氣候變暖我們知道的和我們不知道的

方陵生

對于我們來說，地球氣候有著許多不解之謎，只要想一想地球表面和大氣層中每天都在進行中的復雜的物理、化學和生物學上的變化，以及這些變化之間的相互交叉作用，其復雜難解也就不足為怪了。盡管如此，我們對氣候也并非一無所知，還是能夠了解到其中的一些變化趨勢，比如地球正在變暖，而人類活動是造成氣候變暖的最大因素。那么，地球氣候變暖的速度有多快？對全球以及局部地區會產生什么樣的影響？這些變化將如何影響地球生命？對于所有這些，我們又知道多少呢？

在本文中，有關專家將就我們所知道的和我們所不知道的“氣候變暖”這一熱門話題進行詳盡的分析和闡述。

我們知道：溫室氣體正在令地球變暖

從冰川融化到春天提早到來，從林木線上移到動物遷徙，一條條證據都在告訴我們：地球溫度在上升，地球在變暖。僅在20世紀，地球平均溫度就上升了0.8 ℃。

導致地球溫度上升的原因不外乎有兩種：較多熱量抵達地球表面，較少熱量從地球散逸出去。第一種可能性可以排除：每年隨著四季變化，陽光給地球帶來的熱量變化幅度只有0.1%左右，衛星數據顯示，太陽抵達地球的總熱量并沒有隨最近幾十年里全球氣溫急劇變暖而增加。那么只剩下第二種可能性了：較少熱量從地球散逸出去。

地球散逸出去的熱量變少是由多種原因造成的，其中之一就是二氧化碳等溫室氣體的大量排放。溫室氣體吸收了大量本應散逸到太空中的輻射熱，并將其中一部分熱量反射到地球表面和低層大氣。大氣中的溫室氣體越多，意味著能夠逃逸到太空中的輻射熱越少，地球也就變得更暖。

對地球以往氣候變化史的研究表明，當二氧化碳水平上升時，地球就會變暖。在工業革命發生的19世紀里，大氣中二氧化碳濃度從280 ppm（ppm，百萬分之一）增加到了380 ppm。如今衛星監測數據表明，二氧化碳和其他溫室氣體大量吸收了某些頻率的紅外輻射熱，逃逸到外層空間的紅外輻射熱比以前更少，而反射到地球表面的這些頻率的紅外輻射熱則比以前更多。雖然影響地球氣候的因素有很多，但許多證據都表明，二氧化碳排放增多是近年來地球氣候持續變暖的最主要原因。

我們不知道：溫室氣體濃度將達何種程度

除非我們知道大氣層中的溫室氣體濃度最終會增加到何種程度，否則我們無法預測未來幾年地球溫度會上升多少。

在全球氣候變化中，人類是最大的不確定因素。如果我們從明天開始就大幅減排，二氧化碳濃度也許不會超過400ppm，但這一點幾乎做不到。事實上，只有少數國家做出了減少溫室氣體排放的承諾，其中不包括美國等最大的溫室氣體排放國，而一些做出承諾的國家也并沒有信守承諾，還在建造更多的火電廠。目前溫室氣體排放情況接近于聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）所預測的最糟糕情景。如果人類不立即采取果斷措施，而是繼續我行我素，那么到2100年時，二氧化碳濃度可能達到1000ppm，甚至更高。

另一個不確定因素是地球本身的反應。到目前為止，海洋吸收了大氣中人類排放二氧化碳的1/3，但我們可以預料，這個緩沖效應會漸漸減弱。現在，暖水海洋溶解二氧化碳的能力正在下降，雖然我們不知道確切的原因，但生物活性變化也許是原因之一。如果這一自然反饋機制持續下去，人類需要更大力度的減排行動才能抑制地球變暖。

在地球的永久凍土層、泥炭沼澤和海底甲烷沉積層中封存有大量溫室氣體，我們不知道這樣的存儲量有多大，不知道凍土層融化會達到什么程度，不知道泥炭沼澤會干涸衰退到何種程度，也不知道海水變得多暖時，會從甲烷水合物中觸發釋放出大量甲烷。甲烷是一種比二氧化碳威力更強的溫室氣體。

由于所有這些風險都難以進行量化估測，IPCC在考慮氣候變化未來形勢時，在很大程度上對這些因素忽略未計。最壞的情況是，即使我們大幅度減排，二氧化碳濃度仍然會持續升高。在應對全球變暖中，行動越晚，遏制全球變暖的效果將越差。

我們知道：大氣中的污染物給地球降溫

我們將各種物質排放到大氣中，一氧化二氮（俗稱笑氣）和氟氯化碳（俗稱氟利昂）也像二氧化碳一樣令地球變暖。煤煙通過吸收熱量令溫度升高，但同時也形成一道遮蔽屏障，給地球表面帶來降溫效果。大氣中的其他一些污染物質將太陽熱量反射到太空，也在一定程度上起到讓地球表面降溫的作用。

大型火山噴發會向大氣中排放大量二氧化硫，給地球帶來降溫效果，如1991年菲律賓的皮納圖博火山爆發之后的一兩年間，地球溫度就明顯降低。但是，與二氧化碳不同的是，二氧化硫產生的降溫效果非常短暫，因為大氣中的二氧化硫會形成微小的氣溶膠液滴，很快隨雨水消失。

人類燃燒含硫化石燃料，極大地增加了大氣中二氧化硫的濃度。在20世紀40年代到70年代之間，極高的二氧化硫污染抵消了二氧化碳造成的溫室效應。但是，隨著西方國家為遏制酸雨減少了硫污染物質的排放，地球大氣層逐漸失去了這一平衡效應，地球重新開始變暖。

到2000年，硫排放量又開始增加，這在很大程度上是因為建造了更多的火電廠。在為這些火電廠安裝脫硫設備，使二氧化硫排放量降低之后，地球將加速變暖。

我們不知道：污染物質的冷卻作用有多強

有的污染物可以在大氣中形成微小的氣溶膠液滴，而這些小小的污染物質產生的影響異常驚人。二氧化硫氣溶膠能夠反射多少熱量受到多種因素的影響，包括氣溶膠液滴的大小及在大氣中的高度，是在夜晚還是在白天，處于哪個季節，等等。

氣溶膠對云層也會產生很大的影響。例如，氣溶膠液滴的存在令云層變得更明亮，從而將更多熱量反射到太空中去。但是，氣溶膠存在的時間極短，通常不像二氧化碳那樣在大氣中均勻分布，而是傾向于以污染物質為中心聚集在一起。

正因為如此，二氧化硫等污染物質給地球帶來的降溫效果有著很大的不確定因素，而且隨著二氧化碳排放量的增加，這些不確定的降溫效果顯然也會被抵消。如果大氣中氣溶膠的降溫效果強過人們的預想，那么當氣溶膠濃度降低之后地球將加速變暖。

我們知道：地球將變得更熱

在一個無水無生命的星球上，大氣中的二氧化碳濃度增加一倍，星球上的溫度將升高1.2℃。但在地球上，情況則要復雜得多。

我們先來看看水的作用。水蒸氣也是一種威力強大的溫室氣體，隨著溫度升高，大氣中所蘊含的水蒸氣將增加，而當更多的二氧化碳進入濕潤的地球大氣層后，溫室效應就會迅速增強。

這還不是唯一的正反饋效應。積雪層和海冰可起到將陽光反射回太空的作用，而溫度升高令積雪層和海冰迅速融化，導致地球大氣層吸收更多的熱量，使地球變得越來越暖。在較長的時間跨度里，地球植被的變化也將對熱量的吸收產生影響，而陸地和海洋將釋放更多的二氧化碳，而不是吸收熱量。經歷千萬年時間，地球冰蓋可能大面積融化，進一步降低地球的反射率。除非發生超級火山爆發這樣的災難，地球將會變得非常溫暖。

我們不知道：地球究竟會變得多熱

如果大氣中的二氧化碳濃度增加一倍，地球會變得多熱呢？一種方法是利用計算機模型來預測種種復雜因素對氣候變化產生的結果，另一種更為可靠的方法是參照最近數百萬年來二氧化碳濃度變化對地球氣候的影響。

IPCC的預測是，如果二氧化碳濃度增加一倍，地球溫度將至少升高2℃。大部分研究則指出，地球溫度也很有可能升高3℃。還有一些研究認為，地球溫度升高有可能達到6℃甚至更高。

預測數據為什么會出現如此大的差異？原因之一是氣候模型只包括短期內的“快速”反應，而古氣候研究還包括影響地球氣候的長期反饋因素，如冰蓋的變化。如果這些研究結果與真實情況相接近，那氣候模型有可能較為精確地告訴我們未來幾十年里地球氣候將會變得多暖，但對未來幾個世紀甚至更長時間的溫室效應顯然會估計不足。

正因為氣候模型存在缺陷，我們甚至可能低估短期內（到2050年或2100年）溫室效應對地球氣候的影響。一些研究表明，根據氣候模型，海洋吸收熱量的速度比產生熱量的速度更快。還有一些研究表明，云層可能產生的正反饋比氣候模型預測的更多。由于無法確定某些氣溶膠對地球的降溫效果，以及溫室效應的真實影響，這些問題也無法得到確切的答案。

根據最近的研究，如果我們能在2050年之前將溫室氣體排放減少80%，將有50%以上的機會實現將地球氣溫限制在比工業時代高2℃的目標。但隨著一些大國溫室氣體排放量增加，這一目標看來很難達到。從現在地球氣候變化趨勢來看，到2060年，地球氣溫上升幅度有可能超過4℃。如果“氣候敏感性”高過我們的預期，或者二氧化碳排放量高于IPCC預測的最糟情況，那么我們可能還是低估了地球變暖的嚴峻形勢。

我們不知道：氣候變暖對全球各地區會有何影響

即使地球平均氣溫只上升2℃，仍然會引起相當劇烈的變化。哪些地方將會變成熱帶天堂？哪些地方將會變成讓人不堪忍受的過于潮濕之地？哪些地方將會變成沙漠？未雨綢繆，我們有必要了解這些情況。

但遺憾的是，我們對此并不清楚，我們只能有個大致的估計：熱帶地區會擴大，氣候將變得更潮濕，而熱帶地區之外南北兩半球的干燥地區將會變得更加干燥，并有逐漸向兩極地區擴展之勢，高緯度地區會變得更溫暖潮濕。至于更詳盡的細節，人們很難達成一致看法。問題在于，我們并不清楚人類對未來氣候變化會做出怎樣的反應，也不清楚到2100年亞馬孫雨林還會剩下多少，雨林的破壞又會對當地降雨和溫度變化造成多大的影響。

現在的氣候模型將大氣層分為幾大塊，如果要分地區進行氣候預測，就需要對氣候模型進行“放大”處理，或者分別建造地區模型。此外，在預測一些對地域氣候有著重大影響的自然現象時，現在的氣候模型很難勝任。例如，大西洋水循環給歐洲西部帶來了溫暖的氣候，如果這一水流循環速度放緩甚至完全停下來，南半球就會變得更熱，而美洲東北部和歐洲地區就不會像往常那么溫暖了，亞洲地區的雨季也有可能不會如期到來。如果不能把握這些情況，我們對地區氣候變化的預測與實際情況就可能大相徑庭。

我們知道：海平面將會上升許多

如果海水變暖，海洋就會膨脹，陸地上的冰融化或滑落海中，也會使海平面上升。如果格陵蘭島和南極大陸所有的冰層都融化的話，海平面將上升60米以上。

如今地球正處于冰期末期的較暖時期。在過去50萬年里，地球曾經有過幾次相對較為溫暖的間冰期，那時氣溫比現在高約1℃，海平面比現在高約5米。300萬年前的地球氣溫比過去幾千年的平均氣溫高1～2℃，海平面比現在高至少25米。

對過去幾百萬年地球氣溫變化與海平面關系的研究表明，地球氣溫每升高1℃，海平面大約上升20米。這意味著，如果地球溫度上升2℃，海平面的上升將達到令人擔憂的程度，至于海平面隨著氣候變暖將會上升到何種可怕的程度，這要取決于大冰蓋在氣候變化過程中的融化速度有多快，這又是我們不知道的一個大謎團。

我們不知道：海平面上升會多快

如果大冰蓋融化是一個非常緩慢的過程，這一過程有可能持續幾千年，我們也許在海平面上升超過幾米之前，還有充分的時間給地球降溫；但如果大冰蓋對氣候變暖反應迅速，我們的后代就有可能生活在一個海岸線與如今大不相同的地球上。

我們還有多少回旋的余地來挽救地球？基本上難以預料。了解過去冰川融化的歷史事件并不能對我們有多少幫助，冰川融化可以非常迅速。在上一個冰期，冰蓋消失導致整個北美洲被海水覆蓋，每百年海平面上升1米以上。格陵蘭島的冰蓋是否也會以如此快的速度融化？我們現在無法確定。

為了精確地預測海平面上升的速度，我們首先要知道地球會變得有多熱，但正如前文所討論的那樣，我們并不清楚，也無法確定地球氣溫會上升多少。其次，我們還需要知道地球多增加的熱量中有多少會傳遞到冰蓋。不久以前，人們認為空氣變暖是冰蓋融化的主要原因，但現在看來，海水溫度升高對冰蓋融化似乎已經產生了重要的影響。

這顯然是個壞消息。與變暖的空氣相比，變暖的海水融化冰層的速度更快。暖流會融化對陸冰起到屏障作用的漂浮在海水中的冰架。更糟糕的是，像南極西部這樣的地區，冰蓋覆蓋著的陸地低于海平面，冰層融化后，將直接淹沒在溫暖的海水中。

IPCC最近預測，氣候變暖令大氣中水汽增加，降雪增多，21世紀南極大陸冰蓋會增長。但是，地面景象與預測的看起來卻完全不同。衛星監測顯示，南極大陸和格陵蘭島的冰層正在大量消失，其融化速度也在加快。如果目前的趨勢繼續下去，僅因為冰層融化，到2100年，海平面將上升0.5米。綜合全球各地的情況，許多冰川學家認為，到2100年，海平面可能至少上升1米。對一些小島國家來說，這可是個非常糟糕的消息。同樣，對于如倫敦、紐約和上海等大城市，以及如荷蘭、孟加拉國和美國佛羅里達州等人口稠密的低洼地區來說，也都是危機。

一旦冰川融化，強烈的正反饋作用開始啟動，形勢將會變得更加糟糕，隨著冰蓋融化，冰面下降到更溫暖的空氣層中，冰層融化加速，海平面會以更快的速度上升。

我們不知道：全球變暖對地球生命的威脅有多大

如果我們有足夠的時間去適應，那么一個二氧化碳濃度更高、氣候更加溫暖潮濕的地球將更有利于地球生命的蓬勃發展。但問題是，對于今天的動植物和人類來說，早已適應了地球在過去幾千年里異常穩定的氣候。如今，地球氣候正在迅速變暖，有可能達到比過去幾百萬年中任何時候都更熱的程度，而在我們可以預見的未來，地球氣候將非常不穩定。

這對于地球生命來說，是一個巨大的挑戰。許多物種為了找到一個溫度條件能夠適宜它們生存的環境，不得不遷徙到別處。為了適應因氣候變暖導致的食物來源的變化，一些動物被迫改變它們的繁殖和遷徙時間。但許多物種可能因無法很快適應這種氣候的迅速變化而滅絕。一些基于相對保守估計的理論研究認為，溫室效應將導致約1/3甚至更多陸生物種滅絕。溫室效應對動植物群落影響的實地調查研究結果支持了這一論斷。

從居住到農作物培育選擇，我們都已經適應了特定的氣候條件，比如沿海低地地區往往是人口最為密集的地區。氣候變暖導致特大洪水和嚴重干旱災害風險加劇，將給人類生活造成更多的危害，從饑荒、食品價格飛漲，到大規模的移民等。這些影響會達到多么嚴重的程度，將取決于我們是否有所準備，比如培育種植能適應極端天氣的作物，在有可能發生洪澇災害的地區為野生動物建立遷徙走廊……

我們知道：未來洪災和旱災會增多

溫暖的空氣中含有更多水分，氣溫每上升1℃，大氣中水分約增加5%，氣候變暖會帶來更多降水，雨雪天氣也會增多。已有充分證據證實了這一趨勢，而且現實情況比模型預測的更為嚴峻。

更多降雨意味著發生洪澇災害的可能性越大。雖然我們不能確定某次洪水爆發是因為氣候變化引起的，但氣候模型顯示，氣候變化導致洪澇災害更頻繁更嚴重。如果不是因為全球氣候變暖，在過去一兩年間從巴基斯坦到美國等地，不可能發生多次打破歷史記錄的洪澇災害。

盡管世界大部分地區平均降雨會增多，但一些地區還是會不時出現干旱。當旱期來臨時，土地在高溫下迅速干裂。一旦土壤干透，太陽的熱量不是蒸發水分，而是直接曬熱土壤，引發或加劇熱浪。2003年歐洲爆發了破記錄的熱浪，氣候變暖正是原因之一。

我們不知道：颶風等極端天氣是否會更多

水吸收能量，變成水蒸氣；水蒸氣聚集成云，被存儲的能量釋放，使周圍空氣變暖；暖空氣上升，繼而冷卻，形成更多的冷凝水——這一過程循環往復，為引發雷暴等極端天氣提供了大量能量，這也就是為什么熱帶氣旋或颶風只在溫暖的海洋區域產生的原因。沒有大量潮濕空氣作為“后備力量”，這樣的極端天氣現象會因失去能量補充而難以為繼。

在未來幾十年里，地球低層大氣將變得更溫暖更潮濕，從而產生更多能量促成極端天氣形成。在溫和的北緯地區，情況也許會好一些，這些地區冬季風暴的形成主要是兩極地區冷空氣和熱帶地區暖空氣交匯的結果。由于北極地區迅速變暖，和其他地區的溫度差異變小，這樣的暴風雪可能不會像以往那么頻繁。

我們不知道：氣候變化的臨界點是否會來臨，以及何時來臨

如果北極地區突然變冷，海冰會在幾年內覆蓋北極。如果格陵蘭島和南極大陸的冰蓋大量融化，海平面將上升1米甚至更多，而重新形成冰蓋則需要幾千年的降雪過程。這個風險是真實存在的。我們知道，南極西部地區的冰蓋過去曾多次坍塌，海平面也因此至少上升了3米。

我們可以確定許多類似的危險臨界點。例如，亞馬孫雨林可能變成草原，正如8000年前撒哈拉地區突然干枯，從綠洲變成沙漠一樣。從海底的甲烷水合物中，也有可能釋放出大量甲烷。

即使這些臨界點沒有來臨，地球氣候系統本身也有巨大的慣性。即使是由溫室效應導致的直接結果——地表氣溫上升，也需要幾十年時間才會變得明朗起來，而其他一些影響則有可能經歷幾個世紀的時間才會充分顯現出來，如像在氣候漸漸變暖的過程中，海洋含氧量的逐漸下降。在我們的有生之年里，氣候變暖造成的一些后果是不可逆轉的。其他一些重大影響，如大批物種滅絕、大城市被海水淹沒，也是完全不可逆轉的。真正的危險在于，當我們意識到氣候變化的影響將要超越臨界點時，也許為時已晚，再要做點什么已經來不及了。