極端天氣與全球氣候變暖

2010年，世界上多個(gè)地區(qū)出現(xiàn)了破紀(jì)錄的極端天氣氣候事件，這些極端事件給多國人民造成了大量的生命和財(cái)產(chǎn)損失。年初，北半球中高緯度的一些地區(qū)出現(xiàn)了極端嚴(yán)寒和暴風(fēng)雪天氣；春季，我國西南地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的嚴(yán)重干旱，我國北方大部分地區(qū)則出現(xiàn)了少有的低溫天氣；5月初以來，包括中國在內(nèi)的北半球一些地區(qū)相繼遭受高強(qiáng)度的高溫?zé)崂艘u擊；7月，印度季風(fēng)帶來的暴雨導(dǎo)致印度河出現(xiàn)110年以來的最高水位，巴基斯坦發(fā)生最嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，超過1600多人死亡，4000多萬人受到影響，幾乎占巴基斯坦總?cè)丝诘娜种弧?/p>

2010年出現(xiàn)的這些極端天氣氣候事件具有范圍廣、強(qiáng)度大、致災(zāi)重的特點(diǎn)。

全球變暖惹的禍?

2007年，政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)發(fā)布的第四次氣候變化評估報(bào)告指出，由于全球變暖，已經(jīng)觀測到包括干旱、強(qiáng)降水、熱浪和熱帶氣旋強(qiáng)度在內(nèi)的一些極端天氣氣候事件的出現(xiàn)頻率和強(qiáng)度發(fā)生了變化，未來將有可能出現(xiàn)更多更嚴(yán)重的極端天氣氣候事件。在全球氣候變暖的背景下，高溫?zé)崂耸录夂蜃兣捻憫?yīng)尤為突出，特別是自20世紀(jì)90年代以來，全球范圍內(nèi)極端高溫?zé)崂耸录穷l繁發(fā)生，部分地區(qū)甚至年年都遭受高溫?zé)崂艘u擊，如歐洲極為罕見的在2003年、2006年、2007年和2010年接連出現(xiàn)高強(qiáng)度的高溫?zé)崂恕Ｃ绹谶^去的近10年內(nèi)出現(xiàn)的創(chuàng)紀(jì)錄的高溫天數(shù)是創(chuàng)紀(jì)錄的低溫天數(shù)的兩倍以上。

2010年在全球各地出現(xiàn)的高溫?zé)崂恕⒑闈碁?zāi)害事實(shí)似乎也從一個(gè)側(cè)面佐證了IPCC的評估結(jié)論。在全球氣候變暖的大背景下，極端天氣氣候事件為何頻繁出現(xiàn)?

以氣溫的變化為例，如果某一地區(qū)的氣溫變化在多年平均條件下呈正態(tài)分布，那么從概率論上來講，在平均溫度處的天氣氣候狀況出現(xiàn)的概率最大，偏冷和偏熱天氣出現(xiàn)的概率較小，極端偏冷或極端偏熱天氣出現(xiàn)的可能性更小。但是，由于全球氣候變暖，該地氣溫的平均值增加了，這時(shí)偏熱天氣出現(xiàn)的概率將明顯增加，并且原來很少出現(xiàn)的極熱天氣也可能會(huì)頻繁出現(xiàn)，破歷史紀(jì)錄的極端高溫等極端事件也有可能會(huì)發(fā)生。如果氣溫變化的波動(dòng)范圍保持不變，則這種情況下偏冷天氣出現(xiàn)的概率會(huì)減小，不大可能出現(xiàn)極端偏冷天氣；但如果氣溫變化的波動(dòng)范圍也增大了，那么極端偏冷天氣仍然有可能出現(xiàn)，只是出現(xiàn)概率會(huì)比以前減小。

對于強(qiáng)降水的出現(xiàn)與全球氣候變暖的關(guān)系，從氣象學(xué)原理上可以這樣解釋：由于全球變暖使得地表氣溫升高，較高的溫度引起水分蒸發(fā)加大，致使水循環(huán)速率加快，導(dǎo)致更多的降水在更短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，這就有可能增加大暴雨等極端降水事件以及局部地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重洪澇的頻率。另外，由于植物、土壤、湖泊和水庫的蒸發(fā)加快，水分耗損增加，再加上氣溫升高，一些地區(qū)將遭受更頻繁、更持久或更嚴(yán)重的干旱。

質(zhì)疑之聲

雖然大多數(shù)的科學(xué)家都非常認(rèn)可IPCC第四次評估報(bào)告中關(guān)于全球氣候變暖的結(jié)論，仍然有一些科學(xué)家對IPCC評估報(bào)告提出質(zhì)疑。

首先，一些科學(xué)家質(zhì)疑全球變暖的趨勢是不是仍然存在。2008年初我國南方地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)的低溫雨雪冰凍災(zāi)害；2009／2010年入冬以來北半球的北美、歐洲和東北亞等地氣溫異常偏低，冰雪災(zāi)害頻發(fā)，這使得有人認(rèn)為，全球氣候變暖的總體趨勢已經(jīng)停止或發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，未來全球氣候甚至可能會(huì)轉(zhuǎn)而進(jìn)入一個(gè)微冰河期。根據(jù)英國《每日郵報(bào)》2010年1月10日的報(bào)道，包括氣候?qū)W家拉蒂夫(Latif)在內(nèi)的多位氣候變化研究領(lǐng)域的權(quán)威科學(xué)家宣稱，英國當(dāng)時(shí)的異常嚴(yán)寒天氣僅僅是全球氣候變冷趨勢的開端；目前全球氣候已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)“寒冷模式”，全球氣溫將呈現(xiàn)下降趨勢，而且這一趨勢至少會(huì)持續(xù)20～30年。由于海洋中的海水溫度變化具有60～70年左右的自然循環(huán)周期，他們認(rèn)為海水溫度的這種自然變化可能對全球氣溫形成比預(yù)期要大的影響，海洋的周期性變冷可能會(huì)抵消一些全球變暖的效果，這可能導(dǎo)致對進(jìn)入新世紀(jì)以來全球變暖效應(yīng)的抵消，使全球變暖的趨勢停止。

其次，一些科學(xué)家認(rèn)為太陽活動(dòng)等自然因子才是近百年來全球變暖的主要原因，人類活動(dòng)并不能解釋觀測到的全球變暖。他們認(rèn)為，IPCC報(bào)告中氣候模式所顯示的溫室氣體濃度升高和全球平均溫度變化之間的一致性主要是通過調(diào)整計(jì)算機(jī)氣候模式中的物理參數(shù)得到的，但這些物理參數(shù)的調(diào)整具有很大的隨意性。另外，二氧化碳濃度和溫度的相關(guān)性并不高，因此也不能支持是二氧化碳濃度升高引起溫度變化的結(jié)論，如20世紀(jì)40年代之前二氧化碳濃度的上升并不迅速，但全球氣溫卻存在_個(gè)變暖階段；1940～1975年間二氧化碳濃度上升迅速，但這一時(shí)期的溫度卻在下降。IPCC的評估報(bào)告則認(rèn)為，工業(yè)化革命以來太陽活動(dòng)造成的直接輻射強(qiáng)度要比人類活動(dòng)所造成的小一個(gè)量級，太陽活動(dòng)在這一時(shí)期的氣候變化中所起的作用很小。IPCC認(rèn)為，如果僅考慮太陽活動(dòng)等自然因子的作用，氣候模式無法模擬出20世紀(jì)中葉以后的全球變暖；只有同時(shí)考慮了自然因子和溫室氣體的作用，才能夠模擬出全球氣候的變暖趨勢，從而證明了近50年的全球氣候變化主要是人類活動(dòng)引起的。

由于IPCC得出人類活動(dòng)導(dǎo)致全球氣候變暖的主要證據(jù)來自于計(jì)算機(jī)模式對氣候變化的模擬結(jié)果，因此還有一些科學(xué)家對計(jì)算機(jī)氣候模式的可靠性提出了質(zhì)疑，他們認(rèn)為計(jì)算機(jī)氣候模式的結(jié)果并不可信，這主要表現(xiàn)在以下四點(diǎn)：第一，氣候模式?jīng)]有考慮太陽變暗和變亮的影響，如1985年前到達(dá)地球表面的太陽輻射較少(全球變暗)，1985年后到達(dá)地球表面的太陽輻射較多(全球變亮)。但是，當(dāng)前的計(jì)算機(jī)氣候模式對此并沒有考慮。第二，氣候模式不能真實(shí)地模擬云和氣溶膠的作用。各種不同模式的模擬結(jié)果之間之所以會(huì)存在很大的差異，主要就是由于不同的模式對云的處理和云參數(shù)化方案的選擇不同。由于人類活動(dòng)主要集中在北半球，這使得北半球比南半球分布著更多的硫酸鹽氣溶膠，從理論上講由于氣溶膠的“陽傘效應(yīng)”使得一部分太陽輻射被反射回太空，因此北半球的變暖幅度應(yīng)該比南半球更小，但觀測結(jié)果恰恰相反，北半球的變暖幅度遠(yuǎn)高于南半球，這說明氣候模式所模擬的溫度變化趨勢在緯度分布上的觀測結(jié)果并不一致。第三，氣候模式對區(qū)域尺度方面的氣候變化，特別是對區(qū)域尺度上降水變化的預(yù)測非常差，有時(shí)不同的氣候模式對同一區(qū)域降水變化的模擬結(jié)果可能會(huì)完全相反，因此不能依靠計(jì)算機(jī)氣候模式對區(qū)域氣候變化進(jìn)行可靠的預(yù)測。第四，計(jì)算機(jī)氣候模式也不能解釋許多觀測到的氣候特征，如極區(qū)溫度變化，特別是南極的溫度變化趨勢與理論計(jì)算值不符。

全球變暖仍將持續(xù)

事實(shí)上，現(xiàn)有的觀測證據(jù)表明，全球氣候變暖的總體趨勢并未停止或逆轉(zhuǎn)，未來全球氣候持續(xù)變暖的趨勢還將持續(xù)下去。由于近百年來全球地表平均氣溫的變化并不是直線式上升的，人們平時(shí)所感知到的氣候變化實(shí)際上是氣候的趨勢性變化與年際、年代際波動(dòng)共同影響的結(jié)果，在全球氣候以變暖為總體特征的變化趨勢下并不排除在個(gè)別區(qū)域或個(gè)別時(shí)段出現(xiàn)氣溫下降的情況。例如，過去近百年來我國的全國地表平均氣溫升高了約1.1℃，但同期我國西南地區(qū)(包括云南東部、貴州大部、四川東部和重慶等地)卻降低了0.45℃。又如，2010年4月全球地表平均氣溫比常年偏高0.76℃，為1880年以來同期的最高值，但我國陸地平均氣溫比常年同期偏低1.2℃，是1961年以來的最低值。因此，應(yīng)當(dāng)從全球范圍和長時(shí)間尺度上來科學(xué)認(rèn)識(shí)全球氣候變暖。變暖并不意味著全球地表平均氣溫一定要一年比一年高，也不意味著地球上所有地區(qū)同步發(fā)生同樣幅度的變暖現(xiàn)象。在全球氣候呈現(xiàn)總體變暖的趨勢下，在個(gè)別地區(qū)仍然會(huì)有可能出現(xiàn)個(gè)別較冷的時(shí)間段，但出現(xiàn)的次數(shù)會(huì)更少，冷的程度也不會(huì)那么劇烈。例如，2009～2010年的冬季，由于北極地區(qū)異常偏暖，暖空氣進(jìn)入加拿大，將冷空氣向南推進(jìn)，加拿大人度過了一個(gè)暖冬，但美國大西洋沿岸地區(qū)的天氣則變得極端寒冷多雪；與此同時(shí)，其他一些地區(qū)則炎熱得異乎尋常。因此，雖然個(gè)別地區(qū)或個(gè)別年份都有可能經(jīng)歷最冷或最熱的天氣，但作為一個(gè)整體，全球氣候在最近的30年里一直沿著持續(xù)變暖的趨勢在發(fā)展。

根據(jù)美國國家海洋大氣管理局(NOAA)的最新觀測資料，IPCC第四次評估報(bào)告發(fā)布以來的這3年(2007～2009年)全球平均氣溫也都處于有儀器記錄以來的最暖10年之列，2010年3～6月是1880年以來最暖的幾個(gè)月份，其中2010年6月是1985～3月以來連續(xù)第304個(gè)比20世紀(jì)平均溫度偏高的月份。從今年的觀測事實(shí)來看，2010年很有可能是1850年以來最熱的年份。

目前，大氣中溫室氣體二氧化碳的濃度仍然在以每年2個(gè)ppm左右的速度增加，2010年6月二氧化碳濃度已經(jīng)超過392ppm；并且，由于海洋的熱慣性作用，即使大氣中溫室氣體的濃度能夠保持穩(wěn)定，未來一段時(shí)間內(nèi)全球的氣溫仍然會(huì)繼續(xù)上升。

難以準(zhǔn)確預(yù)測的氣候變化

大家都知道，在天文學(xué)中像日食、月食等天文現(xiàn)象是可以提前很多年就準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出來的，在海洋科學(xué)或水文科學(xué)中像是潮汐、洪峰等水文現(xiàn)象也可以提前作出準(zhǔn)確預(yù)測，但對氣候變化，人們卻很難提前準(zhǔn)確預(yù)測，只能預(yù)估出一個(gè)大致的趨勢。

這是因?yàn)椋谔煳膶W(xué)中，太陽、地球和月球的運(yùn)動(dòng)是都可以作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來處理的，這些質(zhì)點(diǎn)之間僅通過萬有引力發(fā)生作用，萬有引力的大小又僅取決于它們本身的質(zhì)量和它們相互之間的距離；因此，決定這些質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制方程就非常簡單，提前很多年就可以準(zhǔn)確預(yù)測它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。海洋中的海水流動(dòng)雖然不能簡單地作為質(zhì)點(diǎn)來處理，但海水的運(yùn)動(dòng)也是遵從流體力學(xué)原理的，在已知的外力(如月球、太陽的引潮力)作用下，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是容易預(yù)測的。

大氣的運(yùn)動(dòng)就完全是另外一回事了。雖然大氣從本質(zhì)上看也是流體，但它是氣體，氣體是可壓縮的(遵從氣體狀態(tài)方程)；大氣的組成中除了成分相對穩(wěn)定的氮?dú)狻⒀鯕獾葰怏w外，還有狀態(tài)多變的水汽，水汽在大氣中存在多達(dá)幾十種的相變方式，通過不同的相變來成云致雨，這些都決定了大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制方程組會(huì)非常復(fù)雜，再加上大氣所受到的外力也是難以準(zhǔn)確預(yù)測的，因此人們不可能通過風(fēng)洞或水槽之類的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來研究氣候變化，只能通過計(jì)算機(jī)氣候系統(tǒng)模式來模擬和預(yù)測。

就目前的科學(xué)發(fā)展水平來看，計(jì)算機(jī)氣候系統(tǒng)模式是最重要的氣候預(yù)測和預(yù)估工具，氣候系統(tǒng)模式本身以及利用模式來預(yù)估未來氣候變化的趨勢都是可靠的，但卻難以提前對氣候變化作出十分精確的預(yù)測。

因?yàn)闅夂蛳到y(tǒng)從本質(zhì)上看是一個(gè)混沌系統(tǒng)，這決定了它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)存在一個(gè)可預(yù)報(bào)的時(shí)間尺度，超過這個(gè)時(shí)間尺度之后，由于混沌系統(tǒng)內(nèi)非線性的誤差增長會(huì)超過初始信號的強(qiáng)度而使預(yù)測結(jié)果失去意義。發(fā)現(xiàn)大氣具有混沌特性的洛倫茲曾經(jīng)打過一個(gè)比喻：南美的一只蝴蝶拍一下翅膀，其產(chǎn)生的氣流擾動(dòng)經(jīng)過放大，最后會(huì)引發(fā)紐約的一場風(fēng)暴。也就是說，即使初始誤差很小，這個(gè)誤差經(jīng)過非線性放大，最后也會(huì)達(dá)到驚人的地步。

另外，對于混沌系統(tǒng)的預(yù)測同樣具有不可重復(fù)性，即使是在相同的初始條件下采取同樣的計(jì)算方法和計(jì)算步驟，最后得出的結(jié)果也是不會(huì)完全相同的。這好比一個(gè)人在高山上滑雪，雖然他每次都是從山頂?shù)耐粋€(gè)位置滑下來，但到達(dá)山底的位置每次都是不同的。

此外，地球的大氣還受到大氣以外的其他因子變化的影響，這些系統(tǒng)目前并沒有被我們很好的認(rèn)識(shí)，因此，在氣候研究和模擬中要對未來氣候狀況作出像日食、月食或潮汐預(yù)報(bào)等那樣精確的長期預(yù)測幾乎是不可能的。

讓時(shí)間來檢驗(yàn)

2010年2月23日，國際科學(xué)理事會(huì)(ICSU)發(fā)布了一份關(guān)于圍繞IPCC第四次評估報(bào)告爭論的聲明，聲明認(rèn)為IPCC評估報(bào)告反映了當(dāng)前對有關(guān)氣候系統(tǒng)、演變過程以及未來預(yù)估的科學(xué)認(rèn)識(shí)，肯定了IPCC評估報(bào)告是國際社會(huì)前所未有的、最全面的關(guān)于氣候變化的科學(xué)評估結(jié)論。5月7日，美國《科學(xué)》雜志也刊登了255名美國科學(xué)院院士聯(lián)名發(fā)表的公開信，信中對IPCC的評估結(jié)論給予明確支持，并指出科學(xué)結(jié)論總會(huì)有某些不確定性，科學(xué)永遠(yuǎn)不能絕對地證明任何事情；但最近的這些事件絲毫沒有改變有關(guān)氣候變化的根本結(jié)論。

氣候變化是一門科學(xué)，其正確與否需要經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn)。這讓人們想起了有關(guān)愛因斯坦的一個(gè)故事，據(jù)說愛因斯坦的相對論發(fā)表以后，有100個(gè)教授簽名聯(lián)合反對相對論；愛因斯坦知道后說：如果能證明我錯(cuò)了，一個(gè)教授就足夠了。

從這個(gè)意義上說，時(shí)間，也將會(huì)成為檢驗(yàn)全球氣候持續(xù)變暖論斷正確與否的標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，面對頻繁出現(xiàn)的極端天氣氣候事件，我們需要迅速行動(dòng)起來，采取措施來降低氣候變化對人類的威脅。

相關(guān)鏈接

“全球變暖”35年

35年前，也就是1975年8月8日，美國著名的氣候?qū)W家、地球化學(xué)家華萊士·布勒克教授在《科學(xué)》雜志發(fā)表了題為“我們是不是處在全球變暖的緊要關(guān)頭?”的文章。在文章中他預(yù)測，地球即將轉(zhuǎn)入由于二氧化碳增加導(dǎo)致的全球變暖期。這篇文章的發(fā)表正式宣布了“全球變暖”概念的誕生。

布勒克教授提出全球變暖概念的時(shí)候，全球已經(jīng)歷了30多年的溫度下降。令人吃驚的是，在此文章發(fā)表后，全球溫度就奇跡般地升起來了。當(dāng)然，這并非“奇跡”，只是他在掌握了基本物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，作出的相對準(zhǔn)確的氣候預(yù)報(bào)。

35年來，通過眾多科學(xué)家的努力，人類對于氣候變化機(jī)理研究取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。比如在布勒克教授的文章中，他并沒有考慮其他溫室氣體(甲烷、一氧化氮等)和氣溶膠等對氣候變化的影響，而現(xiàn)在科學(xué)家對兩者的作用已經(jīng)有了量化的估計(jì)。海洋、冰蓋以及陸地植被等對氣候變化的影響也逐步被考慮進(jìn)來。同時(shí)，由于對氣候變化機(jī)理認(rèn)識(shí)的加深以及計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，現(xiàn)在使用的各種數(shù)值模式比之當(dāng)年也有了很大的發(fā)展，其結(jié)果的可信性也越來越高。

責(zé)任編輯 趙 菲