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气象记录和计算机模型使可能洞察更温暖世界的某些主要的气象模式。

近些年来人类已发现，他们在获得巨大、然而是不必要的成就方面可能已成功。由于我们人口的增多和技术的发辰，现在似乎很可能我们已开始改变地球的气候。

气候学家相信，在上一个世纪，全球的平均气温已提高约0.5℃。认为这种变暖至少部分原因是由于如发电厂和汽车燃用化石燃料这类人类活动的结果。此外，因为人口、国民经济和技术的采用均在不断增长，所以全球平均温度可望继续增加，到2100年将提高1.0至3.5℃。

这种变暖只是气候变化可能产生的许多后果之一。然而变暖可能影响地球环境——以及因此而影响地球的生命——的方式是属地球科学中最紧迫的问题之列。遗憾的是它们也是属最难预测的问题之列。这种影响将是复杂的，而且各地之间变化很大。特别有趣的是区域气候和局部气象的变化。而且尤其是极端事件——例如创纪录的温度、热浪、特大降雨或干旱一一这些完全可能对社会、农业和生态系统产生惊人的影响。

基于对地球的气象在上一个世纪全球气温如何缓慢上升的研究，以及基于气候的复杂的计算机模型，现在似乎是变暖将伴有区域气象的变化。例如，更持久和更强的热浪——平均温度或每日温度可变性增高的一种可能的后果——会威胁到公共健康，乃至死亡率的空前提高，以及如道路坍方和冷却负荷过高等这类代价高昂的麻烦，后者可能导致电压降低或灯光暗淡。

气候变化也影响降雨和其它降水的模式，一些地区雨量会增多，而另一些地区会减少，改变全球干旱和洪水的模式及发生。同样，降水易变性增大和极端降水情况的增多可能使现有的水质问题和污水处理同题以及其中还包括侵蚀同题和城市暴雨排放问题更加恶化。这些可能性强调了必须弄清人类对全球气候影响的后果。

两条腿

研究人员有两个主要的——和互补的——调查这些气候变化的方法。详细的气象记录可追溯到一个世纪以前，这与在此期间全球平均温度提高约半度相一致。通过对这些测量和记录的研究，气象学家正开始获得极端气候和气象如何发生和在什么地方发生的一幅图象。

真正使科学家们感兴趣的是上述极端气候与总的温度升高之间的关系。这是另一个关键的研究工具——全球海洋大气气候模型——获得应用的地方，这些高性能计算机程序模拟大气和海洋的重要过程，使研究人员得以了解人类活动和主要气候和气象事件之间的联系。

例如，化石燃料的燃烧会提高大气中某些温室气体的浓度，这是可归因于人类的全球变暖的主要作用物质。这些气体(包括二氧化碳、甲烷、臭氧、卤代烃和氧化氮)让日光透过但使地球隔热不让热量散失掉，象温室的玻璃那样。因此，这些气体浓度愈大意味着气候愈暖和。

在人类引起温室效应的所有气体中，二氧化碳对全球热的积聚量(以地球吸收的热量减去辐射到太空中的热量而得)影响最大。引起二氧化碳温室效应的是它的持久性，多达40%的量保持在大气中已达若干世纪之久。不仅是燃烧而且热带森林的砍伐都促进二氧化碳的积累。

人类对地球辐射积聚量的第二个最大影响因素或许是很好地分散在大气中的固体微粒(有时被液膜覆盖)的气溶胶。燃烧也可能产生气溶胶，但是它们还来自天然源，主要是火山。由于阻断和反射日光。气溶胶往往在区域范围和全球范围缓和全球变暖。与二氧化碳相比，气溶胶有较短的大气残留时间(不到一周)，因而是集中在它们的起源地附近。目前，科学家对气溶胶辐射作用没有对温室气体辐射的作用那样有把握。

考虑到温室气体的增加，全球海洋大气气候模型可提供关于我们可能预测气象事件和极端气象有关变化的一些总的指示。然而遗憾的是，即使是最快的计算机的能力和我们对各种大气、气候、陆地和海洋现象的有限认识都限制我们按实际发生的规模去模拟重要细节的能力。例如，云在大气热积聚量中有极大的意义，但形成云并决定其特征的物理过程的运行规模太少不能直接解释全球范围的模拟。

怎样加热和加热频率多大?

计算机模型的缺陷在研究重现或预测各种气候和气象极端事件频率方面变得相当明显。在这些极端事件中，温度是最仔细地研究过的因素之一，因为它对人类(健康和死亡率)以及对冷却负荷和其它因素都有影响。幸好。研究人员已能通过分析数十年的气象数据而获得关于这些极端气象的某些见解。由于统计的原因，甚至平均温度稍微升高也能引起非常温暖天数的大的跳跃（见图2左图）。

极端温度如此难于模拟的原因之一是，它们对异常的环流方式和气团特别敏感，这些可能偶尔会引起它们遵循平均温度相反方向的趋势。例如，在前苏联每年的极端最低温度已升高约1.5度，而每年的极端最大温度却无变化。

美国国家海洋和大气管理局所属的国家气候数据中心已开发一种统计模型。它根据温度-时间曲线的三个特性模拟日最高和最低温度。这三个特性是平均值、它的日方差和它的日与日之间的相关性(此相关性是温度如何持续——例如，一种热天多少时间一次接着是另一种热天——的指示)。给定新的平均值、方差和持续值。模型将设计极端温度的周期和严重性。

它的某些预测值是惊人的。例如，芝加哥表现了周与周之间温度很大的可变性。即使一月份的平均温度上升4℃(这种现象在下世纪末实际上可能发生)而其它两个特性保持不变，低于-17.8℃ (0°F )的最低温度仍然会发生。它们甚至可能一连持续几天。季节初期和末期的冰冻天数也应该有显著的减少。此外不足为奇，在夏季，包括所谓的杀人热浪在内的不舒服的一段炎热天气会变得更加频繁。即使七月份的平均温度只升高3℃，但热指数(包括湿度并计量总的不舒适的一种量度)有朝一日在此月期间将超过49℃(120°F )的概率会从1/20增加到1/4。

由于它们对农业的影响，最低温度的升高是十分有意义的。本世纪后半期在陆地上面的观察表明，最低温度升高的速度比最高温度升高的速度大50%。这种温度升高已延长了美国许多地区的无霜季节；例如在东北地区，现在无霜期开始的时间比五十年代开始的时间平均提早11天。在霜并不非常普遍的地区，无霜季节较长对许多生长的作物是有益的。但这也影响多年生植物和害虫的生长和发育。

最低温度比最高温度以快得多的速度升高的原因仍然难以捉摸。一种可能的解释围绕着已在许多地区增加的云层覆盖和蒸发冷却考虑。云层往往通过反射日光保持白天较冷，而通过抑制地表的热量损失使夜晚较暖和。由于增加降水量和云层覆盖使土壤中的水份更多而抑制了白天温度的升高，因为部分太阳能被蒸发水份损失，更为结论性的答案以及关于白天和夜晚变暖的非对称是否将会继续下去的预报等待着更好的计算机模型。

温度日变化的预测没有平均温度的预测那样可靠，但是观测已表明，在北半球中纬度的许多地方这种变异性随着气候的变暖已有所减少。有些计算机模型也预测到变异性有降低。这种变异性依赖于季节和地点，而且与如地面雪和土壤水分这些地表特征也有联系。在中纬度地区，温度的日变异性的改变也与风暴的频率和强度以及风暴通常经过的途径的位置的改变互相联系。实际上这些风暴轨迹是一系列的向东移动的中纬度低气压，它的流过支配着气象。

这些风暴与温度之间的关系是复杂的。在较温暖的世界，热带与两极之间的温差将最有可能涉及一个较小的范围。因为两极附近可望变得更暖，这种因素往往会减弱风暴。另一方面。大气中这种差异大会被逆转，产生相反作用。如果人类引起的气溶胶继续冷却区域性的地表，风暴的改变也可能发生。同时改变控制风暴轨迹位置的水平温度对比。

更多的降水

风暴与温度型的关系是如此难以模拟气候变化的原因之一。气候的主要问题—温度、降水和风暴一一是如此地紧密联系，以致不可能弄清某一因素不依赖于其它因素。例如，在全球气候系统中，熟悉的蒸发和降水循环不仅把一个地方的水转移到另一个地方去，而且还转移热量。在地表被水的蒸发耗去的热量，当水再次冷凝成云和降水时很大部分释放到大气中，使周围空气变暖，然后大气把这些热量辐射到太空中去而损失掉了。

有或没有附加温室气体，地球吸收相同数量的太阳能并辐射相同数量的太阳能返回到太空中。但有较高浓度的温室气体时，地表被更好地隔热，并能把较少的热量直接从地面辐射到太空中。由于温室气体的效果，地球辐射到太空的热量减少，这意味着温度必须升高以使相同数量的热量被辐射掉。此外随着温度的升高。蒸发量更大，导致全球平均降水量增大，

然而，降水将不是每个地方和全年都增多的。(相比之下，在下个世纪结束时全球所有地区应有更高的温度。)降水的分布不仅由局部的过程决定而且也由蒸发速度和运输水分的大气循环决定。

例如，温室气体增多的结果，大多数模型预测南欧夏季的降水会减少。在这个地区雨量的重要部分来自当地的蒸发，而没有在当地降下的水被愉送到其它地区去了。因此，在较温暖的气候下，春季蒸发量增加会使土壤干操，并使可用于夏季蒸发和降雨的水量减少。

在较大的规模上，大多数模型预测在高纬度地区冬季的平均降水增多，因为来自低纬度地区蒸发增多的水分有更多的向极地运输。自从20世纪开始过度到21世纪以来，北半球高纬度地区降水实际上已增多，主要是在寒冷的季节增多，因为温度已升高。然而在热带和亚热带的陆地区域，在过去几十年期间降水实际上已降低。在整个萨赫勒地区并以向东到印度尼西亚这种情况特别明显。

在北美最北的地区(55度以北)和欧亚大陆，那里的情况一般每年大部分时间远低于结冰以下的温度，在过去几十年里降雪量已增大。在这些地区降雪量很可能会进一步增大。更南的地方，在加拿大南部和美国北部，降雪与降雨之比已下降，然而由于总降水量增大，所以降雪量总的只有很小的变化。在降雪的过渡带，在整个寒冷季节那里的降雪是间歇性的，随着气候变暖，平均降雪量在某些地方完全消失之前将趋向于减少。有趣的是，在1986年之后春季和夏季期间表面的雪覆盖率突然几乎减少10%。雪覆盖的减少已引起中纬度和高纬度地区春季温度升高。

除降水的总量之外，科学家特别对倾盆大雨或快速积水的频率感兴趣，因为它具有重要的实际意义。特大降水可能引起淹没，土壤流失以及乃至丧失生命。在这种频率方面我们预料上会有什么样的变化?

降水的发生是否主要由相对湿度决定，相对湿度是水蒸汽浓度与它的最大饱和值之比。当相对湿度达到100%时，水凝结成云，就有可能降水。计算机模型表明，相对湿度的分布将不会象气候变化那样大。

但是随着温度的升高，空气中必须达到饱和的水蒸气浓度迅速增加，即为每摄氏度增加约6%。因此在较温暖的气候下，降水的频率(与相对湿度达到1000%的频率大小有关)将比降水量(与那里空气中有多少水蒸气有关)的变化小。此外，不仅是越温暖的世界雨量越多，而且平均降水过程也很可能越多。

各种分析已支持强度增加的概念。例如在美国，平均约10 %的年总降水量是以如此猛烈的倾盆大雨的形式降落，一天至少降50毫米。在本世纪初这种倾盆大雨的比例不足8%。正如难以置信的是，似乎由于所有这种降水，在北美、南欧和其它几个地区的土壤实际上在未来的几十年里可望变得更干燥。干燥土壤具有特别重大的关系，因为它对如作物产量、地

下水资源、湖泊和河流生态系统乃至对直到建筑的地基都有深远的影响。较高的温度由于增加蒸发速度和通过植物的蒸腾作用而干燥土壤。几个模型现在设计出了干旱严重度的显著增加。但是，使这些预测得以缓和的是对本世纪期间干旱频率和强度的研究，这表明至少在全球变暖的早期阶段，其它因素已压倒了气候变暖的干旱效应。例如，在美国和前苏联在过去几十年里云覆盖的增加已导致蒸发的减少。在俄罗斯西部，实际上土壤水分已增加。

暴风雨频发的气候

虽然干旱和热浪的代价很高，但它们不如另一种极端气候——热带气旋——那样明显。在大西洋称作咫风而在北太平洋西部称作台风的这些风暴对海岸地区和热带岛屿能够造成巨大的损失。当气候变暖时，科学家预测到随地区而异的热带气旋活动的改变。并非所有的后果都是负面的;在一些相当干燥的地区，热带气旋对降雨的作用是关键性的。例如，在澳大利亚西北地区20-50%的年降雨量与热带气旋有关。然而一次强大气旋所造成的损失可能的确是惊人的。1992年8月，那次安德鲁飓风在加勒比海地区和美国东南海岸有54人死亡，25万人无家可归并造成价值达300亿美元的损失。

对温室效应增强可能产生的影响，初步讨论往往表明更频繁的和更强烈的热带气旋。由于这些风暴取决于供应无限水分的温暖的表面，它们仅在表面温度至少为26℃的洋面上形成。因此，根据推理，全球变暖将导致海洋温度的升高，或许会导致更多的热带气旋。

可是新近用气候模型和历史数据研究表明，这种前景是过分简单了。如大气浮力、风流动的不稳定性和风速在不同高度的差异(垂直风切变)等其它因素在风暴的演变中也起着作用。可是，气候模型除使能够获得这相当广泛的见解之外，还被证明在预测气旋活动变化方面的有限应用。部分问题是这种模拟仍不足以详尽地模拟气旋的极强内核。

历史数据仅稍微有用，因为它们也是不完整的。不可能建立整个20世纪热带气旋变异性的可靠的全球记录，因为在热带地区观测系统(如六十年代末期引进卫星)和人口都在变化。然而有关于北大西洋气旋活动的很好的记录，在那一地区自四十年代起气象飞机就已在搜索。国家海洋大气署大西洋海洋和气象实验室的Christopher W .Landsea已证明飓风强度减弱，且飓风总数也已减弱。从1991至1994年在风暴、飓风和强飓风的频率方面是十分平稳的；甚至不平常的1995年的强烈季节也不足以逆转这种下降的趋势。也应当指出，在太平洋西北部台风数已增多。

总之，在全球范围内热带气旋将显著增加似乎不可能。在一些地区，活动可能上升，在另一些地区它将减少。此外这些变化将在一年与一年和十年与十年的大的自然变化的背景下发生。

中纬度的气旋伴有所谓的超热带风暴和大雨，一般比热带气旋延伸的面积更大，因此是更容易模拟。已作了少数研究。近来英国气象局哈德利中心的Ruth Carnell及其同事所作的一项研究发现,在增强温室条件下北大西洋的风暴较少但强度更大。可是这些模型不完全一致。

历史数据的分析也未得出明确的结论。一些研究表明，自八十年代末以来。北大西洋冬季的风暴活动比上一个世纪所曾出现过的更为极端。在过去几十年里，北大西洋北半部有风大、浪高的趋势。德国汉堡马克斯、普朗克气象研究所的Hans von Storch及其同事所作的其它分析未发现北海风暴数量变化的证据。总之，正如热带气候那样，可获得的信息表明，几乎没有理由可预言全球超热带风暴的增加，但区域性变化不能被排除在外。

未来

虽然这些多种的空白意味着我们对气候系统的认识是不完全的，但比较证据表明，人类活动对全球气候已产生了可辨别的影响。未来，为了减少关于人类活动引起的气候变化(特别是在小范围内)的不可靠性。必须改进我们的计算机模拟能力，同时继续作出详细的气候观测。

如全球气候观测系统这种新的开端以及各种重要气候过程的详细研究将帮助对气候系统的认识，这正如功率越来越大的超级计算机将有助于这种认识一样。但是气候系统是复杂的，而且突然事件将会发生的机会总是有的。北大西洋洋流能够突然改变。例如引起欧洲和北美东部气候的迅速变化。

影响我们对人类引起气候变化的预测和我们的最大不确定性的预测的因素之一是未来全球温室气体，气溶胶和其它相关作用物的排放量。确定这些排放物远不止是科学家的一项任务：它是人类的选择问题。

〔朱继云 译 巨浪 校）