世界地球日：每年氣溫屢破記錄，氣候變暖會帶來什麼危害？

2023-04-01 02:04:41

每個地球日，我們都必須關注日益嚴峻的全球變暖形勢。什麼導致全球變暖？全球氣溫每年都打破紀錄。氣候變暖會帶來什麼危害？氣候變化會影響颱風嗎？

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以下是拉斯格·黃平演講的真實記錄:

氣候研究是天氣預報嗎？

地球氣候的起源實際上是研究地球生物起源和地球文明起源的一個重要部分。地球的氣候對整個人類社會的模式有著重要的影響。

我研究氣候，人們經常問我，研究氣候是一種天氣預報嗎？讓我們先看兩張最新氣溫和降水的天氣預報圖。

天氣預報地圖

從圖中可以看出，過去幾天中國北方的氣溫明顯高於南方，這顯然與我們對6月份氣候的總體認識不符。因此，氣候學家不是在研究最後一兩天的天氣，而是在更長的時間尺度上研究氣候變化。

氣候類型

網際網路上有一個關於氣候的定義:一個地方多年的平均天氣狀況。當我們在高中的時候，我們知道氣候分為幾個部分，如熱帶氣候，溫帶氣候，高原和高山氣候等。

事實上，我們的祖先很久以前就認識到，氣候不是靜止的，要獲得「調節」風和「平滑」雨的平均氣候狀態並不容易。據統計，自漢代以來，中國在不到兩年的時間裡發生了旱災，在不到三年的時間裡發生了內澇災害。然而，古人對氣候的了解非常薄弱，只能通過各種形式祈求好天氣，例如在天壇向天祈禱和觀看星星。

現在我們知道有許多因素影響著氣候，比如大氣、陸地和海洋，尤其是海洋中包含的各種信號。海水具有很高的熱容量，變化緩慢，因此儲存在海洋中的地球氣候信息會長期影響大氣。

如果你穿越回去告訴古人地球另一邊的海洋異常會影響我們這邊的旱澇情況，古人可能會認為你是被鬼魂派來影響他們向天堂祈禱的。

第二次世界大戰後，世界相對穩定，這也讓研究人員有機會長期積累穩定可靠的數據，並觀察大範圍的氣候變化。

與此同時，隨著計算機和數學方程數值解的發展，無法通過實驗進行的氣候學逐漸成為一門可以用數值實驗工具進行研究的學科。

海洋觀測、衛星觀測和超級計算機觀測

1977年和1978年發生了非常強的厄爾尼諾事件，1982年和1983年又發生了強厄爾尼諾事件。這些事件對全球氣候產生了重要影響。此後，全球氣候學研究迎來了爆炸性的發展。人們已經開展了大量的海洋觀測、衛星觀測和超級計算機模擬。

觀察聽起來很簡單，也就是觀察，但是所有的觀察設備都非常昂貴，往往要花費數百億美元。因此，只有當人類文明和工業化達到一定水平，我們才有能力通過更先進的設備來了解和研究地球。

過去，人們只能用非常簡單的數字模型來預測厄爾尼諾現象。現在我們可以通過各國的大型數值模型提前一年預測厄爾尼諾。我們在這方面取得了很好的成績，也取得了很大的效益。

二氧化碳導致全球變暖

全球氣溫持續上升

隨著觀測時間越來越長，我們發現氣候將逐年振蕩，近幾十年來，有明顯的持續變暖趨勢。這種變暖趨勢也反映在許多自然現象中。

北極海冰範圍顯著縮小

請看這張圖片，圖片中的淺藍色表示2018年北極海冰的大致範圍，黃色圓圈部分表示1981年北極海冰的範圍。比較兩者，很明顯，北極海冰的範圍在過去30年裡已經顯著縮小。

天山冰川面積顯著縮小

如圖所示，2018年天山冰川的面積與2008年和2001年相比明顯縮小。這些是全球變暖的表現。

在過去的30年裡，人們非常關注氣候變暖的現象。在分析了所有可能影響氣候變化的因素後，科學家發現當前的氣候變化速度非常快，而影響地球活動變化的其他因素，如太陽和地球的旋轉軸，在短時間內沒有發生如此劇烈的變化。

因此，聯合國政府間氣候變化專門委員會(氣專委)在其2013年評估報告中得出了明確而謹慎的結論:當前的氣候變暖現象很可能是由工業革命以來人類排放的大量二氧化碳造成的。自從工業革命以來，人們對能源的使用主要依賴於化石燃料的燃燒，這將不可避免地向空氣體中排放二氧化碳。

二氧化碳排放

讓我們來看看這個圖表中的相關數據。在過去的80萬年裡，二氧化碳的含量一直在100 ppm到200 ppm之間。然而，在工業革命以來的短短兩三百年裡，二氧化碳的價值達到了另一個高峰，增加了40%。

溫室氣體對地球的影響

為什麼二氧化碳對氣候有重要影響？太陽會向地球輻射，但太陽的溫度很高，其輻射波長長，溫室氣體無法被吸收。

然而，地球的溫度相對較低，地球發出的輻射波長相對較長，二氧化碳和甲烷等溫室氣體可以被吸收。據估計，二氧化碳等溫室氣體目前能提供33攝氏度左右的保溫效果。

全球人口分布

也許有些朋友會說，對於北方來說，溫度高一點會有什麼影響？也許莊稼會長得更好。真的是這樣嗎？通過這張地圖，我們可以清楚地看到，目前世界上有一半的人口生活在距離海岸60公裡以內，而這種人口分布主要是由現代工業文明的整體發展決定的。

由於沿海居民的密度比大陸居民高十倍，可以想像，當全球氣候變暖、氣溫上升時，陸地冰川將融化，海平面將上升，隨之而來的風暴潮和颱風將嚴重影響沿海居民的生活。

除了全球氣候之外，人們也非常關心他們所在地區的氣候變化。例如，對西北太平洋和亞洲海岸來說，氣溫上升帶來的直接災害效應是颱風。

海水溫度會影響颱風強度

颱風在未來會變強還是變弱？事實上，區域氣候變化問題也是過去20年氣候學研究過程中的一個熱門話題。

北半球檯風結構

人們似乎對颱風做了大量的研究。例如，當談到颱風的結構時，科學家們會正面談論它。然而，當面對看似簡單而具體的問題「隨著全球氣溫上升，颱風的強度會不會變得更強」時，科學家們很著急。他們也許能寫出非常複雜的颱風預測公式，但他們不能準確回答這些問題。

颱風實際上是一個熱機過程。這是一個過程，在這個過程中，低層的暖蒸汽帶將強大的潛熱輸送到大氣層的上層，然後潛熱被釋放並轉化為動能。

這個過程看起來很簡單，好像全球變暖，海洋溫度上升，水汽增加，所以颱風強度會變強。

但是真的有那麼簡單嗎？如果真的這麼簡單，為什麼美國科學家直到2005年才在《自然》雜誌上發表相關文章，證明颱風強度的變化趨勢與海水溫度的升降有關？

為了找到更準確的證據，科學家們從觀測、理論和數值模擬等方面做了大量的工作，最終得出結論，颱風的變化趨勢與海洋溫度之間確實存在著非常明顯的直接關係。也就是說:全球變暖後，海水溫度會上升，颱風強度會變強。

自2005年發表以來，這一理論被引用了3400多次。可以說，這個理論對全球變暖的研究有很大的影響。

為什麼這些看似簡單的結論需要氣候學家花這麼多時間研究？主要原因是我們以前看到的只是一種現象和一些定性的東西，而定量的證據和結論卻非常缺乏。

2013年，我偶然參加了一個會議，會上一位老師提到了一個我以前完全不知道的現象:颱風有很強的風力，可以捲起海底的冷水。

颱風伴隨著「剎車」

眾所周知，海洋的上層直接受到太陽的照射，因此水溫較高，而下層較低。如果颱風將較冷的海水卷進較低的海洋，這是否意味著它將抑制颱風強度的進一步增加？就像颱風有自己的「剎車」。

然而，這種剎車的效果是強而弱的。當上層的暖海水較薄時，颱風捲起的冷水較冷，剎車效果較強。當上層的暖海水較厚時，颱風捲起的冷水不太冷，剎車效果較弱。

這一過程取決於許多因素，並且缺乏定量數據。海水有多厚會影響颱風強度？

2010年，有一項科學計劃要進行陸地和海洋空的聯合觀測。眾所周知，颱風在海上移動。其核心地區的天氣極其惡劣。飛機和船隻很難追蹤颱風進行觀察。

為了這項研究，科學家們投入了大量的資源，最後得出了一個結論:在西北太平洋，颱風確實可以捲起海底的冷水，最大厚度為80 ~ 100米。它對颱風的影響大約等於混合後上層80-100米海水的平均溫度。

因此，在預測颱風強度時，如果能考慮80 ~ 100米的海水溫度，比只考慮海面溫度更合理、更準確。

2013年，我在做氣候變化問題的研究，但當我聽那位老師的報告時，我沒有聽到上述問題與全球變暖有什麼關係。

全球變暖觀測和預測結果

我立刻想到，在二氧化碳增加引起的輻射中，海水錶層的溫度比下層的溫度增加得快。如你所見，這兩張地圖分別是歷史觀察和模型估計的結果。

因此，我認為我們不僅要估計海面溫度對颱風強度的影響，還要修正一些研究，否則我們會高估海洋變暖對颱風的促進作用。

物理過程聽起來很簡單，但對研究人員來說，疼痛才剛剛開始。從2015年開始，我們經歷了連續兩年使用更新的觀察數據、不斷修訂理論模型、不斷改進模型框架，以及與同行評審團隊反覆辯論、質疑和辯論，最終估計出現在看來合理的結果。

後來，所有製作數值模式來預測未來颱風變化的機構和人員都開始考慮我們提出的機制，把颱風與海洋的相互作用作為預測颱風發展趨勢的一個必要因素。

許多人認為研究全球變暖就是用一個數字模型，甚至是自己創造一個數字模型來計算，結果五花八門。有各種各樣的理論，但事實並非如此。

在實際的氣候變化研究中，有許多因素需要考慮，特別是在區域氣候變化研究中，而不僅僅是通過使用數值模型進行簡單的模擬。

最初的觀測、理論和模擬可以用來做一些天氣預報，如颱風路徑預報，但它們都沒有考慮到全球變暖的變量。當這個變量被加入時，我們不知道全球氣候會有什麼樣的連鎖反應。我們仍然缺乏理解。

因此，我們將全球變暖因素加入到全球氣候的理論框架中，盡力考慮哪些方面會受到全球變暖的影響，從而建立更充分的理論基礎。

人們經常問我，你說的很有道理，但是你能證實你的說法嗎？不幸的是，氣候研究是一項長期的趨勢研究。像天氣預報一樣，很難在一兩天內向你展示驗證結果。

最簡單的氣候預測至少需要半年甚至一年來驗證。例如，厄爾尼諾現象可以在半年到一年內得到驗證，但從研究建模到預測再到驗證，所有這些研究最終都得到了大家的認可。大約10年後，關於現代氣候變暖的研究才發展了30年。幸運的是，我們逐漸得出了一些可驗證的預測。

全球變暖預測的比較

讓我們看看這張照片。以上是美國科學家1989年在《自然》雜誌上發表的一篇文章中的一幅圖片。當時，他們預測在全球變暖之後，地球的某些地方會出現高溫，而其他地方會出現低溫。

從圖中可以看出，他們使用的數字模型非常粗糙，甚至連大陸的輪廓都看不清楚。但是30年後，我們根據過去50年分析了全球變暖的分布。因此，也許我們已經在全球變暖背景下的區域氣候變化方面取得了許多潛在的研究成果，但目前還無法證實。

在我們從事氣候變化研究的這些年裡，一直有疑問伴隨著我們，許多人不相信我們的研究。這也很正常。事實上，科學家每天都在經歷各種各樣的問題。科學問題和爭論是科學家的固有特徵。從另一個角度來看，質疑全球變暖也是一種現代科學研究範式的大眾化。

探索未知的邊緣

我們所有人都在利用自己的能力極限，在人類知識的範圍內，在好奇心的驅使下，做一系列瘋狂的測試。

該論壇原名「自我論壇」，是由中國科學院全面發起的科學文化論壇。它由中國科學院計算機網絡信息中心和科學交流局聯合主辦，中國科學博覽會承辦。它致力於跨越國界傳播非凡的思想，旨在本著「向事物學習」的精神探索科學技術、教育、生活和未來的發展。

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