当前的世界环境

介绍

近几十年来，全球平均地表温度屡创新高。可以提供可靠全球平均值的温度计读数可以追溯到1850年(Brohan et al. 2006)。在过去的一个世纪里，全球表面温度上升了大约1.5度^°F（图1）。在过去的四分之一世纪，根据卫星测量，较低的大气层温暖0.22-0.34^°F / 10，相当于2-3^°F百村。（Christy和Spencer 2005; Mears和Wentz 2005）。过去20年包括在记录中最热烈的最热烈。（Hadley Center 2005）。这种记录良好的变暖趋势可能是影响地球气候的几个因素，其中一些因素是自然的，例如太阳辐射和火山活动的变化。其他，特别是释放某些气体到大气和陆地覆盖的变化，是人为的。

全球气候随时间变化，响应气候强迫-气候系统外部的物理因素，迫使整个气候系统的热量净增加(正强迫)或净减少(负强迫)。(Hansen, Sato et al. 2005)。这种类型的变化不同于内部气候变率，在内部气候变率中，热量通过风或洋流在气候系统的不同组成部分之间输送，而系统内总热量没有净变化。厄尔尼诺-南方涛动是内部气候变率的一个著名例子。由于20世纪观测到的气候变化是整个气候系统热量净增加的结果，它只能用外部强迫来解释。(Hansen, Nazarenko et al. 2005)。因此，气候变化科学家的任务是确定一个或多个外部强迫，自然或人为的，可以解释观测到的变暖。

图1：基于仪器测量的平均全球表面温度。二十世纪温度升高远大于不确定性范围。 点击此处查看数字

定义天气和气候

天气是指在特定时间、特定地点的大气状态。温度、云量、湿度、降水和风都是天气要素。雷暴、龙卷风和季风也是某些地方在某些季节的天气的一部分。气候定义为描述一个地区的长期天气模式。例如，纽约大都会区气候温和，全年均匀分布雨水，冬天寒冷，夏天炎热。

气候变化的原因

图2:影响地球气候的因素 点击此处查看数字

气候变率和气候变化

气候变率是指除个别天气事件外，在所有时间和空间尺度上的气候普遍状态的变化。变率可能是由于气候系统内部的自然过程，或者是由于自然或人为(人类驱动)外部强迫的变化。全球气候变化是指气候的平均状态或变率的变化，持续几十年或更长时间。这包括地球上平均天气条件的变化，如全球平均温度的变化，以及各地区经历热浪、干旱、洪水、风暴和其他极端天气的频率的变化。值得注意的是，个别天气事件的变化可能对气候变率的变化有很大的贡献。气候变化可能导致自然发生的改变太阳的能量或地球的轨道周期(自然气候强迫),或者它可能发生由于持续的人为强制,如温室气体的增加,硫酸盐气溶胶,或黑碳到大气中,或者通过改变土地用途。

图2说明了影响地球气候系统状态的基本组成部分。该系统状态的变化可以发生在外部(来自外星系统)或内部(来自海洋、大气和陆地系统)，通过上述任何一个组件。例如，外部变化可能涉及太阳输出的变化，这将改变地球大气和表面接收到的太阳辐射量。地球气候系统的内部变化可能是由大气气体浓度的变化、造山、火山活动以及地表或大气反照率的变化引起的。

气候学家的工作已经发现了一些证据，表明只有少数几个因素是造成过去地球上大部分气候变化的主要原因。这些因素包括:

• 火山喷发
• 大气二氧化碳变化
• 太阳能输出的变化。

火山喷发

多年来，气候学家已经注意到大型爆炸性火山爆发和短期气候变化之间的联系。例如，在1815年坦博拉火山火山火山火山火山火山火山爆发之后，最冷的岁月之一。在这个星球上许多地区爆发后，在这一爆发后的一年内记录了非常寒冷的天气。其他几家主要的火山赛事也显示出持续1至3年后的冷却器全球气温的模式。首先，科学家认为，通过部分阻挡到地球表面的太阳辐射追踪，散热在大型火山喷发中排放到大气中的灰尘是负责的。

图3:上图显示了从1744年到2005年大气中二氧化碳含量的上升。注意，在研究期间，大气中二氧化碳浓度的增加呈指数增长。对不久的将来的推断会显示继续增长 点击此处查看数字

然而，测量显示，大部分被抛入大气层的尘埃在6个月内又回到了地球表面。最近平流层的数据表明，大型火山爆发也会喷出大量的二氧化硫气体，这些气体会在大气中停留长达三年之久。大气化学家已经确定，喷射出来的二氧化硫气体与平流层中常见的水蒸气发生反应，从一层浓密的光学明亮的雾霾层中释放出来，这层雾霾重新将一些太阳入射辐射的大气传输。

在上个世纪，发生了两次重大的改变气候的喷发。墨西哥的chichon火山在1982年4月爆发，菲律宾的Pinatubo火山在1991年6月爆发。在这两次火山活动中，皮纳图博火山对地球气候的影响更大，向平流层排放了约2000万吨二氧化硫。研究人员认为，皮纳图博火山爆发是导致1992年全球平均气温下降0.8摄氏度的主要原因。据信皮纳图博火山爆发对全球气候的影响在1993年年底达到顶峰。卫星数据证实了皮纳图博火山爆发与1992年和1993年全球气温下降之间的联系。卫星数据显示，火山喷发产生的二氧化硫羽流使地球大气层反射回太空的太阳光增加了几个百分点，导致地球表面冷却。

大气二氧化碳变化

长期气候变化的研究发现了大气中二氧化碳浓度与平均全局温度之间的联系。二氧化碳是负责温室效果的更重要的气体之一。某些大气气体，如二氧化碳，水蒸气和甲烷，能够通过能够吸收从地球表面发出的长波辐射来改变地球的能量平衡。该过程的净结果和龙波回到地球表面的再排放增加了地球气候系统中的热能量。没有温室效果，地球的平均气温将是一个冷-18^°而不是现在的15摄氏度^°摄氏度。

20世纪70年代CLIMAP项目的研究人员在深海沉积物中发现了有力的证据，表明在过去几十万年的地球历史中，地球的全球温度发生了变化。其他后续研究证实了这些发现，并发现这些温度变化与大气中二氧化碳的浓度以及由米兰科维奇周期控制的地球接收到的太阳辐射的变化密切相关。测量显示，在较冷的冰川时期，大气中的二氧化碳水平降低了约30%。

还有一种理论认为，海洋是二氧化碳的主要储存地，它们控制着这种气体在大气中的进出。海洋中可容纳的二氧化碳量是温度的函数。当全球气温上升时，二氧化碳从海洋中释放出来，当气温下降时，二氧化碳扩散到海洋中。全球温度的最初变化是由米兰科维奇周期中地球接收到的太阳辐射的变化触发的。二氧化碳的增加通过增强温室效应而放大了全球变暖。

在过去的三个世纪里，由于人类的影响，二氧化碳在地球大气中的浓度一直在增加。人类活动，如燃烧化石燃料、将天然草原转变为农田以及砍伐森林，都导致二氧化碳被释放到大气中。从18世纪早期开始，二氧化碳从百万分之280增加到2005年的百万分之380。许多科学家认为，大气中二氧化碳浓度的升高将增强温室效应，使地球变暖。科学家们相信，由于温室效应的增强，我们已经在经历全球变暖。大多数计算机气候模型表明，如果二氧化碳浓度到2050年达到预期的百万分之600的水平，全球气温将上升1.5-4.5摄氏度。

太阳能输出的变化

直到最近，许多科学家认为太阳的辐射产量只有多年的分数占百分点。然而，卫星在20世纪80年代和1990年代配备有辐射仪的测量表明，太阳的能量输出可能比曾经认为的更能变化。在20世纪80年代初期进行的测量表明，在仅18个月的时间段内，在达到地球的总量的总量下降0.1％。如果这一趋势延长了几十年，它可能会影响全球气候。数值气候模型预测，每世纪仅为1％的太阳能输出的变化将使地球的平均气温改变在0.5至1.0之间^°摄氏度。科学家长期试图将太阳黑子联系起来对气候变化。太阳黑子是巨大的磁场风暴，被视为太阳表面上的暗（较冷）区域。太阳黑子的数量和大小显示了周期性模式，每11,90和180年达到安排。在20世纪80年代初观察到的太阳能减少对应于基于11年周期的最大太阳黑子活动。此外，从1976年到1980年与太阳望远镜制成的测量表明，在此期间，随着太阳黑子的数量和大小增加，太阳的表面冷却了大约6摄氏度。显然，太阳黑子阻止了一些太阳的能量离开它的表面。然而，这些调查结果往往是在较长时间的尺度上进行矛盾的观察。在小冰河时代中间的阳光观察（1650年至1750年）表明在太阳表面上发生了很少的太阳黑子活动。小冰河时代是一个较冷的全球气候的时间，一些科学家在90或180年的时间内将这一事件与太阳能减少相关联。 Measurements have shown that these 90 and 180 year cycles influence the amplitude of the 11 year sunspot cycle. It is hypothesized that during times of low amplitude, like the Maunder Minimum, the Sun’s output of radiation is reduced. Observations by astronomers during this period(1645 to1715) noticed very little sunpot activity occurring on the Sun. During periods of maximum sunspot activity, the Sun;s magnetic field is strong. When sunspot activity is low, the Sun’s magnetic field weakens. The magnetic field of the sun also reverses every 22 years, during a sunspot minimum. Some scientists believe that the periodic droughts on the Great Plains of the United States are in some way correlated with this 22 year cycle.

图4 点击此处查看数字

图5：气候变化对生态系统的影响 点击此处查看数字

今天气候变化的影响

100多年前，世界各地的人们开始为家庭、工厂和交通运输燃烧更多的煤炭和石油。燃烧这些化石燃料会向大气中释放二氧化碳和其他温室气体。这些增加的温室气体导致地球比过去更快地变暖。

全球变暖发生了多少?来自世界各地的科学家与政府间气候变化专门委员会(IPCC)告诉我们,在过去的100年里,世界的表面空气温度平均增加了0.6摄氏度(1.1华氏度)。这听起来不很喜欢变化,但即使是1度会影响地球。下面是我们现在看到的气候变化的一些影响。

1. 海平面正在上升:在20世纪，由于冰川冰的融化和温暖海水的膨胀，海平面上升了约15厘米(6英寸)。模型预测，在21世纪，海平面可能上升59厘米(23英寸)，威胁到沿海社区、湿地和珊瑚礁。
2. 北极海冰正在融化：海冰的夏季厚度约为1950年的一半。熔炼冰可能导致海洋循环的变化。加热海冰在北极加速升温。
3. 冰川和永久冻土是融化：在过去的100年里，世界各地的山冰川的规模下降，北极的永久冻土量有所下降。格陵兰岛的冰盖也融化了。
4. 海洋表面温度正在变暖:在过去的几十年里，浅海的海水变暖导致了世界上大约四分之一的珊瑚礁死亡。许多珊瑚动物因白化而变得虚弱而死亡，这一过程与温暖的海水有关。
5. 更强的降雨在许多地区造成洪水:温度升高导致一些地区更强的降雨事件。这可能会导致洪水。
6. 极端干旱正在增加：较高的温度导致世界某些地区的蒸发速度较高。
7. 生态系统正在发生变化：温度温暖，物种可以转移到凉爽的栖息地或死亡。特别脆弱的物种包括濒危物种，珊瑚礁和极性动物。变暖也造成了春季事件时机的变化和生长季节的长度。
8. 气候变化对生态系统的影响:
9. 增加了温暖也会影响生物。例如，日本人在东京樱花树的盛开上保持非常详细的记录，所以他们知道他们平均盛开了5天，而不是50年前。
10. 此外，在北半球，蚊子、鸟类和昆虫也在向北移动。
11. 温暖的行星意味着其生态系统的持续变化。随着海洋吸收更多二氧化碳，海洋的化学变化，使许多海洋生物面临风险。
12. 本世纪头几十年农作物产量增加了5-20%。但如果气候变率增加，降水变得不可靠，这些作物将更容易歉收。具有讽刺意味的是，随着温度的升高，杀死冰冻的可能性也会增加。这是因为植物开始生长得更早，使它们更容易受到春季突然寒冷期的影响。
13. 更频繁的热浪:热浪很可能在世界上更多的地区变得更加常见。
14. 气温升高影响人类健康:随着花粉季节的延长，热浪和过敏发作导致的死亡人数增加。像蚊子这样携带疾病的动物的范围也发生了一些变化。
15. 海水正变得越来越酸:二氧化碳溶解到海洋中，使海水变得越来越酸。可能会对珊瑚礁和其他海洋生物造成影响。

结论

自20世纪中期以来，观测到的全球平均气温的大部分上升^th世纪很可能[即由于观察到的人为温室气体浓度的增加，大于90％的确定性。这是自上[2001年IPCC报告]结论，即“过去50年的大部分预热可能是由于温室气体浓度的增加”。可辨别的人类影响现在扩展到气候的其他方面，包括海洋变暖，大陆平均气温，极端温度和风图案。（IPCC 2010）

参考

1. J Hansen, L Nazarenko, R Ruedy, MSato, J Willis, A Del Genio, D Koch, A Lacis, K Lo, S Menon, T Novakov, J Perlwitz, G Russell, G A Schmidt, N Tausnev。科学,2005;308:1431。
2. P Brohan，JJ肯尼迪，我哈里斯，S F B TETT，P D琼斯。地球物理研究杂志2006;111年,D12106。
3. J R克里斯蒂，R W斯宾塞科学，2005;310：972。