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氣候變化關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的分析
摘要：美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的國(guó)家研究委員會(huì)地球與生命研究部氣候變化科學(xué)委員會(huì)最近向白宮提交了一份關(guān)于氣候變化科學(xué)問(wèn)題的咨詢報(bào)告，以供布什政府以及相關(guān)機(jī)構(gòu)決策參考。該報(bào)告根據(jù)美國(guó)的全球變化研究工作對(duì)100年以來(lái)以全球氣候變暖趨勢(shì)為特征的全球氣候變化的認(rèn)識(shí)，對(duì)IPCC關(guān)于氣候變暖的的研究成果與預(yù)測(cè)作了剖析。該咨詢報(bào)告在承認(rèn)全球變暖研究中仍存在一些不確定性的同時(shí)，指出全球變暖確實(shí)存在，并對(duì)白宮與民眾所關(guān)心的一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題作了回答，這些問(wèn)題是：自然氣候變化的幅度；溫室氣體和其它對(duì)氣候變化具貢獻(xiàn)作用的氣體的排放是否在加速增長(zhǎng)及其增長(zhǎng)速率與來(lái)源；氣溶膠的驅(qū)動(dòng)作用；降低溫室氣體以及其它一些對(duì)氣候變化具貢獻(xiàn)作用的排放物的增加趨勢(shì)所需的時(shí)間；氣候變化是否正在發(fā)生以及如何發(fā)生；溫室氣體是否導(dǎo)致氣候變化；未來(lái)100年溫度的變化幅度以及發(fā)生地點(diǎn)；所預(yù)計(jì)的氣候變化有多少是氣候反饋過(guò)程（如水蒸氣、云和冰雪融化）造成的；不同程度的全球變暖的后果；科學(xué)研究是否已經(jīng)確定溫室氣體濃度有一個(gè)“安全”水平；為了提高對(duì)氣候變化的認(rèn)識(shí)，還有哪些專門領(lǐng)域需要更深入地進(jìn)行研究。最后指出在氣候變化研究中獨(dú)立自主開(kāi)展工作意義重大，以及今后需要加強(qiáng)的研究領(lǐng)域和關(guān)注重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：氣候變暖；全球變暖；美國(guó)；京都議定書(shū)
背景介紹
受白宮2001年5月11日的委托，隸屬美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的國(guó)家研究理事會(huì)地球生命研究部氣候變化科學(xué)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱氣候變化科學(xué)委員會(huì)）于2001年6月6日向白宮提交了一份關(guān)于氣候變化科學(xué)問(wèn)題的咨詢報(bào)告，以供布什政府以及相關(guān)機(jī)構(gòu)決策參考。該報(bào)告根據(jù)美國(guó)的全球變化研究工作對(duì)100年以來(lái)以全球氣候變暖趨勢(shì)為特征的全球氣候變化的認(rèn)識(shí)，對(duì)IPCC關(guān)于氣候變暖的的研究成果與預(yù)測(cè)作了剖析。IPCC一直呼吁各國(guó)對(duì)溫室氣體排放采取更加嚴(yán)厲的控制措施，并于1997年12月達(dá)成了控制溫室氣體排放的《京都議定書(shū)》, 《議定書(shū)》中明確指出在2008年至2012年期間，世界38個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家6種溫室氣體（以CO2作用最為突出）的排放量要在1990年的基礎(chǔ)上平均減少5.2％，其中美國(guó)減少7％，歐盟成員國(guó)減少8％。但布什政府對(duì)是否存在全球變暖趨勢(shì)、變暖的程度以及其在溫室氣體排放中應(yīng)承擔(dān)的義務(wù)持懷疑態(tài)度，這引起了國(guó)際上尤其是歐洲各國(guó)的不滿。事實(shí)上，美國(guó)離《京都議定書(shū)》規(guī)定的減排目標(biāo)卻越來(lái)越遠(yuǎn)。按照美國(guó)在1995年至2000年間CO2排放的平均增長(zhǎng)速度，到2008年時(shí)，美國(guó)的CO2排放量不但不會(huì)減少，而且要比1990年高出35％，這將嚴(yán)重影響全球減排計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)（ENERDATA能源信息統(tǒng)計(jì)所，2001年6月8日）。如何履行美國(guó)政府在溫室氣體減排中的義務(wù)，成為布什于6月12日的首次訪歐中的第二大焦點(diǎn)問(wèn)題（首要問(wèn)題是國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃）。
該咨詢報(bào)告承認(rèn)在全球變暖問(wèn)題上仍然存在一些不確定性，如關(guān)于自然變化對(duì)全球變暖的作用有多大等，但總體上支持歐洲國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人和環(huán)保組織以及IPCC的觀點(diǎn)。氣候變化科學(xué)委員會(huì)主席Ralph J. Cicerone說(shuō)：“我們知道地球大氣層的溫室氣體越來(lái)越多并導(dǎo)致地面氣溫上升。但對(duì)于迄今為止的氣溫上升，我們還不清楚究竟在多大程度上受人類活動(dòng)的影響。但是，根據(jù)物理原理和計(jì)算機(jī)模擬，我們認(rèn)為氣候變暖會(huì)繼續(xù)加劇，因?yàn)闇厥覛怏w排放仍在繼續(xù)”。
對(duì)于在全球變化認(rèn)識(shí)上的不確定性，氣候變化科學(xué)委員會(huì)認(rèn)為主要是由于假設(shè)的差異、模型的差異以及替代數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等原因造成的，但即便按照最保守的估計(jì)，全球變暖以及海平面的上升都將伴隨著整個(gè)21世紀(jì)。為減少目前全球氣候變化模型預(yù)測(cè)中的不確定性，需要在以下兩點(diǎn)的認(rèn)識(shí)與模擬上取得較大進(jìn)展：①?zèng)Q定大氣溫室氣體與氣溶膠濃度的因子；②決定氣候系統(tǒng)對(duì)溫室氣體增加的敏感性的反饋機(jī)制。對(duì)氣候監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，規(guī)劃一個(gè)全球觀測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。
由于人類活動(dòng)，溫室氣體在地球大氣中不斷積累，引起了陸表與海表溫度的升高。在過(guò)去的幾十年中所觀測(cè)到的變化很可能主要是由人類活動(dòng)引起的，但是我們不能排除這些變化的一些重要部分也是自然變化的反映。人類引起的變暖以及與之有關(guān)的海平面的上升預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)整個(gè)21世紀(jì)。由計(jì)算機(jī)模型模擬和基本的理論推算得出的一些相關(guān)影響（包括雨量的增加、半干旱地區(qū)干旱程度的增加）十分依賴于變暖的程度及其發(fā)生的概率。
由IPCC（氣候變化政府間工作小組）對(duì)人為引起的全球變暖進(jìn)行的基本可信的評(píng)估是以氣候驅(qū)動(dòng)力*增加為前提的，如CO2將加速全球變暖的進(jìn)程。到21世紀(jì)末，全球溫度升高3℃的預(yù)測(cè)是與云層和大氣相對(duì)濕度影響全球變暖的假設(shè)相一致的。這一預(yù)測(cè)也與通過(guò)比較冰期－間冰期的溫度振蕩所得到的氣候敏感性結(jié)論相一致，冰期－間冰期的振蕩導(dǎo)致了氣候驅(qū)動(dòng)力的變化。所預(yù)測(cè)的溫度升高對(duì)有關(guān)溫室氣體和氣溶膠濃度的升高的反應(yīng)極為敏感。因此，國(guó)家的決策在目前以及今后較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)將影響脆弱的人類社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)所遭受損害的程度。因?yàn)槟壳皩?duì)氣候系統(tǒng)在自然狀態(tài)下如何變化以及如何響應(yīng)溫室氣體和氣溶膠的排放的認(rèn)識(shí)還存在相當(dāng)大的不確定性，所以這一預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)當(dāng)看作是暫時(shí)的，需要根據(jù)未來(lái)的變化進(jìn)行調(diào)整。
氣候變化科學(xué)委員會(huì)所提交的咨詢報(bào)告中力求對(duì)氣候變化科學(xué)問(wèn)題以及IPCC研究成果的可信度進(jìn)行更為清晰的描述。詳盡的表述對(duì)政策制定者很有幫助，因?yàn)樗麄冃枰紤]緩解氣候變化或是適應(yīng)氣候變化等多種選擇。該咨詢報(bào)告主要回答了以下一些白宮以及民眾關(guān)注的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
1 自然氣候變率的幅度有多大？
眾所周知，在局地和區(qū)域空間尺度上，以及短至十年的時(shí)間周期上，自然氣候變化的幅度十分寬廣（超過(guò)幾個(gè)攝氏度），降雨的變化也十分大。例如，有證據(jù)證明像20世紀(jì)30年代的“塵盆（Dust Bowl）”的劇烈干旱，在10-14世紀(jì)的美國(guó)中部非常普遍。通過(guò)冰川反復(fù)進(jìn)退的對(duì)比研究得出，局部地區(qū)的平均溫度變化已經(jīng)超過(guò)10℃。評(píng)估全球平均溫度的自然變化非常困難，因?yàn)楝F(xiàn)有的數(shù)據(jù)空間覆蓋較小，且替代數(shù)據(jù)推斷溫度難度大。雖然如此，仍有證據(jù)表明，在最近一次冰期的冰川后退期間，全球變暖的速率是2℃/千年。
2 溫室氣體和其它對(duì)氣候變化具貢獻(xiàn)作用的氣體的排放正在加速增長(zhǎng)嗎？不同的溫室氣體與排放物是按不同的速率增長(zhǎng)嗎？溫室氣體與其它對(duì)氣候變化具貢獻(xiàn)作用的排放物濃度的增加是人類活動(dòng)引起的嗎？
一些溫室氣體的排放正在增加，但也有一些溫室氣體的排放呈減少趨勢(shì)。在某些個(gè)例中，氣體排放的減少是決策的結(jié)果，但是在另外一些事例中，氣體排放的減少卻很難理解。
在直接受人類活動(dòng)影響的溫室氣體中，最重要的是CO2、CH4、N2O和CFCs。人類活動(dòng)排放的氣溶膠也可以影響氣候（表1列出了大氣中的氣候驅(qū)動(dòng)因素所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力）。
分析取自格陵蘭和南極的冰芯所獲得的CO2濃度變化的記錄具相當(dāng)代表性，其范圍從冰期的接近190ppmv（百萬(wàn)分之體積濃度）到較溫暖的間冰期（如開(kāi)始于大約1萬(wàn)年前的最近一次間冰期）的接近280pp
mv。 直到業(yè)革命為止，CO2濃度一直沒(méi)有超過(guò)280ppmv。當(dāng)1958年開(kāi)始系統(tǒng)大氣測(cè)量的時(shí)候，CO2濃度已經(jīng)到達(dá)了315ppmv，目前其濃度大約為370ppmv，并以1.5ppmv/年的速率增長(zhǎng)（這個(gè)數(shù)值比1958年有記錄以來(lái)的早期的增長(zhǎng)速率略高）。人類活動(dòng)應(yīng)該對(duì)這種增長(zhǎng)負(fù)主要責(zé)任�；剂系娜紵翘嫉闹饕欧旁�，其實(shí)際排放量大約是所觀測(cè)結(jié)果的兩倍。在過(guò)去的幾十年里，熱帶森林的砍伐對(duì)CO2排放也具貢獻(xiàn)作用。過(guò)量的CO2由海洋和陸地生物圈吸收。
目前CO2、CH4等大氣層中的氣體含量高于其它的任何時(shí)期。從1978年以來(lái)，溫室氣體的濃度大致以每年1%的速率平穩(wěn)增長(zhǎng)，到20世紀(jì)90年代其增長(zhǎng)的速率變得緩慢，但更具不確定性。大約當(dāng)前2/3的CH4是由于人類的活動(dòng)產(chǎn)生的，如水稻種植、畜牧業(yè)增長(zhǎng)、礦業(yè)開(kāi)采、秸桿回填、天然氣處理，所有這些在過(guò)去的50年中都有所增加。
對(duì)流層中的臭氧一小部分是平流層中的自然過(guò)程產(chǎn)生的，到了20世紀(jì)，又有一部分臭氧補(bǔ)充進(jìn)了這部分“對(duì)流層臭氧”。在局部區(qū)域，這部分臭氧是由陽(yáng)光對(duì)污染大氣（由機(jī)動(dòng)車輛尾氣、化石燃料燃燒、電力工廠以及生物燃燒等產(chǎn)生的氣體造成）的光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。
N2O由土壤和水中大量的微生物的反應(yīng)形成，但含氮化肥的大量生產(chǎn)與使用也造成N2O的增加。能夠產(chǎn)生N2O氣體的一些人工化學(xué)過(guò)程已經(jīng)得到確定。在過(guò)去的200年里N2O的濃度增加了大約13%。
自1928年首次合成CFCs以來(lái)，其在大氣中的含量一直穩(wěn)定增長(zhǎng)，到20世紀(jì)90年代初其含量達(dá)到最高。許多工業(yè)上有用的其它含氟化合物（如CF4和SF6）在大氣中具有很長(zhǎng)的壽命，盡管有些氣體在大氣中的濃度還不足以產(chǎn)生大的輻射驅(qū)動(dòng)，但已引起了研究者的關(guān)注。CFCs的替代產(chǎn)品HFCs具有溫室效應(yīng)，因?yàn)槠湓诖髿庵袎勖^短，其作用尚不明顯。
3 還有哪些排放物是氣候變化的驅(qū)動(dòng)因素（如氣溶膠、CO、煤煙等）？它們對(duì)氣候變化的貢獻(xiàn)是什么？
除了溫室氣體，人類活動(dòng)還增加了大氣氣溶膠的含量，這些氣溶膠包括硫酸鹽顆粒和黑碳（煤煙），由于它們?cè)诖髿庵械膲勖芏蹋植季哂胁痪庑�。硫酸鹽顆粒將太陽(yáng)輻射散射回外層空間，從而在一定程度上減緩溫室效應(yīng)。最近由于“潔凈碳技術(shù)”和低硫燃料的利用，使得硫酸鹽濃度逐漸降低，在北美這一作用更為明顯，但也降低了其對(duì)溫室效應(yīng)的抵消作用。黑碳?xì)馊苣z是生物燃燒（森林火災(zāi)和秸桿焚燒）以及化石燃料不完全燃燒的最終產(chǎn)物，它們直接或間接地影響太陽(yáng)輻射的收支，盡管要量化其影響還存在難度，但這一點(diǎn)是確定無(wú)疑的。
4 降低溫室氣體以及其它一些對(duì)氣候變化具貢獻(xiàn)作用的排放物的增加趨勢(shì)需要多長(zhǎng)時(shí)間？不同的溫室氣體以及其它的排放物是否具有不同的消亡時(shí)間？
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