2030年将有多热？，本文主要内容关键词为：有多论文，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。
一直以来，我们对未来全球环境，特别是气候的所知都来自气候建模，而这部分工作则由IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)和其他气候学家完成，最有代表意义的就是IPCC已发表的成千上万卷以“决策者摘要”为标题的预测报告。这些详尽的调查构成了决策者的决策依据。
本文的目的是解释气候建模对那些决策者而言意味着什么，气候建模的不足，预测的可信度有多高和在决策时应该注意什么，同时，提出一种不需要实验室的气候建模计算方法，来为决策者预测温度上升情况提供帮助。
众所周知，从1900年工业时代起步至今，地球平均地表温度已上升了0.75摄氏度，这主要归咎于人类向大气排放的
等温室气体。对政府决策者而言，了解这样的排放导致的未来温度变化情况是一件重要的事。于是，在开始建模前，必须弄清一个问题：未来排放还将增加多少？
要预测2030年的气温，就需要了解从现在到2030年的排放量。由于192个国家参加的哥本哈根气候变化大会没有形成具有约束力的条约。因此，化石燃料将会继续成为全球能源的重要组成部分。在这种情况下，我们可以查看美国能源部的“年度能源展望”(AEO)2010年报告，查找报告对2010到2030年全球排放量的预测。该报告指出，2010年的年排放量达到308亿吨，预计到2030年将增长到404亿吨。假设未来排放量呈现线性增长趋势，接下来20年，全球的排放量将达到7120亿吨，将之换算成ppm(即百万分之几)，即91.5ppm，这意味着这个数据将从今天的388.6ppm增加到2030年的480.1 ppm。
任何环境专家都会对这个数字感到扰心。但是，许多环境专家却不清楚：这个ppm值对2030年的气温上升意味着什么？想要回答这个问题，就要用到我们预测未来环境的唯一方法——气候建模。那么，什么是气候建模？
它是一个复杂的数学计算机编码，即通过模仿环境中所有观察到的物理现象并预测这些现象未来的演变。1988年，IPCC成立，世界2000多名科学家开始了监测地球陆地、海洋和卫星数据，开发气候模型的工作。迄今，大批调查结果和预测结论已经出版，并成为许多政府制定政策的依据。那么，IPCC的预测结论到底有多可信？既然我们未来的政策非常依赖这些预测，那么，我们就应对气候建模做一个批判性评估，不仅针对IPCC，还评估其他气候学家的工作，这也是本文意义所在。
气候建模有两大缺陷。首先，即使模型的数学应用是正确的，然而，许多涉及的物理现象并无法完全在模型中得到阐释。在分界条件下，地球气候的复杂性、非线性和混乱的特性使得模型初始值的设定问题非常艰难，模型在描述地球气候时就具有基本的、固有的不确定性。最大的不确定性来自云反馈信息的数量，云反馈解释了已有不同气候模型的差异。大致上，一半左右的气候模型预测认为，全球变暖引起了云辐射负强迫的增加(强迫是一种对地球能量平衡的强加的扰动，如果放晴，就是一种正强迫，而火山喷发反射阳光到太空，就是一种负强迫)；一半左右的预测结论与之相反。仅是为了做解释，在2001年，一项实验使用IPCC的A2情景，采用不同气候模型，得到了对2030年预测的不同结论。图1展示了不同气候模型对云反馈的分歧有多大。
气候模型对不同云反馈的反应(来自维基百科)。
2001年之前，全球变暖的推断由假设没有采取任何减排行动且割裂了区域经济发展的SRES A2排放情景下的一系列气候模型得出。要评价哪个模型更可信是不可能的。此外，气候模型的不确定性还表现在太阳辐射问题上。模拟被吸收的太阳光和到达地表的红外辐射是个难题，这不可避免地带来了模拟地表敏感度和潜热通量的不确定性。
其次，既然有初始值的问题，我们就需要了解全球排放量时间函数的演化情况。没有人能够预知未来，这是由其高度的不确定性所决定的。IPCC已尽全力提出了六种不同的情景，笔者在附录中列出了其中的两种。这些情景是经济学家、政治家和人口学家及其他科学家做出的最佳估测。决策者会自己判断这些情景的可信度和模糊度。
IPCC模型生动地展示了人类强迫的效果，图2就来自该模型，对比了IPCC所观测的气候变化和引起变化的原因的属性。
观测到的气候情况的对比。(a)表示只有太阳变化和火山活动两种自然强迫下的模拟结果。(b)表示温室气体和硫酸盐气溶胶两种人类强迫下的模拟结果。(c)是IPCC模拟了自然和人类强迫的结果。
在完成这些准备工作之后，我们发现气候编码是一种“气候敏感度”的均衡。气候敏感度是一种衡量气候系统对持久性辐射强迫的反应的计量方法。IPCC已发现在浓度翻倍后，大多数编码引起温度2℃～4.5℃的上升，达到3℃的可能性非常大。这就意味着强迫翻一倍(4瓦特/平方米)，平稳状态温度上升将逐渐稳定在3℃。
然而，海洋热惯性下，行星能量不平衡，这表明，现在地球偏离平衡约0.5～1瓦特/平方米，也就是说地球吸收的太阳辐射远远多于发回太空的辐射。这种不平衡是长期的，引起了海洋变暖。那么，即使大气成分不再发生改变，地球表面也将最终再上升0.4℃～0.7℃。这样，约0.55℃必须从目前温度值中减去。预计2030年温度上升：2.14-0.55=1.6℃
这个结果如何与预测2030年的气候编码项目一致呢？请记住气候编码所给出的不是平稳状态温度。
该图展示了对2100年的温度预测：“实线分别表示A2、A 1B和B1情景下20世纪后的地表变暖的多模式全球均值。阴影部分指示了加/减一个单独模型年均值的标准差偏移的范围。橙色线是浓度保持在2000年水平的情况。右侧的灰色条块标示最佳估计(每个条块中的实线)和六种SRES标识情景所评估出来的可能值域”(来自http://www.appmsys.com/.../GW_TemperatureProjections.htm).
A2情景假定了一切如常，而A2假设强迫呈线性上升，B1比A2更恰当。我们从图表中估计出什么？B1，从1900年开始的全球地表变暖情况是：
2010年：变暖：0.6+0.15=0.75℃
2030年：变暖：0.6+0.8=1.4℃
我们采用图3中IPCC的B1情景，得到2030年气温升高1.4℃。事实上，我们不能真实预测2030年之后的排放量，即使做到也是令人质疑的，那么，不管我们是采用B1还是A2情景，似乎差异都微不足道了。
接下来我们看Hansen编码。
图中全球地表气温的年均值是根据如下所描述的痕量气体情景A、B和C计算得到的。[情景A假定过去20年典型痕量气体排放量的持续增长率，比如约15e/年的增长率；情景B假定排放量以当前增长率增长；情景C则假定1990到2000年间痕量气体排放量大幅削减。]阴影范围是当前峰值和约6000-120000年前间冰期之间全球温度的分别估计。观测数据的零点是1951-1980年的平均值；模型的零点是操作行程均值。
该图是Hansen 卫星温度叠加数据图(来自：http://www.climateskeptic.com/2008/06/gret-moments-in.html)。图释同样对各个情景进行了简要说明。
除了三个情景外，情景A假定强迫以指数增长，情景B假定强迫大致以线性增长。从上图看，似乎情景B最符合目前为止的实验数据。卫星温度数据以红色标识做了叠加，更新到了2008年5月。编码没对2020年之后做预测。因此，从2020年推断，我们得到Hansen预测值是1.5℃。
总结2030年温度预测结果：
(1)我们的气候敏感度程序估计上升1.6℃
(2)IPCC的B1情景估计上升1.4℃
(3)Hansen的B情景从2020年推断上升1.5℃。
所以，这个小程序远非完美，然而，它给出了一个温度上升的有效的大致估计——我们排入大气一定量的，温度将上升多少。
由于我们无法准确知道温度上升如何影响我们的生态系统，我们所能做的就是列出现有温度上升的不可逆转的损失。0.75℃已经引起并且只会日益恶化以下情况：
▲海洋的酸度已导致了珊瑚礁的死亡和海洋捕鱼区的破坏，海洋渔业是世界大多数贫困人口蛋白质的来源。
▲由于森林砍伐，世界每年多排放12％～17％的，每年约3000万公顷雨林消失。诸如亚马孙这样的热带森林已经处于危及垂死状态。一旦达到临界点，森林就会因雷电引燃而付之一炬。
▲日益升高的气温加速了高山冰川的融化，这些冰川是数百万人口的淡水来源。
▲地球气候已经发生了变化。热带地区已经向两极延伸170英里(约274公里)，美国南部、地中海地区、澳大利亚和非洲南部都出现了干旱和亚热带气候。这改变了农业生长季节——迫使农业向高纬度地区转移。
▲海平面上升。卫星和检潮仪工具显示，海平面上升正加速IPCC的预测。据卫星监测，1993-2008年其平均上升率是每年3.4毫米，而IPCC预测最可能情况是每年1.9毫米。图5为海平面上升——模型和观测数据。
▲极地，北极圈和南极洲上升的温度是全球平均升高值的两倍。冰融化后，冰下不见天日的水因暴露而吸收了更多的热量，这样，冰反射效应就加速了融化过程。北极海冰加速融化已远远超出了气候模型的预计。海冰在2007-2009年融化面积约比IPCC第四次评估报告的气候模型预测平均值大40％。北极冰川厚度在过去几十年间也以稳定速度下降。
事实上，过去8年的数据显示，北极冰川覆盖范围在每年三月中旬面积最大，达1400万平方公里，九月中旬最小，2002到2009年间在600～430万平方公里之间变动，2009年是530万平方公里，2007年是430万平方公里。
观测数据(红线)和模拟的九月北极海冰面积，以百万平方公里计。黑实线是IPCC第四次评估报告中的13个模型的平均值，黑虚线表示值的变动区间。最近，计算得到了2009年最小值是510万平方公里，最低值排序中列第三，依然远糟于IPCC最坏情况(《哥本哈根诊断2009》，http://www.skepticalscience.com/argument.php?p=3&t=138&&a=15).
IPCC预测的重要缺陷不在于编码所描述的无数物理现象是否是正确的科学化身，而在于这种预测本身就不够科学，或只是预测了与人类有关的部分，而原则上后者是不可辨别的。为了描述大多数参数的时间相关性，编码不得不假定所有改变行星能量平衡的变量的某些排放特征，如二氧化碳、甲烷、一氧化氮、臭氧等。气候编码所能实现的是规定了这些数量的时间函数的特定值。这已由一大批科学家、经济学家、政治家和现代历史学家完成。
IPCC采用了六种不同的排放情景描述全球经济和社会条件在我们所关注的时期内的状况。一旦一种情景加以使用，其特性就不会改变，而编码将在指定具体日期之后再运行。我在此仅引述两种情景：
A1.A1的情况和情景族描述了未来世界经济迅猛发展，全球人口在本世纪中叶达到峰值之后下降，并迅速引进更加有效的新技术。隐含的主题主要有地区间的趋同，能力建设，不断增加的文化和社会的互动影响，且人均收入的地区差异大幅缩小。A1情景族分成3组，分别描述能源系统的科技进步的不同方向。A1的3组的技术侧重点不同：化石密集型(AIFI)，非化石能源资源型(A1T)和所有来源的平衡型(A1B)(这里的平衡定义为假设所有能源供给和末端技术进步的速度相似情况下，不会过分依赖某种特定能源资源)。
B1.B1情况和情景族描述的情况与A1一样，是一个趋同的世界，人口在本世纪中叶达到峰值之后会下降，但是，经济结构向服务和信息经济迅速转变，原料密集度减弱，同时引进清洁资源有效技术。这个的重点在于解决全球经济、社会和环境的可持续性，包括推进公平，然而，还没有额外的气候倡议行动。
IPCC的许多工作已对本世纪末做出预测。人们很难相信，六种情景中的任意一种能够充分描述本世纪可能发生的全部事件。例如，像喜马拉雅冰川逐渐消融这样的生态灾难，在缓慢发展，当危机时刻到来时，大量饥荒就会发生。这可能引发世界前所未见的经济、政治和人口空前规模的动荡内乱，还将发生以获取稀缺资源为目的的战争。那时，各国都将动荡不安、分崩离析。人们很难相信这些可以在这六种情景中充分反映。
人类社会及其能源政策进展缓慢，可能以10年为一个时间尺度。那么，预测2030年之前的事最有可能正确。笔者认为，对2030年之后的事做任何预测都令人置疑。