互动科普

2036，气候灾变？

全球温度上升的速率可能达到了一个较平稳的水平，但气候危机仍然可能在不久的将来出现。

撰文 迈克尔 · E · 曼（Michael E. Mann） 翻译 邹立维 审校 周天军

产生这种误解的原因是，数据显示，地球平均表面温度的上升速率在过去10年放缓了。该现象通常被称为“停滞”，但这一描述有些用词不当：温度仍然在上升，只不过没有以前那么快了。在这种情况下，有一个问题变得非常重要：这种短暂的减速，意味着地球在未来会以怎样的方式变暖？

政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）负责回答这类的疑问。根据现有数据，IPCC在2013年9月发布的报告中，调低了对未来变暖的预期。报告每5～7年发布一次，预测全球变暖趋势，对全球气候政策的制定有重要推动作用。因此，即使很小的变化都将引发很多争论，比如地球变暖的速度有多快、我们还有多少时间阻止变暖等。IPCC尚未评价变暖的影响以及如何缓解变暖，这些问题会在稍晚一些发布的报告中完成。我已经完成了一些计算，并认为计算结果可以回答这些问题：如果人类继续以当前的速度燃烧化石燃料，将在2036年达到毁坏环境的阈值。目前的这种“假停滞”现象，为人类多争取了几年时间，让我们可以努力减少温室气体排放，避免全球气候达到阈值。但是，也仅仅是几年而已。

 “假停滞”之争

2001年，全球变暖引起了全世界的关注。IPCC在这一年发表了一张我与合作者共同设计的简图，即后来被大家熟知的“曲棍球杆图”。在这幅图上，球杆大致呈水平状态，且自左向右轻微向下倾斜，表明北半球温度在过去近1 000年（我们回溯的时间尺度）中只有很小的变化。而球杆的尾部则呈向上的状态，这说明自19世纪中期以来，温度突然且史无前例地出现了上升的情形。这张图引起了大众关于气候变化的激烈争论，我也无奈地成为了公众人物。

在2013年9月的报告中，IPCC延长了“曲棍球杆”的时间尺度，并得出这样一个结论：最近的这种变暖情形，在过去1 400年可能都没有出现过。

尽管在过去一个世纪，地球已经经历了前所未有的变暖历程，但为了估计未来的气候还会如何变化，我们需要知道，大气温度会对日渐高企的温室气体浓度（主要是CO2）作何响应——科学家把温度的这种响应称为“平衡气候敏感度”（equilibrium climate sensitivity，ECS）。ECS是衡量温室气体加热效应的常用度量，代表当大气中CO2浓度加倍，且气候达到稳定后，地球表面的升温幅度。

工业革命前，大气中CO2浓度约为280ppm，加倍值约为560ppm。科学家认为，如果人类像现在一样燃烧化石燃料，本世纪后期CO2浓度就将达到560ppm。更严重的是，随着CO2的增加，ECS的值将变得更高，升温将更快。对于给定的化石燃料排放状况，利用ECS可以很快得到地球表面的升温量。

事实上，要得到ECS的确切值是非常困难的，因为变暖受到云、冰和其他因素的反馈机制的影响。不同的模式对这些反馈机制的精确效应有着不同的结论。这其中云的影响最为关键。云一方面能够阻止太阳辐射到达地面，因而具有冷却效应，另一方面它又会吸收地球发出的长波辐射，因而具有升温效应。至于哪种效应起主导作用，这依赖于云的类型、分布和高度——气候模式很难预测这些参数。其他的反馈因素包括：在更暖的大气中的水汽量，以及海冰和陆地冰盖的融化速率。

由于这些反馈因素在本质上是不确定的，IPCC提供的ECS值是一个范围，而不是一个单一数值。在去年9月份的报告——IPCC第五次主要评估报告中，专家们确定的范围是1.5~4.5℃（约为3~8华氏度）。IPCC调低了该范围的下限——在2007年的第四次评估报告中，下限是2℃。调低下限值是基于一个很片面的证据：过去10年，地球表面变暖速度有所放缓了——是的，所谓的“假停滞”。

但包括我在内，很多气候科学家都认为，十年时间太短，不能准确度量全球变暖趋势，并认为IPCC受到了该短期数值的过度影响。此外，对这个“升温放缓时期”的其他解释，与绝大多数表明温度将继续上升的证据并不矛盾。例如，在过去10年中，火山爆发（包括冰岛艾雅法拉火山）的累积效应使地球表面温度的降低程度，可能比大多数气候模型的模拟结果还要强。另外，太阳辐射也有微弱但可测量的减弱，IPCC的模拟计算中亦未考虑。

海洋在吸收热量上的变化，也可能影响全球变暖的快慢。在这10年的后5年中，热带中东太平洋持续为拉尼娜状态，这会使得全球平均温度较常年偏冷0.1℃。较之长期的全球变暖，这是一个小量；但对于10年而言，这就是一个很大的量了。最后，最近的研究表明，北极温度记录的不完整性，会让科学家低估全球的实际变暖程度。

这些似乎还算可信的解释中，没有一个是说，温室气体对气候的影响程度有所减弱。其他的测量结果同样不支持IPCC修改的1.5℃的下限。结合所有形式的证据，ECS最可能的值接近3℃。事实证明，在IPCC第五次评估报告中所使用的气候模式，暗示了一个更高的ECS值：3.2℃。换句话说，IPCC设定的ECS下限对未来地球气候和当前的“假停滞”可能没有多大意义。

然而，为了进行论证，我们暂将这种“停滞”作为真实情况。如果真实的ECS值比先前认为的低0.5℃，这将意味着什么？它是否会改变我们对化石燃料燃烧所带来的风险的评估？地球将会多快达到临界值？

22年后灾难来临？

多数科学家同意，较之工业革命前，升温2℃将危害到所有人类文明：粮食、水、健康、土地、国家安全、能源和经济。如果我们以当前速率排放CO2，“升温2℃”将在何时发生？利用ECS值可以对此给出一个估计。

我最近进行的一项计算是，利用能量平衡模型（energy balance model），通过设定不同的ECS值，来计算可能的未来温度。科学家多用这种模型研究可能的气候变化。利用计算机模型能够得到，不断变化的自然因素（如火山和太阳）、人为因素（温室气体、气溶胶污染物等）会使地表平均温度发生怎样的变化。（虽然受到过各种批评，但气候模型是我们基于物理学、化学和生物学，来描述气候系统运行机制的最佳方式。而且气候模型也得到过实战验证：数十年前的一些模型就准确预测了近些年的气候变化。）

我利用能量平衡模型，在假定温室气体“照常”排放的前提下，预估了未来的气候变化。通过设定不同的ECS值（从IPCC的下限1.5℃到其上限4.5℃），我利用该模型得出多个结果。将ECS设定为2.5℃和3℃得到的温度变化曲线与历史观测结果最为接近。输入太小（1.5℃）或太高（4.5℃）的ECS值，最终得到的曲线与仪器记录到的数据差别很大，这更加证实了这些值是不现实的。

让我感到惊讶的是，我发现当ECS所取的值为3℃时，地球温度的升高幅度将在2036年达到2℃这一危险阈值——距离现在只有22年了。如果考虑更低的ECS值，例如2.5℃，地球温度将在2046年达到阈值，但也只是延后10年而已（见“22年后的危险”）。

因此，即使我们接受一个更低的ECS值，结果也不是全球变暖将停止或者“停滞”。它只是给了我们稍多的时间——可能是非常宝贵的时间——来阻止地球升温达到2℃。

回到20世纪中叶？

这些发现暗示，我们必须要采取一些实际行动，以防止灾难发生。3℃的ECS值意味着，如果要让地球的升温幅度不超过2℃，需要将大气中的CO2浓度保持在远低于工业革命前两倍的水平，大概为450 ppm。但具有讽刺意味的是，如果人类显著减少煤炭使用量，在减少CO2排放量的同时，也减少了大气中气溶胶（如硫酸盐颗粒）的数量，而这些气溶胶可以阻止太阳光的入射。因此，综合这一因素，如果我们要控制升温幅度，就需要将CO2浓度限制在405ppm以下。

我们距离405ppm这个极限值已经不远了。2013年，大气中的CO2浓度曾短暂地达到400ppm，这是有史以来第一次。根据地质证据，这可能也是过去百万年来的第一次。为了避免突破405ppm的阈值，化石燃料的燃烧需要立刻完全停止。而为了避免突破450ppm的阈值，全球碳排放的增加也只能再持续几年，然后必须每年减少几个百分点。这都是非常艰巨的任务。如果ECS值确实是2.5℃，达到排放目标将会稍容易些。

即使这样，还需要考虑相当多的因素。将CO2限制在450ppm以下就可以避免地球温度升高2℃，这一结论只是比较保守地考虑了气候系统中云、水汽、海冰融化等可以快速反馈的影响因素。而美国航空航天局戈达德空间研究所前任负责人詹姆斯·E·汉森（James E. Hansen）等气候科学家认为，我们必须考虑一些更慢的反馈因素，如大陆冰盖的变化。如果考虑这些因素，汉森和其他一些科学家认为，我们必须让CO2浓度回到20世纪中叶的水平 （约350ppm） 才行。这需要广泛推广昂贵的 “空气捕捉”技术，才能有效地将CO2从大气中移除。

此外，升温2℃的安全线也是非常主观的。这一结论只考虑了大多数地区升温2℃后，可能经受不可逆转的气候变化，但破坏性的变化在许多地区已然发生了。在北极，海冰的减少和永久冻土的融化，已对当地土著居民和生态系统造成了严重破坏。在一些低洼的岛国，由于海平面的上升和海水入侵，土地和淡水都在消失。对于这些地区，当前的变暖以及由已排放CO2所致的进一步变暖（至少0.5℃），都将导致破坏性的气候变化。

希望ECS值真的是2.5℃。如果是这样，我们还可以对未来持谨慎的乐观态度。这将激励我们努力改变现状，避免对地球造成不可挽回的损害——也就是说，我们必须转变能源结构，不再依赖化石燃料。

本文译者 邹立维是中国科学院大气物理研究所博士生，主要从事区域气候模式研发和气候模拟研究。

本文审校 周天军是中国科学院大气物理研究所研究员，主要从事气候模拟、海气相互作用和季风变化研究。

（本文译者、审校专家受邀翻译此文，不代表支持原文作者的观点）