气候变暖我们知道的和我们不知道的

方陵生

对于我们来说，地球气候有着许多不解之谜，只要想一想地球表面和大气层中每天都在进行中的复杂的物理、化学和生物学上的变化，以及这些变化之间的相互交叉作用，其复杂难解也就不足为怪了。尽管如此，我们对气候也并非一无所知，还是能够了解到其中的一些变化趋势，比如地球正在变暖，而人类活动是造成气候变暖的最大因素。那么，地球气候变暖的速度有多快？对全球以及局部地区会产生什么样的影响？这些变化将如何影响地球生命？对于所有这些，我们又知道多少呢？

在本文中，有关专家将就我们所知道的和我们所不知道的“气候变暖”这一热门话题进行详尽的分析和阐述。

我们知道：温室气体正在令地球变暖

从冰川融化到春天提早到来，从林木线上移到动物迁徙，一条条证据都在告诉我们：地球温度在上升，地球在变暖。仅在20世纪，地球平均温度就上升了0.8 ℃。

导致地球温度上升的原因不外乎有两种：较多热量抵达地球表面，较少热量从地球散逸出去。第一种可能性可以排除：每年随着四季变化，阳光给地球带来的热量变化幅度只有0.1%左右，卫星数据显示，太阳抵达地球的总热量并没有随最近几十年里全球气温急剧变暖而增加。那么只剩下第二种可能性了：较少热量从地球散逸出去。

地球散逸出去的热量变少是由多种原因造成的，其中之一就是二氧化碳等温室气体的大量排放。温室气体吸收了大量本应散逸到太空中的辐射热，并将其中一部分热量反射到地球表面和低层大气。大气中的温室气体越多，意味着能够逃逸到太空中的辐射热越少，地球也就变得更暖。

对地球以往气候变化史的研究表明，当二氧化碳水平上升时，地球就会变暖。在工业革命发生的19世纪里，大气中二氧化碳浓度从280 ppm（ppm，百万分之一）增加到了380 ppm。如今卫星监测数据表明，二氧化碳和其他温室气体大量吸收了某些频率的红外辐射热，逃逸到外层空间的红外辐射热比以前更少，而反射到地球表面的这些频率的红外辐射热则比以前更多。虽然影响地球气候的因素有很多，但许多证据都表明，二氧化碳排放增多是近年来地球气候持续变暖的最主要原因。

我们不知道：温室气体浓度将达何种程度

除非我们知道大气层中的温室气体浓度最终会增加到何种程度，否则我们无法预测未来几年地球温度会上升多少。

在全球气候变化中，人类是最大的不确定因素。如果我们从明天开始就大幅减排，二氧化碳浓度也许不会超过400ppm，但这一点几乎做不到。事实上，只有少数国家做出了减少温室气体排放的承诺，其中不包括美国等最大的温室气体排放国，而一些做出承诺的国家也并没有信守承诺，还在建造更多的火电厂。目前温室气体排放情况接近于联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）所预测的最糟糕情景。如果人类不立即采取果断措施，而是继续我行我素，那么到2100年时，二氧化碳浓度可能达到1000ppm，甚至更高。

另一个不确定因素是地球本身的反应。到目前为止，海洋吸收了大气中人类排放二氧化碳的1/3，但我们可以预料，这个缓冲效应会渐渐减弱。现在，暖水海洋溶解二氧化碳的能力正在下降，虽然我们不知道确切的原因，但生物活性变化也许是原因之一。如果这一自然反馈机制持续下去，人类需要更大力度的减排行动才能抑制地球变暖。

在地球的永久冻土层、泥炭沼泽和海底甲烷沉积层中封存有大量温室气体，我们不知道这样的存储量有多大，不知道冻土层融化会达到什么程度，不知道泥炭沼泽会干涸衰退到何种程度，也不知道海水变得多暖时，会从甲烷水合物中触发释放出大量甲烷。甲烷是一种比二氧化碳威力更强的温室气体。

由于所有这些风险都难以进行量化估测，IPCC在考虑气候变化未来形势时，在很大程度上对这些因素忽略未计。最坏的情况是，即使我们大幅度减排，二氧化碳浓度仍然会持续升高。在应对全球变暖中，行动越晚，遏制全球变暖的效果将越差。

我们知道：大气中的污染物给地球降温

我们将各种物质排放到大气中，一氧化二氮（俗称笑气）和氟氯化碳（俗称氟利昂）也像二氧化碳一样令地球变暖。煤烟通过吸收热量令温度升高，但同时也形成一道遮蔽屏障，给地球表面带来降温效果。大气中的其他一些污染物质将太阳热量反射到太空，也在一定程度上起到让地球表面降温的作用。

大型火山喷发会向大气中排放大量二氧化硫，给地球带来降温效果，如1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发之后的一两年间，地球温度就明显降低。但是，与二氧化碳不同的是，二氧化硫产生的降温效果非常短暂，因为大气中的二氧化硫会形成微小的气溶胶液滴，很快随雨水消失。

人类燃烧含硫化石燃料，极大地增加了大气中二氧化硫的浓度。在20世纪40年代到70年代之间，极高的二氧化硫污染抵消了二氧化碳造成的温室效应。但是，随着西方国家为遏制酸雨减少了硫污染物质的排放，地球大气层逐渐失去了这一平衡效应，地球重新开始变暖。

到2000年，硫排放量又开始增加，这在很大程度上是因为建造了更多的火电厂。在为这些火电厂安装脱硫设备，使二氧化硫排放量降低之后，地球将加速变暖。

我们不知道：污染物质的冷却作用有多强

有的污染物可以在大气中形成微小的气溶胶液滴，而这些小小的污染物质产生的影响异常惊人。二氧化硫气溶胶能够反射多少热量受到多种因素的影响，包括气溶胶液滴的大小及在大气中的高度，是在夜晚还是在白天，处于哪个季节，等等。

气溶胶对云层也会产生很大的影响。例如，气溶胶液滴的存在令云层变得更明亮，从而将更多热量反射到太空中去。但是，气溶胶存在的时间极短，通常不像二氧化碳那样在大气中均匀分布，而是倾向于以污染物质为中心聚集在一起。

正因为如此，二氧化硫等污染物质给地球带来的降温效果有着很大的不确定因素，而且随着二氧化碳排放量的增加，这些不确定的降温效果显然也会被抵消。如果大气中气溶胶的降温效果强过人们的预想，那么当气溶胶浓度降低之后地球将加速变暖。

我们知道：地球将变得更热

在一个无水无生命的星球上，大气中的二氧化碳浓度增加一倍，星球上的温度将升高1.2℃。但在地球上，情况则要复杂得多。

我们先来看看水的作用。水蒸气也是一种威力强大的温室气体，随着温度升高，大气中所蕴含的水蒸气将增加，而当更多的二氧化碳进入湿润的地球大气层后，温室效应就会迅速增强。

这还不是唯一的正反馈效应。积雪层和海冰可起到将阳光反射回太空的作用，而温度升高令积雪层和海冰迅速融化，导致地球大气层吸收更多的热量，使地球变得越来越暖。在较长的时间跨度里，地球植被的变化也将对热量的吸收产生影响，而陆地和海洋将释放更多的二氧化碳，而不是吸收热量。经历千万年时间，地球冰盖可能大面积融化，进一步降低地球的反射率。除非发生超级火山爆发这样的灾难，地球将会变得非常温暖。

我们不知道：地球究竟会变得多热

如果大气中的二氧化碳浓度增加一倍，地球会变得多热呢？一种方法是利用计算机模型来预测种种复杂因素对气候变化产生的结果，另一种更为可靠的方法是参照最近数百万年来二氧化碳浓度变化对地球气候的影响。

IPCC的预测是，如果二氧化碳浓度增加一倍，地球温度将至少升高2℃。大部分研究则指出，地球温度也很有可能升高3℃。还有一些研究认为，地球温度升高有可能达到6℃甚至更高。

预测数据为什么会出现如此大的差异？原因之一是气候模型只包括短期内的“快速”反应，而古气候研究还包括影响地球气候的长期反馈因素，如冰盖的变化。如果这些研究结果与真实情况相接近，那气候模型有可能较为精确地告诉我们未来几十年里地球气候将会变得多暖，但对未来几个世纪甚至更长时间的温室效应显然会估计不足。

正因为气候模型存在缺陷，我们甚至可能低估短期内（到2050年或2100年）温室效应对地球气候的影响。一些研究表明，根据气候模型，海洋吸收热量的速度比产生热量的速度更快。还有一些研究表明，云层可能产生的正反馈比气候模型预测的更多。由于无法确定某些气溶胶对地球的降温效果，以及温室效应的真实影响，这些问题也无法得到确切的答案。

根据最近的研究，如果我们能在2050年之前将温室气体排放减少80%，将有50%以上的机会实现将地球气温限制在比工业时代高2℃的目标。但随着一些大国温室气体排放量增加，这一目标看来很难达到。从现在地球气候变化趋势来看，到2060年，地球气温上升幅度有可能超过4℃。如果“气候敏感性”高过我们的预期，或者二氧化碳排放量高于IPCC预测的最糟情况，那么我们可能还是低估了地球变暖的严峻形势。

我们不知道：气候变暖对全球各地区会有何影响

即使地球平均气温只上升2℃，仍然会引起相当剧烈的变化。哪些地方将会变成热带天堂？哪些地方将会变成让人不堪忍受的过于潮湿之地？哪些地方将会变成沙漠？未雨绸缪，我们有必要了解这些情况。

但遗憾的是，我们对此并不清楚，我们只能有个大致的估计：热带地区会扩大，气候将变得更潮湿，而热带地区之外南北两半球的干燥地区将会变得更加干燥，并有逐渐向两极地区扩展之势，高纬度地区会变得更温暖潮湿。至于更详尽的细节，人们很难达成一致看法。问题在于，我们并不清楚人类对未来气候变化会做出怎样的反应，也不清楚到2100年亚马孙雨林还会剩下多少，雨林的破坏又会对当地降雨和温度变化造成多大的影响。

现在的气候模型将大气层分为几大块，如果要分地区进行气候预测，就需要对气候模型进行“放大”处理，或者分别建造地区模型。此外，在预测一些对地域气候有着重大影响的自然现象时，现在的气候模型很难胜任。例如，大西洋水循环给欧洲西部带来了温暖的气候，如果这一水流循环速度放缓甚至完全停下来，南半球就会变得更热，而美洲东北部和欧洲地区就不会像往常那么温暖了，亚洲地区的雨季也有可能不会如期到来。如果不能把握这些情况，我们对地区气候变化的预测与实际情况就可能大相径庭。

我们知道：海平面将会上升许多

如果海水变暖，海洋就会膨胀，陆地上的冰融化或滑落海中，也会使海平面上升。如果格陵兰岛和南极大陆所有的冰层都融化的话，海平面将上升60米以上。

如今地球正处于冰期末期的较暖时期。在过去50万年里，地球曾经有过几次相对较为温暖的间冰期，那时气温比现在高约1℃，海平面比现在高约5米。300万年前的地球气温比过去几千年的平均气温高1～2℃，海平面比现在高至少25米。

对过去几百万年地球气温变化与海平面关系的研究表明，地球气温每升高1℃，海平面大约上升20米。这意味着，如果地球温度上升2℃，海平面的上升将达到令人担忧的程度，至于海平面随着气候变暖将会上升到何种可怕的程度，这要取决于大冰盖在气候变化过程中的融化速度有多快，这又是我们不知道的一个大谜团。

我们不知道：海平面上升会多快

如果大冰盖融化是一个非常缓慢的过程，这一过程有可能持续几千年，我们也许在海平面上升超过几米之前，还有充分的时间给地球降温；但如果大冰盖对气候变暖反应迅速，我们的后代就有可能生活在一个海岸线与如今大不相同的地球上。

我们还有多少回旋的余地来挽救地球？基本上难以预料。了解过去冰川融化的历史事件并不能对我们有多少帮助，冰川融化可以非常迅速。在上一个冰期，冰盖消失导致整个北美洲被海水覆盖，每百年海平面上升1米以上。格陵兰岛的冰盖是否也会以如此快的速度融化？我们现在无法确定。

为了精确地预测海平面上升的速度，我们首先要知道地球会变得有多热，但正如前文所讨论的那样，我们并不清楚，也无法确定地球气温会上升多少。其次，我们还需要知道地球多增加的热量中有多少会传递到冰盖。不久以前，人们认为空气变暖是冰盖融化的主要原因，但现在看来，海水温度升高对冰盖融化似乎已经产生了重要的影响。

这显然是个坏消息。与变暖的空气相比，变暖的海水融化冰层的速度更快。暖流会融化对陆冰起到屏障作用的漂浮在海水中的冰架。更糟糕的是，像南极西部这样的地区，冰盖覆盖着的陆地低于海平面，冰层融化后，将直接淹没在温暖的海水中。

IPCC最近预测，气候变暖令大气中水汽增加，降雪增多，21世纪南极大陆冰盖会增长。但是，地面景象与预测的看起来却完全不同。卫星监测显示，南极大陆和格陵兰岛的冰层正在大量消失，其融化速度也在加快。如果目前的趋势继续下去，仅因为冰层融化，到2100年，海平面将上升0.5米。综合全球各地的情况，许多冰川学家认为，到2100年，海平面可能至少上升1米。对一些小岛国家来说，这可是个非常糟糕的消息。同样，对于如伦敦、纽约和上海等大城市，以及如荷兰、孟加拉国和美国佛罗里达州等人口稠密的低洼地区来说，也都是危机。

一旦冰川融化，强烈的正反馈作用开始启动，形势将会变得更加糟糕，随着冰盖融化，冰面下降到更温暖的空气层中，冰层融化加速，海平面会以更快的速度上升。

我们不知道：全球变暖对地球生命的威胁有多大

如果我们有足够的时间去适应，那么一个二氧化碳浓度更高、气候更加温暖潮湿的地球将更有利于地球生命的蓬勃发展。但问题是，对于今天的动植物和人类来说，早已适应了地球在过去几千年里异常稳定的气候。如今，地球气候正在迅速变暖，有可能达到比过去几百万年中任何时候都更热的程度，而在我们可以预见的未来，地球气候将非常不稳定。

这对于地球生命来说，是一个巨大的挑战。许多物种为了找到一个温度条件能够适宜它们生存的环境，不得不迁徙到别处。为了适应因气候变暖导致的食物来源的变化，一些动物被迫改变它们的繁殖和迁徙时间。但许多物种可能因无法很快适应这种气候的迅速变化而灭绝。一些基于相对保守估计的理论研究认为，温室效应将导致约1/3甚至更多陆生物种灭绝。温室效应对动植物群落影响的实地调查研究结果支持了这一论断。

从居住到农作物培育选择，我们都已经适应了特定的气候条件，比如沿海低地地区往往是人口最为密集的地区。气候变暖导致特大洪水和严重干旱灾害风险加剧，将给人类生活造成更多的危害，从饥荒、食品价格飞涨，到大规模的移民等。这些影响会达到多么严重的程度，将取决于我们是否有所准备，比如培育种植能适应极端天气的作物，在有可能发生洪涝灾害的地区为野生动物建立迁徙走廊……

我们知道：未来洪灾和旱灾会增多

温暖的空气中含有更多水分，气温每上升1℃，大气中水分约增加5%，气候变暖会带来更多降水，雨雪天气也会增多。已有充分证据证实了这一趋势，而且现实情况比模型预测的更为严峻。

更多降雨意味着发生洪涝灾害的可能性越大。虽然我们不能确定某次洪水爆发是因为气候变化引起的，但气候模型显示，气候变化导致洪涝灾害更频繁更严重。如果不是因为全球气候变暖，在过去一两年间从巴基斯坦到美国等地，不可能发生多次打破历史记录的洪涝灾害。

尽管世界大部分地区平均降雨会增多，但一些地区还是会不时出现干旱。当旱期来临时，土地在高温下迅速干裂。一旦土壤干透，太阳的热量不是蒸发水分，而是直接晒热土壤，引发或加剧热浪。2003年欧洲爆发了破记录的热浪，气候变暖正是原因之一。

我们不知道：飓风等极端天气是否会更多

水吸收能量，变成水蒸气；水蒸气聚集成云，被存储的能量释放，使周围空气变暖；暖空气上升，继而冷却，形成更多的冷凝水——这一过程循环往复，为引发雷暴等极端天气提供了大量能量，这也就是为什么热带气旋或飓风只在温暖的海洋区域产生的原因。没有大量潮湿空气作为“后备力量”，这样的极端天气现象会因失去能量补充而难以为继。

在未来几十年里，地球低层大气将变得更温暖更潮湿，从而产生更多能量促成极端天气形成。在温和的北纬地区，情况也许会好一些，这些地区冬季风暴的形成主要是两极地区冷空气和热带地区暖空气交汇的结果。由于北极地区迅速变暖，和其他地区的温度差异变小，这样的暴风雪可能不会像以往那么频繁。

我们不知道：气候变化的临界点是否会来临，以及何时来临

如果北极地区突然变冷，海冰会在几年内覆盖北极。如果格陵兰岛和南极大陆的冰盖大量融化，海平面将上升1米甚至更多，而重新形成冰盖则需要几千年的降雪过程。这个风险是真实存在的。我们知道，南极西部地区的冰盖过去曾多次坍塌，海平面也因此至少上升了3米。

我们可以确定许多类似的危险临界点。例如，亚马孙雨林可能变成草原，正如8000年前撒哈拉地区突然干枯，从绿洲变成沙漠一样。从海底的甲烷水合物中，也有可能释放出大量甲烷。

即使这些临界点没有来临，地球气候系统本身也有巨大的惯性。即使是由温室效应导致的直接结果——地表气温上升，也需要几十年时间才会变得明朗起来，而其他一些影响则有可能经历几个世纪的时间才会充分显现出来，如像在气候渐渐变暖的过程中，海洋含氧量的逐渐下降。在我们的有生之年里，气候变暖造成的一些后果是不可逆转的。其他一些重大影响，如大批物种灭绝、大城市被海水淹没，也是完全不可逆转的。真正的危险在于，当我们意识到气候变化的影响将要超越临界点时，也许为时已晚，再要做点什么已经来不及了。