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    极端天气与全球气候变暖

    作者:admin 更新时间:2019年03月20日 14:45:00

      2010年,世界上多个地区出现了破纪录的极端天气气候?#24405;?#36825;些极端?#24405;?#32473;多国人民造成了大量的生命和财产损失。年初,北半球中高纬度的一些地区出现了极端严寒和暴风雪天气;春季,我国西南地区出现了历史罕见的?#29616;?#24178;旱,我国北方大部分地区则出现了少有的低温天气;5月初以来,包括中国在内的北半球一些地区相继遭受高强度的高温热浪袭击;7月,印度季风带来的暴雨导致印度河出现110年以来的最高水位,巴基斯坦发生最?#29616;?#30340;洪涝灾害,超过1600多人死亡,4000多万人受?#25509;?#21709;,几乎占巴基斯坦总人口的三分之一。


      2010年出现的这些极端天气气候?#24405;?#20855;有范围广、强度大、致灾重的特点。


      全球变暖惹的祸?


      2007年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的第四次气候变化评估报告指出,由于全球变暖,已经观测到包括干旱、强降水、热浪和热带气旋强度在内的一些极端天气气候?#24405;?#30340;出现频率和强度发生了变化,未来将有可能出现更多更?#29616;?#30340;极端天气气候?#24405;?#22312;全球气候变暖的背景下,高温热浪?#24405;?#23545;气候变暖的响应尤为突出,特别是自20世纪90年代以来,全球范围内极端高温热浪?#24405;?#26356;是频繁发生,部分地区甚至年年都遭受高温热浪袭击,如?#20998;?#26497;为罕见的在2003年、2006年、2007年和2010年接连出现高强度的高温热浪。美国在过去的近10年内出现的创纪录的高温天数是创纪录的低温天数的两倍以上。


      2010年在全球各地出现的高温热浪、洪涝灾害事实似乎也从一个侧面佐证了IPCC的评估结论。在全球气候变暖的大背景下,极端天气气候?#24405;?#20026;何频繁出现?


      以气温的变化为例,如果某一地区的气温变化在多年平均条件下呈正态分布,那?#21019;?#27010;率论上来讲,在平均温度处的天气气候状况出现的概?#39318;?#22823;,偏冷和偏热天气出现的概率较小,极端偏冷或极端偏热天气出现的可能性更小。但是,由于全球气候变暖,该地气温的平均值增加了,这时偏热天气出现的概率将明显增加,并?#20197;春?#23569;出现的极热天气?#37096;?#33021;会频繁出现,破历史纪录的极端高温等极端?#24405;?#20063;有可能会发生。如果气温变化的波动范围保?#26893;?#21464;,则这?#26234;?#20917;下偏冷天气出现的概率会减小,不大可能出现极端偏冷天气;但如果气温变化的波动范围也增大了,那么极端偏冷天气仍然有可能出现,只是出现概率会比以前减小。


      对于强降水的出现与全球气候变暖的关系,从气象学原理上可以这样解释?#27827;?#20110;全球变暖使得地表气温升高,较高的温度引起水分蒸发加大,致使水循环速率加快,导致更多的降水在更短的时间内出现,这就有可能增加大暴雨等极端降水?#24405;?#20197;及?#26893;?#22320;区出现?#29616;?#27946;涝的频率。另外,由于植物、土壤、湖泊和水库的蒸发加快,水分耗损增加,再加上气温升高,一些地区将遭受更频繁、更持久或更?#29616;?#30340;干旱。


      质疑之声


      虽然大多数的科学家都非常认可IPCC第四次评估报告中关于全球气候变暖的结论,仍然有一些科学家对IPCC评估报告提出质疑。


      首先,一些科学家质疑全球变暖的趋势是不是仍然存在。2008年初我国南方地区出现?#20013;?#30340;低温雨雪冰冻灾害;2009/2010年入冬以来北半球的北美、?#20998;?#21644;东北亚等地气温异常偏低,冰雪灾害频发,这使得有人认为,全球气候变暖的总体趋势已经停止或发生了逆转,未来全球气候甚?#37327;?#33021;会转而进入一个微冰河期。根据英国《每日邮报》2010年1月10日的报道,包括气候学家拉蒂夫(Latif)在内的多位气候变化研究领域的权威科学家宣称,英国当时的异常严寒天气仅仅是全球气候变冷趋势的开端;目前全球气候已经进入了一个“寒冷模式?#20445;?#20840;球气温将呈现下降趋势,而且这一趋势至少会?#20013;?0~30年。由于海洋中的海水温度变化具有60~70年左?#19994;?#33258;然循?#20998;?#26399;,他们认为海水温度的这?#32959;?#28982;变化可能对全球气温形成比预期要大的影响,海洋的周期性变冷可能会抵消一些全球变暖的效果,这可能导致对进入新世纪以来全球变暖效应的抵消,使全球变暖的趋势停止。


      其次,一些科学家认为太阳活动等自然因子才是近百年来全球变暖的主要原因,人类活动并不能解释观测到的全球变暖。他们认为,IPCC报告中气候模式所显示的温室气体浓度升高和全球平均温度变化之间的一致?#28798;?#35201;是通过调整计算机气候模式中的物理参数得到的,但这些物理参数的调整具有很大的随意性。另外,二氧化碳浓度和温度的相关性并不高,因此也不能支持是二氧化碳浓度升高引起温度变化的结论,如20世纪40年代之前二氧化碳浓度的上升并不迅速,但全球气温?#21019;?#22312;_个变暖阶段;1940~1975年间二氧化碳浓度上升迅速,但这一时期的温度却在下降。IPCC的评估报告则认为,工业化革命以来太阳活动造成的直接辐射强度要比人类活动所造成的小一个量级,太阳活动在这一时期的气候变化中所起的作用很小。IPCC认为,如果仅考虑太阳活动等自然因子的作用,气候模式无法模拟出20世纪中叶以后的全球变暖;只有同时考虑了自然因子和温室气体的作用,才能够模拟出全球气候的变暖趋势,从而证明了近50年的全球气候变化主要是人类活动引起的。


      由于IPCC得出人类活动导致全球气候变暖的主要证据来自于计算机模式对气候变化的模拟结果,因此还有一些科学家对计算机气候模式的可靠性提出了质疑,他们认为计算机气候模式的结果并不可信,这主要表现在以下四点:第一,气候模式没有考虑太阳变暗和变亮的影响,如1985年前到达地球表面的太阳辐射较少(全球变暗),1985年后到达地球表面的太阳辐射较多(全球变亮)。但是,当前的计算机气候模式对此并没有考虑。第二,气候模?#35762;?#33021;真实地模拟云和气溶胶的作用。各?#26893;?#21516;模式的模拟结果之间之所以会存在很大的差异,主要就是由于不同的模式对云的处理和云参数化方案的选择不同。由于人类活动主要集中在北半球,这使得北半球比南半球分布着更多的硫酸盐气溶?#28023;?#20174;理论上讲由于气溶胶的“阳伞效应”使得一部分太阳辐射?#29615;?#23556;回太空,因此北半球的变暖幅度应该比南半球更小,但观测结果恰恰相反,北半球的变暖幅度远高于南半球,这说明气候模式所模拟的温度变化趋势在纬度分布上的观测结果并不一致。第三,气候模式对区域尺度方面的气候变化,特别是对区域尺度上降水变化的预测非常差,有时不同的气候模式对同一区域降水变化的模拟结果可能会完全相反,因此不能依靠计算机气候模式对区域气候变化进行可靠的预测。第四,计算机气候模式也不能解释许多观测到的气候特征,如极区温度变化,特别是南极的温度变化趋势与理论计算值?#29615;?/p>


      全球变暖仍将?#20013;?/p>


      事实上,现有的观测证据表明,全球气候变暖的总体趋势并未停止或逆转,未来全球气候?#20013;?#21464;暖的趋势还将?#20013;?#19979;去。由于近百年来全球地表平均气温的变化并不是?#27605;?#24335;上升的,人们平时所感知到的气候变化?#23548;?#19978;是气候的趋势性变化与年际、年代际波动共同影响的结果,在全球气候以变暖为总体特征的变化趋势下并不排除在个别区域或个别时段出现气温下降的情况。例如,过去近百年来我国的全国地表平均气温升高了约1.1℃,但同期我国西南地区(包括云南东部、贵州大部、四川东部和重庆等地)却降低了0.45℃。又如,2010年4月全球地表平均气温比常年偏高0.76℃,为1880年以来同期的最高值,但我国陆地平均气温比常年同期偏低1.2℃,是1961年以来的最低值。因此,应当从全球范围和长时间尺度上来科学认识全球气候变暖。变暖并不意味着全球地表平均气温一定要一年比一年高,也不意味着地球上所有地区同步发生同样幅度的变暖现象。在全球气候呈现总体变暖的趋势下,在个别地区仍然会有可能出现个别较冷的时间段,但出现的次数会更少,冷的程度也不会那么剧烈。例如,2009~2010年的冬季,由于北极地区异常偏暖,暖空气进入加拿大,将冷空气向南?#24179;?#21152;拿大人度过了一个暖冬,但美国大西洋沿岸地区的天气则变得极端寒冷多雪;与此同?#20445;?#20854;他一些地区则炎热得异乎寻常。因此,虽然个别地区或个别年份都有可能经历最冷或最热的天气,但作为一个整体,全球气候在最近的30年里一直沿着?#20013;?#21464;暖的趋势在发展。


      根据美国国家海洋大气管理局(NOAA)的最新观测资料,IPCC第四次评估报告发布以来的这3年(2007~2009年)全球平均气温也都处于有仪器记录以来的最暖10年之列,2010年3~6月是1880年以来最暖的几个月份,其中2010年6月是1985~3月以来连续第304个比20世纪平均温度偏高的月份。从今年的观测事实来看,2010年很有可能是1850年以来最热的年份。


      目前,大气中温室气体二氧化碳的浓度仍然在以每年2个ppm左?#19994;?#36895;度增加,2010年6月二氧化碳浓度已经超过392ppm;并且,由于海洋的热惯性作用,即使大气中温室气体的浓度能够保持稳定,未来一段时间内全球的气温仍然会继续上升。


      难以准确预测的气候变化


      大家都知道,在天文学中像日食、月食等天文现象?#24378;?#20197;提前很多年就准确预报出来的,在海洋科学或水文科学中像是?#27605;?#27946;峰?#20154;?#25991;现象?#37096;?#20197;提前作出准确预测,但对气候变化,人们?#26149;?#38590;提前准确预测,只能预估出一个大致的趋势。


      这是因为,在天文学中,太阳、地球和月球的运动是都可以作为一个质点来处理的,这些质点之间仅通过万有引力发生作用,万有引力的大小又仅取决于它们本身的质量和它们相互之间的距离;因此,决定这些质点运动状态的控制方程就非常简单,提前很多年就可以准确预测它们的运动状态。海洋中的海水流动虽然不能简单地作为质点来处理,但海水的运动也是遵从流体力学原理的,在已知的外力(如月球、太阳的引潮力)作用下,其运动状态也是容易预测的。


      大气的运动就完全是另外一回事了。虽然大气从?#23616;?#19978;看也是流体,但它是气体,气体?#24378;?#21387;缩的(遵从气体状态方程);大气的组成中除了成分相对稳定的氮气、氧气等气体外,还有状态多变的水汽,水汽在大气中存在多达几十种的相变方式,通过不同的相变来成云致雨,这些?#23395;?#23450;了大气运动状态的控制方程组会非常复杂,再加上大气所受到的外力也是难以准确预测的,因此人们不可能通过风洞或水槽之类的实验设备来研究气候变化,只能通过计算机气候系统模式来模拟和预测。


      就目前的科学发展水平来看,计算机气候系统模式是最重要的气候预测和预估工具,气候系统模式本身以及利用模式来预估未来气候变化的趋势?#38469;强?#38752;的,但却难以提前对气候变化作出十分精确的预测。


      因为气候系统从?#23616;?#19978;看是一个混沌系统,这决定了它的运动状态存在一个可预报的时间尺度,超过这个时间尺度之后,由于混沌系统内非线性的误差增长会超过初始信号的强度而使预测结果失去意义。发现大气具有混沌特性的洛伦?#20173;?#32463;打过一个比喻:南美的一只蝴蝶拍一下翅膀,其产生的气流扰动经过放大,最后会引发纽约的一场风暴。也就是说,即使初始误差很小,这个误差经过非线性放大,最后也会达到惊人的地步。


      另外,对于混沌系统的预测同样具有不可重复性,即使是在相同的初?#32487;?#20214;下采取同样的计算方法和计算步骤,最后得出的结果也是不会完全相同的。这好比一个人在高山上滑雪,虽然他每次?#38469;譴由?#39030;的同一个位置滑下来,但到达?#38477;?#30340;位置每次?#38469;?#19981;同的。


      此外,地球的大气还受到大气以外的其他因子变化的影响,这些系统目前并没有被我们很好的认识,因此,在气候研究和模拟中要对未来气候状况作出像日食、月食或?#27605;?#39044;报等那样精确的长期预测几乎是不可能的。


      让时间来检验


      2010年2月23日,国际科学理事会(ICSU)发布了一份关于围绕IPCC第四次评估报告争论的声明,声明认为IPCC评估报告?#20174;?#20102;当前对有关气候系统、演变过程以及未来预估的科学认识,肯定了IPCC评估报告是国际社会前所未有的、最全面的关于气候变化的科学评估结论。5月7日,美国《科学》?#21448;?#20063;刊登了255名美国科学院院士联名发表的公开信,信中对IPCC的评估结论给予明?#20998;?#25345;,并指出科学结论总会?#24515;?#20123;不?#33539;?#24615;,科学?#28061;?#19981;能绝对地证明任何事情;但最近的这些?#24405;?#19997;毫没有改变有关气候变化的根本结论。


      气候变化是一门科学,其正确与否需要经过时间的检验。这让人们想起了有关爱因斯坦的一个故事,据说爱因斯坦的相对论发表以后,有100个教授签名联合反对相对论;爱因斯坦知道后说:如果能证明我错了,一个教授就足够了。


      从这个意义上说,时间,也将会成为检验全球气候?#20013;?#21464;暖论断正确与否的标准。尽管如此,面对频繁出现的极端天气气候?#24405;?#25105;们需要迅速行动起来,采取措施来降低气候变化对人类的威胁。


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      “全球变暖”35年


      35年前,也就是1975年8月8日,美国著名的气候学家、地球化学?#19968;呈?布勒克教授在《科学》?#21448;?#21457;表了题为“我们是不是处在全球变暖的紧要关头?”的文章。在文章中他预测,地球即将转入由于二氧化碳增加导致的全球变暖期。这篇文章的发表正式宣布了“全球变暖”概念的诞生。


      布勒克教授提出全球变暖概念的时候,全球已经历了30多年的温度下降。令人吃惊的是,在此文章发表后,全球温度就奇迹般地升起来了。当然,这并非“奇迹?#20445;?#21482;是他在掌握了基本物理规律的基础上,作出的相对准确的气候预报。


      35年来,通过众多科学?#19994;?#21162;力,人类对于气候变化机理研究取得了相当大的进展。?#28909;?#22312;布勒克教授的文章中,他并没有考虑其他温室气体(甲烷、一氧化氮等)和气溶胶等对气候变化的影响,而现在科学家对两者的作用已经有了量化的估计。海洋、冰盖以及陆地植被等对气候变化的影响也逐步被考虑进?#30784;?#21516;?#20445;?#30001;于对气候变化机理认识的?#30001;?#20197;及计算机计算能力的提高,现在使用的各种数?#30340;?#24335;比之当年也有了很大的发展,其结果的可信性也越来越高。作者:?#35780;?/p>

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