人們有關(guān)大氣溫室氣體濃度與升溫幅度之間的對應(yīng)關(guān)系的探討，就充滿著虛與實。在這個問題上呢，丁仲禮院士有一個總結(jié)。他說：
氣候變暖是事實，人類活動導(dǎo)致的二氧化碳等溫室氣體排放增加，確實是氣候變暖的主要因素之一，但這不意味著，氣候變化的程度和幅度已經(jīng)成為定論，也不等于大氣溫室氣體濃度與氣候升溫幅度，形成了精確的對應(yīng)關(guān)系，這更不意味著等待我們的是一場世界末日。
我覺得這個說得非常到位，完全表達了我想說的內(nèi)容。
那么，我們來看看歷史上是如何虛虛實實探討這個問題的？最早探討溫室效應(yīng)的，是法國人傅立葉，他當(dāng)時就發(fā)現(xiàn)，僅僅依靠太陽光的照射，地球表面溫度不應(yīng)該是現(xiàn)在這個溫度，應(yīng)該更冷一些，于是他就提出幾個假說。其中一個就是：在大氣中的氣體，可形成穩(wěn)定的隔熱層，就像玻璃之間的空氣。雖然他并沒有指出具體是什么氣體，但他對于這個問題的思考，那是非常清晰，也是非常科學(xué)的，我們后來使用溫室效應(yīng)來指大氣的這種過程，應(yīng)該就與他這個比喻有關(guān)。
然后是丁達爾，他與傅里葉一樣，也注意到了這個問題，然后他就做了很多的實驗，用實驗證明了：含有二氧化碳和水蒸氣的氣體，可以吸收熱量。他還準(zhǔn)確測量了大氣中各種氣體對于紅外輻射的吸收，這種測量給溫室效應(yīng)假說~提供了非常有力的實驗證據(jù)。
之后，另外一名科學(xué)家阿倫尼烏斯，他就更進一步，計算了二氧化碳含量與地球溫度的關(guān)系，并利用這個關(guān)系，解釋了為什么地球曾經(jīng)有冰河期：因為那時的二氧化碳含量很低！他還計算了，如果二氧化碳翻倍，北極圈溫度會升高3~4攝氏度，這些結(jié)果現(xiàn)在來看，還相當(dāng)靠譜。所以，現(xiàn)代氣候模型的時代，也就從這個時候開始了。
這是一幅經(jīng)常被用來討論的圖。左邊的圖，是包括人為和自然強迫的模擬結(jié)果與實際觀測值的比較。其中，黑色線條是觀測值，黃色是各種不同模型模擬的結(jié)果，紅色是這些模型結(jié)果的平均值，模型值與觀測值吻合得非常好。右邊，是僅僅考慮自然強迫的情況，模型值與觀測值相差就越來越遠。所以，只有考慮人類活動引起的強迫，才能夠完全重現(xiàn)實際的溫度記錄。從這幅圖還可以看到，火山爆發(fā)事件，明顯驅(qū)動了全球氣溫的下降。
但是，氣候系統(tǒng)實在是太復(fù)雜了，氣候模式其實很難預(yù)測的。如果不考慮各種反饋，僅僅是二氧化碳翻倍，造成的溫度升高大概也就1攝氏度左右。但是，二氧化碳升高后，導(dǎo)致溫度升高，這個時候會讓大氣中的水汽也大幅增加，我們前面說了，水汽也是一種溫室氣體，結(jié)果，氣溫會因為這個反饋而升高更多，這就是水汽反饋。另外，水汽形成的云，在大氣溫度變化后，同樣會發(fā)生變化，這就是云反饋。
我們對于未來氣候變化的預(yù)測，最大的不確定性，就來自于這些不同的反饋?，F(xiàn)在用最完美的氣候模式，計算出來二氧化碳翻倍后，全球平均溫度會增加1.5~4.5度，那么，這就有一個很大的幅度范圍，充分說明了其中的不確定性。
不僅變化幅度有差異，還有更多的情況，導(dǎo)致不同區(qū)域的升溫差異。大陸變暖比海洋更強烈，兩極和寒冷地區(qū)的變化比較明顯，而寒冷季節(jié)的北極地區(qū)、溫暖季節(jié)的中緯度地區(qū)又更為明顯。還有一種自放大機制，或者叫做正反饋：冰雪消融，降低了地表太陽輻射的反照率，增加升溫；另一方面，因為增溫導(dǎo)致土壤干化，沒有足夠的水來蒸發(fā)冷卻，增溫也是加快的。所以，這樣看來，世界上某些地區(qū)的溫度，實際上早已高出工業(yè)化前的水平1.5°C以上了。
對于海洋來說，變化又是另外一種情形，這主要是基本物理因素所驅(qū)動的。比如，海洋的熱膨脹，意味著即便將全球升溫限制在1.5°C，沒有冰川融化，僅僅因為熱脹冷縮，海平面也會繼續(xù)上升。過量CO2溶解到海洋中，一定會導(dǎo)致其酸度增加，對于海洋貝類來說，可能是致命的，因為這些貝殼在酸化的環(huán)境中，可能會變得很軟，或者被溶解。
可見，利用氣候模型，很多不確定性難于預(yù)料，難于模擬。那么，除了利用氣候模型，我們還有另一個手段，就是研究過去氣候的變化。地球只有一個，氣候歷史也只有一個，我們不能做實驗，但是我們可以分析曾經(jīng)的氣候變化與二氧化碳的關(guān)系，而且二者過去都經(jīng)歷過劇烈的變化。我們剛才也展示過一張過去40萬年來的變化情況，那么在更早的過去呢？
地球歷史上的三個不同時期，7.5億年前、6.35億年前和5.8億年前，地球曾經(jīng)變成雪球。這個時代，是沒有生命之前的世界，或者與現(xiàn)代意義的生命相差迥異的時代，我們不過多考慮。
現(xiàn)代大氣形成后，也就開始了現(xiàn)代生命的演化，地球的氣候就在“冰窖”和“溫室”兩種狀態(tài)之間交替變化。在過去5億年里，地球經(jīng)歷了四次大溫暖期和四次大涼爽，或者是寒冷期。在涼爽或寒冷期間，陸地上存在極地冰和大冰塊，全球平均氣溫很低。而在溫暖期，陸地上很少或者根本就沒有極地冰，甚至沒有冰塊的存在。
如果把冰期與CO2的變化放在一起，就是這樣一幅圖。我們來看一下，這里不同顏色的曲線，是通過不同的數(shù)據(jù)源和模型獲得的大氣二氧化碳濃度。藍色的柱子是大陸冰蓋所覆蓋的古代緯度的范圍。范圍越寬，表明氣候越寒冷，范圍越窄，表明氣候越溫暖。這個很明顯，溫暖期一般與較高的大氣二氧化碳濃度相關(guān)，而冰窖期與較低的大氣二氧化碳濃度相關(guān)。
這是過去1億年間的溫度變化情況。我們可以看到，溫度有很大的變幅。
到了新生代，也就是6500萬年前，溫度短暫上升之后開始下降，然后就到了我們剛才看到的40萬年前開始的周期性波動。溫度與二氧化碳之間的關(guān)系也非常吻合。
這種波動，稱為米蘭科維奇循環(huán)，目前的解釋是：地球軌道變化改變了季節(jié)之間的熱平衡。
而最近的一項研究，對米蘭科維奇循環(huán)提出了挑戰(zhàn)，認(rèn)為：我們現(xiàn)代的變暖，與過去1萬年相比，大相徑庭。這也就是我前面為啥說二氧化碳與溫度的因果關(guān)系，與現(xiàn)代全球變暖不同。不知道大家注意到?jīng)]有，我們對過去溫度和二氧化碳濃度的測量，在不同的時間，其時間分辨率是不一樣的。越古老的時代，保留下來的東西越少，更多是間接測量的，而越是接近現(xiàn)代，數(shù)據(jù)越多，分辨率越來越高。
特別是近現(xiàn)代，數(shù)據(jù)太多，情況就顯得越來越復(fù)雜。導(dǎo)致我們現(xiàn)在的任何氣候模式都禁不起這些復(fù)雜情況的考驗。正如丁仲禮院士所說：大氣溫室氣體濃度與氣候升溫幅度并不是精確的對應(yīng)關(guān)系。我們看到，從1998 到2014年間，全球溫度基本沒有增加，為此共有不下十種不同的假說來解釋這種情況，有的說，是太陽黑子活動下降的，有認(rèn)為是中國污染物的功勞，還有認(rèn)為小火山活動的、平流層里水汽變化的、海洋大量吸收熱量的，因為水的比熱高嘛。這些情況其實都是很難在這些氣候模式中進行精確模擬的。
地球上的物質(zhì)，基本上我們應(yīng)該看作是守恒的，并沒有什么理由會引起太多的損失或者是增加。也就是說，任何變化都是某些物質(zhì)放在什么地方的問題。碳也一樣。
但我們現(xiàn)在關(guān)心的是，在這些變化中，人的作用究竟有多大？IPCC認(rèn)為，主要是人類活動引起的。這并不是信口開河，得出這樣的結(jié)論，也是經(jīng)歷了很長時間的驗證。在IPCC最早的報告中，也就是1990年的報告，并沒有任何量化的描述；而在第二次報告中呢，就用到了“可辨別的”這個詞；然后在2001年，用了“可能”這個詞，并標(biāo)記為67-90%的可能性；2007年用了“非?？赡堋?，標(biāo)記為至少90%的可能性；2013年用了“極有可能”，標(biāo)記為至少95%的可能性。而最近的一次調(diào)查，97.1%的科學(xué)家認(rèn)為是人類的影響。從這些數(shù)值和字面描述上的變化，我們可以理解，科學(xué)家對氣候變暖的歸因越來越明確，這是因為他們獲得的證據(jù)越來越強了。
那么，認(rèn)定了氣候變暖的原因，就需要想辦法控制?？茖W(xué)家們使用計算機模型，來模擬對應(yīng)不同變暖水平的溫室氣體排放。具體的目標(biāo)，經(jīng)過科學(xué)家們反推，確定了1.5攝氏度和2攝氏度的目標(biāo)，稱為碳倒計時。不同的可能性通常被稱為“溫室氣體排放路徑”。然后就設(shè)定1.5攝氏度作為目標(biāo)，而2攝氏度是不能突破的，描述為“遠低于”2攝氏度的水平。
之后的《巴黎氣候協(xié)定》，這個由全球178個締約方共同簽署的氣候變化協(xié)定，對2020年后全球應(yīng)對氣候變化的行動作出了統(tǒng)一安排?！栋屠铓夂騾f(xié)定》的長期目標(biāo)是：將全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上遠低于2攝氏度之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5攝氏度之內(nèi)。
那么，如何將升溫控制在1.5°C的水平呢？其實并不存在單一且明確的路徑。比如，這里的兩個例子，左邊顯示的，全球溫度穩(wěn)定在比工業(yè)化前水平高出1.5°C或低于1.5°C的水平。右邊顯示的：本世紀(jì)中葉，升溫超過1.5°C，持續(xù)最長幾十年時間，并在2100年前降回到1.5°C以下，這稱為“過沖”路徑。我們可以理解到的， “過沖”過程的尺度越大、時間越長，對減少排放源，以及大氣中CO2移除實踐，或者是技術(shù)的依賴性，也就越大。
那么，我們距離1.5°C還有多遠呢，這里有一組數(shù)據(jù)。在2006年~2015年這十年間，相對于1850年~1900年，變暖達到了0.87°C，這主要是由于人類活動增加了大氣中溫室氣體的含量。目前，全球溫度每十年上升0.2°C，到2017年，因人類活動引起的變暖，就已經(jīng)達到了比工業(yè)化前水平高1°C。如果繼續(xù)以這種速度變暖，到2040左右就達1.5°C。我們還有不到20年的時間。
但前不久的調(diào)查，又刷新了記錄，說世界已經(jīng)變暖了約1.2℃。也就是說，在短短15年內(nèi)，我們就可能會超過1.5℃。這意味著，如果不立即采取行動大幅減少溫室氣體的排放，《巴黎氣候協(xié)定》的目標(biāo)可能無法實現(xiàn)。
這是最近Science上的一篇文章，就是在COP26氣候峰會期間所發(fā)表的，對于在這次氣候峰會上的新承諾進行了評判，風(fēng)險依然很大。而且其中的這個說法，也非常耐人尋味：沒有一個國家進展足夠快，但許多國家正在向前邁進。說明大家有遏制氣候變化的共同意愿，但行動力仍然不足。
雖然道路很艱難，但是我們還是不得不去解決問題。其中，碳中和迫在眉睫！要暢想我們碳中和的未來，必須知道我們已有的東西是什么，可見的東西是什么，又有哪些東西我們知道它在那里，會有助于我們?nèi)祟惖奈磥怼?/strong>
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