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全球气候系统正在变暖，是真的吗？我们应该如何应对？

（作者：西北大学城市与环境学院   李潇斐   副教授）

导语：政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告肯定地回答了这些问题。2021年诺贝尔物理学奖获得者真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）对回答全球变暖的问题做出了重要科学贡献。

1. 毋庸置疑，人类活动已经引起了大气、海洋和陆地的变暖。（翻译自IPCCAR6）

（It is unequivocal that human influence has warmed the atmosphere, ocean and land.）

相对于1850-1900年（前工业化时期）的全球地表温度变化（引自IPCCAR6）

观测表明全球变暖正在发生且变暖趋势仍在持续，1980年以来的40年是过去两千多年以来最暖的四十年；2020年，全球平均温度较工业化前水平（1850～1900年平均值）高出1.2℃，是有完整气象观测记录以来的三个最暖年份之一；2011～2020年，较工业化前（1850~1900年）增暖了1.09（0.95~1.20）°C，是1850年以来最暖的十年，其中陆地的增暖了1.59（1.34~1.83）°C，高于海洋增暖的0.88（0.68~1.01）°C。

过去170年的全球地表温度观测值（黑色线）、气候模式模拟的人类活动与自然强迫共同作用下的气温（棕色线）以及只有自然强迫作用下的气温（引自IPCCAR6）

那么增暖的事实又是因为什么而造成的呢？气候模式的模拟结果表明全球变暖主要归因于人类活动燃烧化石燃料和土地利用造成的温室气体的排放，模拟的自然强迫造成的气温变化是较为平稳的，变率介于-0.2~0.2℃，而模拟的人类活动与自然强迫共同作用下的和观测到的平均气温变化是较为吻合的，2010-2019年，人类活动导致的全球地表温度上升幅度的最佳估计值为1.07℃（0.8~1.3℃），其中温室气体贡献了1.0°C到2.0°C的升温，气溶胶等人为强迫贡献了0.0°C到0.8°C的降温，所以人类排放的温室气体是对流层变暖的主要驱动因素。温室气体中主要是二氧化碳，甲烷以及氮氧化物等，其中二氧化碳增温作用最大达0.8℃，甲烷增温0.5℃，其他气体增温有限；气溶胶整体会消减温室气体的增温作用，其中硫化物有0.5℃的降温作用，几乎抵消了甲烷的增温作用，黑炭具有微弱的增温作用，不过目前误差较大。

全球平均温室气体浓度（引自IPCCAR5）

自1850年来，观测到的温室气体的浓度在持续增加，而且这种这增加毫无疑问是由人类活动造成的，人为温室气体排放已经使大气中的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮浓度出现了大幅增加，在2019年，地球大气二氧化碳的浓度已经达到了410ppm，超过了过去两百万年的任何时期。

2. 2021诺贝尔物理学奖获得者对全球变暖科学研究的贡献

2021 年诺贝尔物理学奖被授予“对我们理解复杂系统的开创性贡献”，其中的一半授予真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann），表彰他们“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的贡献。诺贝尔物理学委员会主席托尔斯汉斯汉森评价到“今年获得认可的发现表明我们对气候的了解建立在坚实的科学基础之上，基于对观测的严格分析。今年的获奖者，都为我们更深入地了解复杂物理系统的特性和演化做出了贡献。”

2021年诺贝尔物理学奖获得者 （截图自诺贝尔物理学奖网站）

同样是在20世纪六十年代，美国气象学家爱德华·洛伦兹（Edward Lorenz）就发现了天气系统的混沌现象（即著名的蝴蝶效应），快速而混沌的天气变化会给气候计算带来很大问题。20世纪八十年代，德国科学家克劳斯·哈塞尔曼找到了一种办法，将无序变化的天气现象描述为快速变化的噪声信号，从而为长期气候预测奠定了坚实的基础。他发现不同特质的现象都能在这些噪声信号中留下不同的痕迹，例如太阳辐射、火山颗粒或温室气体水平的变化在大气变化中留下的独特信号可以被分离出来，这些特定的痕迹被称为相应因素的“指纹”，利用这种识别“指纹”的方法，他找到了人类对气候影响的痕迹，证明了人类活动对气候变暖的影响。

真锅淑郎的大气物理模型

哈塞尔曼“指纹”法区分人为强迫与自然强迫

3. 未来气候变化—“双碳”目标提出

为了模拟未来的气候将如何变化，IPCC报告提出了五种基于不同的二氧化碳排放路径，其中SSP5-8.5和SSP3-7.0代表较高排放水平， SSP2-4.5代表中等水平，以及SSP1-2.6和SSP1-1.9代表了较低水平，这些排放路径的数字是把二氧化碳的增温效果换算为同等瓦数的辐射增量。在高的两种排放情境下，二氧化碳在2100年前依然会飙升，到本世纪中叶，变暖很可能达到2.4℃，并继续升温，本世纪末增温将达到2.8-5.7℃；在中等排放情境下，二氧化碳浓度会在2030-2055年间达到一个稳定状态，而后开始下降，但是气温将持续增长，本世纪末，增温将达到2.7℃；而较低的两种排放情景下，需要立即开始快速减排，二氧化碳浓度会快速下降，在2055-2080年达到碳中和，最终增温在1-2.4℃。在最近的未来二十年增温几乎都会达到1.5℃，而在本世纪末，只有最低的排放路径才有可能将增温控制在1.5℃以下，这意味着在本世纪中叶全球必须要达到碳中和，然而根据目前全球的碳排放政策，控制在1.5℃的可能性很低，需要全球的通力合作才可能达成这一目标。

由于过去甚至未来的碳排放造成的很多变化，例如海洋，冰盖和全球海平面，在百年甚至千年尺度上是不可逆转的。从自然科学的角度来讲，限制人类活动引起的全球变暖就必须要限制二氧化碳的排放，达到碳中和（净零碳排放）。人类累计排放二氧化碳的量和全球变暖的温度大致有一个线性关系，每增加1000Gt的二氧化碳的排放，大气会增温0.45℃（0.27-0.63℃）。如不立即进行减排，几乎可以肯定的是未来平均温度会随着累计二氧化碳的增加而持续升高，并给人类带来灾难。

未来五种二氧化碳浓度排放路径（引自IPCCAR6）

基于不同的二氧化碳排放路径下模式模拟的未来气温变化（引自IPCCAR6）

正是在这样的背景之下，2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”这一重要宣示为我国应对气候变化、绿色低碳发展提供了方向指引、擘画了宏伟蓝图。

为积极落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和工作的决策部署，贯彻教育部《高等学校碳中和科技创新行动计划》要求，2021年5月9日上午，西北大学与榆林市人民政府共建的榆林碳中和学院应运而生，这是全国首家碳中和学院，是全国第一所培养“碳中和”领域专门人才的新型研究型学院，定位“服务国家‘2030年碳达峰，2060年碳中和’目标，聚焦二氧化碳捕集利用与封存（CCUS)、化石能源清洁利用、可再生能源、氢能、储能、能源互联网、碳经济和政策研究等七大方向开展碳中和技术研发、转化和推广应用，重点培养具有国际视野、产业认知、基础扎实、多学科交叉背景的复合型人才。

本文作者：李潇斐

（稿件来源：西大科研）

参考文献：

1. IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yeleki, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press.

2. IPCC, 2014：气候变化2014：综合报告。政府间气候变化专门委员会第五次评估报告第一工作组、第二工作组和第三工作组报告 [核心撰写小组、 R.K. Pachauri 和 L.A. Meyer (eds.)]。

3. Manabe and Wetherald (1967) Thermal equilibrium of the atmosphere with a given distribution of relative humidity, Journal of the atmospheric sciences, Vol. 24, Nr 3, May.

4. Hegerl and Zweirs (2011) Use of models in detection & attribution of climate change, WIREs Climate Change.

5. https://www.nsfc.gov.cn/csc/20340/20289/58539/index.html

6. https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-10/doc-iktzqtyu6432540.shtml

7. http://www.ieexa.cas.cn/kxcb/kpdt/202108/t20210812_6156040.html

8. http://www.qstheory.cn/llwx/2020-09/30/c_1126561371.htm

9. https://www.nwu.edu.cn/info/1192/23060.htm