和不确定性，并理解不确定性的结论同确定性结论一样，都是科学的结论。