23. 溫室世界會有多熱？
（How Hot Will the Greenhouse World Be?）
（本文來自科學(xué)網(wǎng)張林的博客）
溫室效應(yīng)能將地球的溫度提升到什么程度？
科學(xué)家們都關(guān)注著全球氣候的變化，而且他們相信人類活動是全球氣候變暖的最主要原因（2021年諾貝爾獎物理學(xué)獎已經(jīng)肯定了這個結(jié)論）。全球氣候變暖來源于一種被稱為溫室效應(yīng)的現(xiàn)象。所謂溫室效應(yīng)，指的是太陽輻射透過大氣到達地球表面被地面吸收，地面溫度上升后放出的熱輻射又被大氣中的水汽、二氧化碳等物質(zhì)所吸收，從而造成地球氣候變暖的效應(yīng)。理論解釋是一個方面，全球變暖最直接的證據(jù)是自2000年后世界各地高溫記錄被不斷刷新，而2020年地球北極溫度竟達到破紀錄的38°C，相反，2021年全球最低溫度創(chuàng)下-111.2°C的新紀錄，導(dǎo)致局部氣候極端差異化日趨嚴重。圖1顯示了自工業(yè)革命以來全球平均氣溫不斷上升的趨勢，2021年的諾貝爾物理學(xué)獎意味著肯定了二氧化碳在全球變暖中的作用因素。那么未來的全球溫室效應(yīng)到底能把地球的溫度提升到何種程度呢?
圖1：地球平均溫度的發(fā)展趨勢
答案取決于地球氣候系統(tǒng)——空氣、海洋、冰、陸地和生物——對我們?nèi)祟惻欧诺酱髿庵械臏厥覛怏w會產(chǎn)生怎樣的系統(tǒng)反應(yīng)。在長達四分之一世紀的爭論中，科學(xué)家們對溫室氣體排放所產(chǎn)生的氣候敏感性一直都存在不同的看法。很多專家們認為，全球氣候系統(tǒng)對溫室氣體是非常敏感的，這個復(fù)雜系統(tǒng)會被某種因素，比如人類生產(chǎn)活動中化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳、火山碎屑、太陽變暗或太陽黑子等因素激發(fā)而產(chǎn)生連鎖的非線性響應(yīng)，從而讓全球氣候發(fā)生急劇的溫度上升。而另一方面，這些專家也承認全球氣候可能對某些因素并不敏感而全球氣候變暖只是一個時期氣候變化的周期所致。盡管目前的證據(jù)表明全球氣候正在趨暖，但溫室效應(yīng)不會帶來地球氣候持續(xù)不斷地或急劇的溫度上升（有些科學(xué)家還預(yù)言地球下一個冰河期馬上到來）。
氣候?qū)厥覛怏w敏感性的問題，主要源于人們不能直接去測量某個因素對氣候系統(tǒng)所產(chǎn)生的真實反應(yīng)。理論上雖然已經(jīng)有很多有效的氣候模型，但每個模型都有自己的響應(yīng)敏感區(qū)域和適用范圍，每個模型都會因為構(gòu)建實際系統(tǒng)的簡化模型而帶來模型演化的內(nèi)在不確定性。因此，氣候科學(xué)家長期以來一直都在引用一個模糊不清的預(yù)測結(jié)果：本世紀如果溫室氣體二氧化碳增加一倍，全球氣溫會產(chǎn)生1.5°C到4.5°C的上升。 這樣的溫度預(yù)測范圍是基于早期的兩個氣候模型發(fā)展而來的（分別是日本科學(xué)家真鍋淑郎Syukuro Mnabe和克勞斯·哈塞爾曼Klaus Hasselmann分別提出的模型）。首次出現(xiàn)于1979年的預(yù)測結(jié)果，是2021年諾貝爾物理學(xué)獎得主克勞斯·哈塞爾曼利用大氣環(huán)流模式和混合層海洋模式相耦合的模型，模擬得出的結(jié)論是，在大氣中二氧化碳的濃度增加一倍，全球平均溫度上升1.5°C-4.5°C；日本科學(xué)家真鍋淑郎更為確切地給出了二氧化碳在溫室效應(yīng)中的作用，得到更為準確的溫度預(yù)言2.3°C，與觀測值非常接近。
經(jīng)過研究人員的不斷努力，預(yù)測全球變暖溫度的可靠范圍進一步縮小，至少在某一端的預(yù)測范圍的準確度和可信度都得到了提高。首先，現(xiàn)有模型的預(yù)測敏感性區(qū)域(5%至95%置信范圍)現(xiàn)在都落在了1.5°C至4.5°C區(qū)間。如果在模型中嘗試新的方法，并改變模型的一些參數(shù)（如云的行為參數(shù)），其溫度響應(yīng)結(jié)果是2.4°C到5.4°C，預(yù)測二氧化碳加倍后氣體溫度上升的最可能值為升溫3.2°C。
圖2： 溫室氣體排放和極端天氣
然而，理論模型畢竟只是數(shù)學(xué)模型。如果我們能直接從大自然身上得到全球變暖的趨勢和發(fā)展響應(yīng)那將會更加可信和準確。古生物氣候?qū)W家研究了溫室氣體之類的氣候因素在遙遠的過去是如何變化的，以及當時的氣候系統(tǒng)對這些變化所做出的氣候反應(yīng)。對于將來的溫室效應(yīng)所產(chǎn)生的生物環(huán)境上的氣候反應(yīng)，自然界是根本無法做出模擬的，而估算上一個冰河時期深處的二氧化碳濃度到底下降了多少，或者菲律賓皮納圖博火山(Mount Pinatubo) 的噴發(fā)阻擋了多少陽光的輻射，依然不可避免地存在著不確定性。現(xiàn)在，對氣候敏感性的古氣候變暖的溫度估計也落在了典型的溫度預(yù)測范圍內(nèi)——3°C左右。
全球氣候變暖溫度反應(yīng)敏感性的下限似乎也在不斷加強。研究人員表示，氣溫上升的最低下限不太可能會低于1.5°C。 這個結(jié)果基本上排除了一些人所謂的“這種氣候變暖的溫度上升是微不足道”論點，然而氣候模型反應(yīng)敏感性計算所給出的全球變暖的溫度上限依然是模糊的。利用過去一個世紀觀測到的氣候變化以及自然和人為氣候驅(qū)動因素的估計進行的研究，得出的結(jié)論是溫度上升超過4.5°C的概率達30%，而系統(tǒng)最高的預(yù)測溫度可達9°C。 最新的研究改變了模型參數(shù)，模型預(yù)測的溫度可高達11°C，不過實際上并不能確定這種極端情況發(fā)生的概率有多大。而另一些研究者指出，氣候模型無法還原出地質(zhì)歷史上所出現(xiàn)的極端溫暖期，這表明真實的氣候系統(tǒng)中存在一種模型尚未包含的危險的天氣因素。
氣候研究人員對全球變暖的預(yù)測依然面臨著艱巨的任務(wù)。他們必須把云和氣溶膠(模型中最大的不確定性)的作用注入到他們的模型中。10或15年前時，科學(xué)家們說把這些因素擬合到模型中需要10或15年才能完成，現(xiàn)在看來這種嘗試還不能在短期內(nèi)實現(xiàn)。他們不僅需要提高模型的真實性，而且要考慮到包含這些因素后計算機的運算能力。他們還必須獲取更多、更好的關(guān)于過去氣候變化及其驅(qū)動因素的記錄用于完善他們的計算。至于化石燃料排放的二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)到底能將地球表面的溫度推高到什么程度，現(xiàn)在依然還是一個誰也無法預(yù)測到的東西。
——Richard A. Kerr 文，張林 編譯
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