王会军院士最新解答全球气候变暖问题,北极的

日期:2019-09-18编辑作者:新闻资讯

在一片细碎的浮冰中,一只北极熊费力地向前游着。它试图趴在其中一块上,但这些浮冰都太小了,无法承受它的重量。它已经不间断地游动了数十公里,却找不到一块能让自己休息的冰面。

王会军院士最新解答全球气候变暖问题

这样的场面常常被北极科考人员的镜头捕捉到,但在更多时候,人们只是在海岸边找到北极熊的尸体。尸检结果显示,这种善于游泳的生物死于溺水。

最新数据显示,2014年全球气温创历史新高。全球平均气温为14.6摄氏度,比20世纪的平均水平高出0.69摄氏度。

因为北极的冰川不断融化,北极熊不得不跋涉更远的距离寻找食物。至少从本世纪初开始,这个距离已经超过了北极熊体力所能支撑的范围,它们最终筋疲力尽地溺死在茫茫大海之中。

即便如此,近十几年平均气温走平、西欧北美寒冬等“事实”正成为质疑全球气候变暖的理由。

长达半年的白天与黑夜轮流统治这片北纬66度以北的地域,它包括覆盖北冰洋的大冰盖和周围的冻土带,包含丹麦、加拿大、俄罗斯、挪威、瑞典、芬兰、冰岛、美国8个国家的部分国土。

就在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所近期举行的“杨钟健—裴文中”学术讲坛上,中国科学院院士、中国气象学会理事长王会军对全球气候变暖问题作出了最新的解答。

根据美国国家航空航天局的观测数据,在过去40年里,北极夏季海冰面积减少了近一半,只剩下约350万平方公里。从事北极气象研究的美国罗格斯大学气候学家、美国气象学会会员珍妮弗·弗朗西斯最新的研究结果则预测,2040年前的某个夏天,北冰洋上的冰层可能完全消失。

气候变暖停止了?

“这可能摧毁整个北极的生态系统。” 弗朗西斯说,“这会直接导致全球海平面上升,影响全球的生态和气候系统。”一个无冰的北极带来的后果,可能是人类难以承受的。

“近百年来,全球气候总体存在变暖趋势是一个不争的事实。”王会军首先强调,该结论证据确凿。

北极比北京还暖和

根据IPCC(政府间气候变化专门委员会)第五次科学评估报告,从1880年到2012年的100多年时间里,全球地表平均温度始终处于增长趋势,到了上个世纪80年代,增温幅度更为显著。1983年到2012年是过去1400年来最热的30年。

3个月前,拿到北极气温分布图时,弗朗西斯愣住了。根据计算机的测算,北极点附近被标注为绿色,这意味着北极此时的气温已经高于0摄氏度。而在同一时间,北京、莫斯科、多伦多等城市的平均气温都在0摄氏度以下。

在此期间,陆地比海洋增温快,高纬度地区比中低纬度地区增温快。王会军尤其提到了高原地区,青藏高原终年有积雪,由于冰雪的反馈作用,高原地区变暖的趋势也更强烈。高原的这种情况就类似于极地。

那本该是一年中北极最冷的时候。经历了近半年的极夜,北极已经很久没有被阳光照射了,往年这个时间,它的平均气温都在零下30摄氏度左右。弗朗西斯查阅了挪威、丹麦等地研究所成立以来的数据,发现这是史上从来没有过的。

不过,自气候变暖说提出后,质疑声便一直没有间断过。尤其是近年来,对气候变暖论提出挑战的科学家认为,迄今为止全球气候已有十多年未呈变暖趋势了,或被称为”Hiatus”。这也是2012年全球16位科学家联合对全球变暖说提出质疑的重要事实依据。

这个结果并不让她感到意外。作为较早做北极气象研究的学者之一,她一直关注着北极的海冰情况。“目前北极海冰的体量仅为20世纪80年代的四分之一。”她在论文中写道,“而我们领域的科学家原本推测,至少要到本世纪中叶,北极海冰的体量才会减少到这个程度。”

“全球平均气温在1998年到达一个高值之后,确实进入了一个平台期。”王会军承认,最近十几年来气温变化趋缓,“但是,所谓的气候变化,关注的是几十年至上百年尺度的长期趋势,而不是年际之间的变化;而且关注的是全球平均情况。”事实上,最近的15年还是百年来最暖的15年。不能认为长期气候变暖趋势就停止了。

过去的3年时间里,她目睹北极的气象纪录一项一项被打破:北极的气温、北极地区地表冰层的融化程度、北极海冰的减少量……每一项结果都远比过去学界对北极气候的模拟结果要严峻。

然而,人类排放的温室气体仍然在增加,全球平均气温走平的原因究竟是什么?

2003年,她曾和全球其他24名科学家参加了一场有关北极气象环境系统的研讨会。那时,她正在针对北极与全球气候变化的联系建立模型。当她忧心忡忡地拿出研究数据,发现其他学者研究洋流、温度、大气的数据都能与自己的研究结果相互印证。

王会军解释,真正的地球系统接受的太阳短波辐射的能量,有90%多进入了海洋。研究显示,海水比大气的热容量大得多,上层海洋能量储存在增加,一定程度上消化了由于温室气体增加所吸收的热量。

“北极的整个气象环境系统正在朝岌岌可危的方向演变,阻止这种变化趋势的可能性微乎其微。”弗朗西斯说。更让她沮丧的是,他们从不同的方向研究北极,这些方向之间存在着内在联系,所有的数据都指向了同一个结果。

除此之外,太平洋年代际震荡会使大气产生年代际波动。2000年以后,PDO转入了负相位,对气温上升起到一定的缓解作用。

类似的情况也在南极出现。研究人员测算,现在南极大陆上冰盖融化对海平面上升的贡献是每年0.3毫米。

王会军还提到,有科学家预计2030年到2035年PDO可能会转入正相位,届时,年代际增暖可能与温室气体增加一起向气候系统施加压力,气候变暖将变得更加猛烈。

经过反复地研究与计算,弗朗西斯在2005年发表论文,预测北冰洋上的冰层可能在本世纪末的某个夏季完全消失。

不以人的意志为转移?

这个结论曾在当时引起轩然大波。自文明诞生以来,人类这个年轻的物种还从未经历过这样的情形。气候研究结果显示,距今约12.5万年前,北极曾经出现过比现在稍暖的情况,当时的海平面比现在的要高4~6米,今天纽约、上海所在的地方都沉没在海水中。

从地球气候的形成至今,全球经历了不同时期的气候变化,这也使得一部分科学家始终持有一种观点,地球气候的长期历史表明,冷暖周期交替变化,是不以人类的意志为转移的。因此,似乎不应过分归因于人类。

现在的情况不比那时乐观多少。根据政府间气候变化委员会的观测,全球海平面的上升速度为每年3~6毫米,这个速度还在不断加快。由于气候变暖,格陵兰地区的冰盖逐渐融化,包括挪威、俄罗斯在内的国家的冻土也开始消融,建在上面的建筑物发生垮塌,道路弯曲变形,树木也纷纷倒下。

对此,王会军指出,人类活动,尤其是温室气体导致气候变暖以及一系列相应的气候变化是由严谨的物理学等科学规律所决定的,不是猜想,更不仅是统计模式的结果。

弗朗西斯最近的研究结果让她“彻夜难眠”:北极在夏季出现冰层全部融化的情况很可能在2040年前发生,10多年前预测的倒计时一下子提前了60年。

地球系统的能量来源是太阳的短波辐射,它经过大气之后绝大部分可以到达地面,而到达地面的部分最终大都以长波辐射的形式最终返回太空。这就可以解释,从地面到对流层,温度越往上越低。因为,加热大气的能量实际来自地表。

北极“空调”瘫痪了

然而,通过计算得出,到达地面的热量与真正反射后从大气顶部排出的热量并不相等。

在北极异常“高温”的同时,整个北半球大陆地区都在经历寒潮或极端天气。中国北京、美国明尼苏达州、美国密歇根州等地在今年4月迎来大雪,美国西部地区出现严重的干旱和异常的高温。

事实上,截留的长波辐射是被大气中的温室气体,尤其是二氧化碳和水汽所吸收了。

老一辈有关天气的俗语“七九河开,八九燕来”和二十四节气口诀失效了,作物也因为极端天气欠收。即使是看似遥远的亚热带沿海城市,也更频繁地受到飓风威胁。

臭氧也是一种温室气体,温室气体非常重要。“如果没有它们存在于大气中,会使得全球年平均气温比现在下降30多度。”王会军说。

“如果北极继续变暖,我们将更频繁地遭遇极端天气。气候变化是全球性的,没有任何国家或城市可以幸免。”弗朗西斯说。北极地区的气温能够影响到50千米高空的大气环流,而这个高度的大气环流则控制着北半球天气的形成和发展。

“但是,随着温室气体的增加,从大气顶部排出的热量减少,温室效应就加强了,并导致了全球气候变暖。”

研究北极的科学家习惯把极地比作整个星球的“空调”,它能容纳一定范围内的气候变化,调节温度、湿度、天气。但在经历比正常时候高30摄氏度的“酷暑”时,它瘫痪了。弗朗西斯近年的研究甚至认为,现在北极的情况还会放大天气的极端程度。

IPCC最新报告也指出,气候变化主要由人类活动造成的这一结论的可信度超过95%。

因为气候变暖,北极地区的生态系统也遭遇威胁。高纬度地区的苔原提前变绿,虫卵早熟,迁徙的鸟类因此错过觅食时间。海冰缩减导致北冰洋海域浮游生物聚集,越来越多的国家和商业公司涌入北极,争夺自然资源。

当然,从长期来看,地球绕太阳公转轨道变化所产生的周期性波动、火山活动、太阳活动等也会对地球气候系统产生影响。

目前学界的主流观点是,温室效应是造成北极冰川融化的重要原因,而这主要是人类的活动造成的。世界气象组织发布的温室气体公报显示,到2016年年底,全球大气二氧化碳浓度达到80万年以来的最高值,约为第一次工业革命前的1.5倍。

让气候变化顺其自然?

由于气候系统对此响应要晚于二氧化碳浓度的变化,没有人能确切地估计将来气候的变化。“北极会是一个观察的窗口。”弗朗西斯说,“目前的状况很不乐观。北极经历了一系列很可能不可逆的变化。”

当代气候变化态势在一部分人看来,并未超出历史上气候变化的范畴。人类可以顺其自然。

她把北极比作地球气候系统的“金丝雀”,因为北极地区对气候的变化非常敏感。过去煤炭工人下井前,都是先放入金丝雀,判断人类能否在井中存活。

然而,正因为有了人类文明,对于气候变化就变得高度敏感了。“人类和很多动植物很难在短期内适应剧烈的气候变化,尤其是这种剧烈气候变化还会伴随着极端天气、气候事件的频发和灾害的加重。”王会军说,如果全球气候变暖的速率不加遏制,它对人类社会和生态环境将产生重大影响,而其中很多可能是负面的。

“更糟糕的是,一旦北极开始变暖、海冰融化,这个趋势会进一步加剧。”这位学者说。白色的海冰本来能够反射光线和热量,但当冰层融化,深色的海洋水体会吸收更多热量,融化更多海冰。北极温度的升高还会让大气环流从低纬度地区带来热量,使北极的温度继续升高。

近年来,西欧、北美、日本以及我国东北部地区冬季多次发生极端暴风雪天气,王会军表示,这些异常天气气候事件与北极地区和全球变暖有密切联系。

北极暴暖,多地大寒

从大气环流的变异理论来解释,正常情况下,北极是寒冷的,而中纬度地区则相对温暖,因此,存在温度的经向梯度。这个梯度的存在,使得西风急流得以维持,而大气的波动会沿着西风急流传递。

在格陵兰岛的最北端,气象观测员写下长达61小时温度高于0摄氏度的记录。天气好的时候,那里的海员只需要穿白衬衣和海军制服就足够御寒。“北极暴暖,多地大寒”成为气象学界近年的热点问题。

由于北极变暖非常强烈,温度的经向梯度因此减弱,西风急流也变弱,大气环流的经向度加大了。经向度加强而纬向度减弱,冷空气就会更容易自北向南爆发,导致这些地区冷空气异常强烈,多出现暴风雪天气。

大约从2009年开始,人们以为全球变暖的速度减缓了——冬天越来越冷,各地气象观测站记录也显示,最近10年温度升高的速率只有1950年时的一半。学界开始反思,气候变暖是否因为人类活动导致,我们还有没有必要加紧减排温室气体。

此外,根据定量统计,全球陆地和海洋冰川、格陵兰岛的陆地冰原的冰量减少,都是与全球变暖密切相关。

这种怀疑一直到2017年年末才有了答案。因为南、北极观测站数量极少,过去的统计是不完全的。如果把两极的气温纳入计算,全球变暖的趋势并没有缓解,这同时说明,极地变暖的速度远超全球变暖的速度。

近期发表在《自然》杂志上,来自哈佛大学的一项新研究在对海平面变化的基线数据重新进行校正后发现,在过去20年中海平面上升加速的情况可能比之前预想的更加严重。

对脆弱的地球气候系统来说,一点点温度变化都是致命的。全球平均地表温度上升1~3摄氏度时,夏季北极海冰将消失,格陵兰岛厚度上千米的冰盖发生不可逆的融化;如果温度上升超过5摄氏度,冬季北极海冰也将消失,多年冻土融化,大量甲烷等温室气体释放到空气中。

这既是全球气候变暖的有力证据,也是它所产生的最为重要的一个直接后果。

从1988年政府间气候变化委员会成立起,学界和政界多次形成气候评估报告,2015年《巴黎协定》将2摄氏度升温目标正式纳入具备法律效力的国际条约。但2017年6月,美国总统特朗普宣布退出《巴黎协定》。

海冰和冰盖的融化将导致海平面上升,直接影响小岛国的生存;山地冰川融化将会改变陆地水循环,由于春季化冰,春汛频发,冰川对整个水循环的调剂作用会减弱,导致一系列灾害发生。

由于北极圈内存在大量矿产和油气资源,各国对北极资源的争夺越来越激烈。为了夺回因苏联解体而存在争议的地域,俄罗斯多次向联合国大陆架委员会提交仲裁,还派驻了现役最大轰炸机执行巡航任务。

不过,王会军提到,人们关注不多的是,北极海冰迅速减少,尤其是在2007年、2012年秋季,缩小范围非常明显,这同样与西欧、北美地区的寒冬有着千丝万缕的联系。

“如果不扭转北极变暖的趋势,他们到头来可能什么都得不到。”弗朗西斯说。在她眼里,北极的将来“阴晴不定”,目前的变化是否可逆、负面的影响能否消除在学界仍有争论。

有意思的是,王会军最近还研究发现,我国东部地区雾霾的增加也可能与北极海冰减少有关。他表示,从长期变化看,华北、黄淮和一部分长江中下游区域,冬季雾霾发生的年际变化,与北极海冰秋季的年际变化,存在一定的反向关系。

“只能说,如果人类可以快速作出响应,减少温室气体排放,这个变化的幅度和速度还是有可能降低的。除此以外,我们能做的也许只是随时准备应对极端情况的出现。”

“一方面我们排放的污染物在增加,另一方面海冰减少致使气象条件不利于污染物的扩散。”王会军认为,它可能起到了推波助澜的作用。

106年前,泰坦尼克号撞上冰山沉没。如果它在北极冰层消失的日子驶过北大西洋,数千条生命将幸免于难。但对这个地球上的绝大多数生物来说,拥有一个无冰的北极,绝对不是幸运。

预测未来面临挑战

气候变化对各国社会、经济、生活及生态环境等都会产生很大影响,所以对未来气候如何变化进行更可靠的预测,成为气候学界的热门问题。

所谓气候预测,是基于气候系统变化规律而建立起来的,利用日益复杂的气候模式和高性能计算机进行数值求解, 以获得对未来长时间气候系统状况的预测。

这样的预测包括气温变化、湿度变化,海平面上升、降雨的变化、河流的变化、热带气旋和其他极端天气出现频率的变化等等。

气候系统模式是预测气候变化的基本工具,而气候系统是由大气圈、生物圈、水圈、冰雪圈、岩石圈组成的,因此,气候系统模式需要包括描述这些圈层的复杂的数学物理模块,并可以对各模块进行不同的组合,以满足不同研究的需求,达到模拟过去和现在地球气候系统、预测和预估气候变化等目的。

当然,气候系统模式对过去和现在气候的模拟还有许多不完善的地方,使得预估和预测未来气候存在很大的不确定性。目前科学家们正致力于发展气候系统模式和生物地球化学系统模式相耦合的地球系统模式以及高分辨率气候系统模式,以便实现对地球气候和环境变化进行更科学更可靠的模拟和预测。

可见,预测未来气候仍面临巨大挑战。

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