全球气候变暖的影响因素

全球气候变暖的影响因素

根据100多年来世界气温数据，除个别场所外，大多数地方的气温变化与世界气候变化趋势一致。近百年全球平均气温大约升高了0.6℃,1998,2002和2003年是录得全球平均气温最高的3年,比1988年还要高,尤其是2004年我国西北、华北、长江中下游地区和珠江三角洲6-7月都出现了异常高温,位于珠江三角洲中心城市广州更出现近百年破历史记录的异常高温,7月1日气温高达39.1℃,导致高温中暑或因高温引发的疾病死亡人数多达40多人。广州出现历史最高气温因素很多,除了由于副热带高压控制下沉气流增温、台风外围环流偏西北干热的大陆气流增温,吹越高山下沉气流“焚风效应”,大气污染灰霾天气增温,以及城市化产生的城市热岛效应等因素外,还与全球气候变暖大气候背景有关。为此,作者对全球气候变暖成因作进一步分析。1气候变化的季节和季节动态形成并影响地球气候的基本因素是太阳辐射、大气环流和地表状况。其中,太阳辐射是主导因素,是大气及海陆增温的主要能量来源,也是大气中一切物理及天气气候过程和现象的基本动力。全球气候地区差异、季节及年际变化不同,主要是太阳辐射地球表面分布不均及其变化的结果,在高纬度地区,夏季光照量大,而冬季光照时间短,辐射量小,极地几乎为零,终年冰天雪地,气温很低;中纬度地区辐射量居中,春夏秋冬光照四季分明;低纬度地区,一年四季辐射都较多且变化较小,因而终年气温较高,反映四季常夏的气候特色。大气环流是操纵天气气候变化的无形机器,大气是指包围在地球表面的整个气层,厚度达1000～2000km,但大气环流过程主要发生在十多公里以下的对流层。低纬度空气受热膨胀上升,高纬度空气因冷却而下沉,于是就构成了大规模的大气环流,再加上地球自转偏向力的作用等复杂因素,形成各种风系及气候带,并造成地球温度分布的现存状况。地表状况包括地理纬度、海陆分布、洋流、地形、植被等地理环境因素。陆地与海洋具有不同的辐射性质、反射率、热容量、传热方式和热量分配方式,因而形成大陆性气候和海洋性气候,海洋不仅决定了海洋气候的特殊性,而且还极大地影响着陆地,尤其滨海地区气候,在海陆边界地带,白天吹海风,而夜间吹陆风,形成昼夜周期性海陆风环流;在大陆与大洋之间的广大区域,由于下垫面绝然不同,夏半年盛行夏季风,吹偏南风,冬半年盛行冬季风,吹偏北风(北半球),形成年周期性季风环流;地形对气候的影响错综复杂,往往一山之隔,山前与山后,南坡与北坡气候大不相同;森林气候与荒漠气候更是差别极大。总之,地表状况不同形成的气候是不同的,它与太阳辐射和大气环流同是形成气候的三大基本因素之一。2太阳辐射年变程影响的地球副热带高压年变化尽管上面的理论能够解释许多气候现象及变化过程,但还有些现象和过程难以解释。例如,南半球和北半球的副热带高压的年变程且具有同步性,即南北半球夏季所有海洋上的副热带高压,几乎都同时加强,而南北两半球冬季所有海洋上的副热带高压,几乎都同时减弱,这些现象不能用太阳辐射的年变程来解释的,假如是太阳辐射年变程影响的结果,则在同一时期内,南北两半球的副热带高压的强弱变化应该是反向的,而不该是同向的。这就是说,气候的形成和演变有其他影响因素在起控制作用。于是,后人就开始分析研究日月引潮力,地球自转速度,地极移动重力场变化,火山活动以至人类活动等等因素对气候的影响,为了便于与上述3个基本因素相区别,科学家就把这些因子归类称为气候的第四类因子。有趣的是,难于用太阳辐射因子解释的全球副热带高压年变化,却能用地球自转速度的年变化来解释。据研究,地球自转加快的夏季(7-8月),南大西洋,北大西洋,南太平洋,北太平洋和印度洋的副热带高压都是同时加强的,而3-5月和10-12月,地球自转达速度减慢慢时,它们都有同时减弱。也就是说,南北半球副热带高压的变化是由气候第4类因子——地球自转速度的变化控制和影响。近百年来全球气候变暖也是上述形成气候的三个基本因素难于解释的,通过大量资料分析研究,这现象也是第四类因子影响造成。3太阳辐射变化地球气候从19世纪末工业革命后,便随着人类活动的不断增强而逐渐趋向暖和,20世纪初全球平均气温比1949-1979年30a长期平均气温低0.25℃,到1940年全球气温上升了0.5℃,从此以后,气温在波动中上升,到20世纪80年代,全球气温上升迹象更加明显,是20世纪以来最暖的10a,其中1980-1984年是最热的5a,而且这种变暖势头至今没有减弱。自1900年以来到20世纪80年代全球气温最高的年份是1988年,比1949-1979年平均气温增高0.34℃,其次是1987年,以下依次是1983,1981,1980和1986年。据英国东英吉利大学气候研究所等部门研究结果,并通过计算机进行的温度效应预测显示,1990年以后至21世纪中叶,平均气温将上升0.5～1℃。近百年来,全球气候变暖现象看来难于用太阳辐射变化作全面解释。关于太阳辐射的变化,自1837年法国物理学家Povillet提出太阳常数这个名词以来,长期未能证实或否定其为常数,直到1978年雨云7号卫星才解决了这一问题,观测结果得知,太阳辐射变化仅0.2%～0.5%,是否太阳常数可能有1%的变化,尚需更长时间观测证实,即使有1%的的变化,由于,太阳活动都是周期性的,只能影响大气周期性升温与降温,不可能使全球气候近百年来持续变暖,因此,用人类活动近百年来持续增强这种气候第四类因子去解释比较符合实际。自工业革命后,由于世界人口增长速度越来越快,人类活动加剧,随着人口激增,城市化、工业化,交通现代化进程加快,森林、矿物……等自然资源大量被消耗,使得全球森林面积锐减,并产生大量的CO2等“温室效应”气体在近百年内持续增加,结果导致大气温度(主要是对流层)持续上升,全球气候变暖。3.1温室效应气体排放量将增自十九世纪工业革命以来,大气中CO2含量迅速增加,浓度增大,据对冰川冰核中空气的分析结果,1750年大气中CO2浓度仅为280×10-6。自1958年开始,美国在夏威夷对大气中的CO2浓度进行了40多a的连续测定(其中1958-1971年测定结果详见图1),并在全球建立了一个包括南极极点在内的20多个观测站的CO2观测网。其测定结果表明,近几十年来大气中CO2浓度正在迅速增大,1958年CO2浓度为312.5×10-6,到1984年增至343×10-6。1958-1968年CO2浓度年增长率小于1×10-6;而1968-1978年CO2浓度年增长率却大于1×10-6。若按此速度增加,则未来50a内大气中CO2浓度将增加30%,到21世纪中叶将增至600×10-6,即相当于工业革命初期的2倍多。CO2是大气中最主要的“温室效应”气体,目前全球CO2年排放量大约50亿t以上,浓度已超过345×10-6,如果全球矿物燃料消耗量继续按计划2%年增长率递增,预计到21世纪中叶以后大气中CO2含量将增加1倍多,也相当于工业革命初期的2倍多,跟上述CO2浓度增加倍数接近,由此可预测,到21世纪末CO2“温室效应”将增强1倍多,全球气候将变得更暖。除CO2之外,N2O、甲烷、含氯氟烃等其它气体也具有“温室效应”特性,不过其作用较CO2小,在产生“温室效应”的原因中,CO2占50%,甲烷沼气占20%,含氯氟烃占15%,N2O占10%,O3等占5%。在其它温室效应气体中,N2O的年排放量约3000t,1970年大气中N2O浓度289×10-9,1984年增至303×10-9,预计50a后将增至375×10-9;甲烷的年排放量约5.5亿t(其中一半是人类活动产生),排入大气中的甲烷有90%通过氧化作用生成CO2和HO2,只有10%甲烷留在大气中,近300a来,大气中的甲烷浓度呈增长趋势,自20世纪以来这种趋势更加明显,其中1965-1975年甲烷浓度年增长率为0.5%,1975年后增至2%,1985年北半球大气中甲烷浓度为1.55×10-6,估计50a后将增至2.34×10-6,我国是国际上公认的沼气甲烷排放大国,对大气中甲烷浓度的测定和研究极待加强;含氯氟烃的年排放量已近50万t,1982年大气中含氯氟烃的浓度比1979年增加了53%,这种势头若不加控制,估计50a后将增加3.5倍,含氯氟烃除具有“温室效应”特性之外,还具有破坏大气臭氧层的作用,全球大气O3总含量自70年代以来已减少3%,如果达到5%以上,地面太阳紫外辐射的增强将使全球生态系统发生重大变化,皮肤癌病人及其死亡人数将急剧增加,因此防止含氯氟烃浓度继续增加,保护大气O3层的对策研究迫在眉捷。3.2其他国家的发展人类在地球上的出现一直到今天已经历了300万a的历史,总的趋势是人口增长速度越来越快,特别是20世纪70年代以来增长更快。据联合国有关部门统计,世界人口在20世纪初为16亿,1975年增至41亿,预测到2030年为100亿,2100年接近300亿,这数字与美国科学院对整个地球的最大承受能力研究结果极为接近。目前全人类正以每秒3个人,每天约25万人的速度激增,在今后10a内全球由于人口的增加(约10亿人)仅人体呼吸排放到大气中的CO2就将增加20多亿t,平均每年增加2亿多t,至2010年全球近70亿人口每年从人体内排放到大气中气中CO2将超过100亿t,而需要消耗大气中O2的数量比排放的CO2稍少一点,但也将超过100亿t,使大气中CO2与O2的平衡比例失调,从而使CO2“温室效应”作用大大增强。由于世界人口激增,人类生活及生产活动所消耗的资源,尤其森林资源的数量将大大增加,由于林产品及薪柴需求量急剧增加,预计到2010年按人口平均的商品木材蓄积将消失40%以上,世界的森林正以每年1800～2000万hm2的速度从地球上消失,主要出现在非洲、亚洲、南美洲潮湿的热带森林,预测表明发展中国家剩余的森林覆盖面积到2010年将消失40%以上。由于森林的急剧减少,森林生态功能将大大削弱,未来十年内平均每年吸收大气中CO2的数量将大约减小70亿t(图2),而每年向大气释放O2的数量则减小51亿t左右。其后果将使大气中CO2与O2平衡比例严重失调,CO2大量增加,而O2却大量减少,致使CO2“温室效应”大大增强,从而加速全球气候变暖的进程。4气候变化的影响全球气候变暖问题并不那么简单,从上文分析来看,近百年来全球气温上升好象和大气中CO2浓度增加趋势一致,但事实上在20世纪40年代至70年代正是CO2增加激烈时期,北半球陆地气温却明显下降,南半球以及海上也有不同程度下降,由此可见,除了人类活动造成CO2等气体浓度增加之外,还有其它因素在控制或影响地球气候的变化,以致在一定时期内掩盖人类活动CO2浓度增加造成的气候变暖。气候系统内部各部分之间相互作用和相互调整(如海气相互作用等),一般认为是年际变化的主要原因,不可能是造成全球性长期气候变化的原因。这种变化主要是气候系统外部强迫因子造成的。例如日月引潮力、太阳活动、火山活动等等。据我国北京大学王绍武教授的研究认为,各个外界强迫因子在过去100a期间可能造成的温度变化中,以火山活动的作用最重要,其次是太阳活动,CO2的影响最小。特别是1950-1970年全球气温下降时期正是全球火山活动较频繁时期,据资料分析说明,1920-1950年是火山活动沉寂时期,20世纪50年代后火山活动逐渐增加,火山强度指数(VEI)≥4的火山活动比50年代前增加了3倍,大量火山灰进入大气,使大气中气溶胶光学厚度增加,大大削弱了进入地球表面的直接太阳辐射,因此火山活动是造成50-70年代全球气温下降(0.2℃)的主要原因。由于它的降温作用超过了CO2的升温作用,从而掩盖了CO2浓度持续增加对全球的变暖作用。在气候变暖过程中太阳活动的作用也是不可忽视的,它的作用是周期性的,在百年尺度～千年尺度变化周期中,主要是76a世纪周期和22a磁周期比较显著,特别是以世纪周期作用最显著。太阳黑子活动自1935年出现世纪周期的最低点后,至1979年出现世纪周期的最高峰,这时期是太阳活动的增强期,对气候变暖作用相当大,甚至在一定时期内可超过CO2的升温作用,不过太阳活动世纪周期对气温的影响作用有升有降,其升温的影响年限不可能超过世纪周期的一半,看来造成长达近百年的持续增温全球变暖,用近百年来人类活动CO2浓度持续增大来解释比较吻合。综上分析,影响全球气候变化的因素很多,其中太阳辐射、大气环流和地表状况是形成气候的3个基本因素,此外,还有气候的第4类因子。影响近百年全球气候变暖的主要因素是火山活动、太阳活动、人类活动等气候系统外部的第4类因子,其中世界人口膨胀,人类活动加剧造成的大气CO2浓度持续增大,以及森林遭破坏,平衡CO2与O2的生态功能持续下降,从而使CO2“温室效应”显著增大,是导致近百年全球气候变暖的最根本原因。根据各国不同能量平衡模式(EBM)模拟的结果,大气中CO2浓度加倍时,地球表面温度可升高0.6～3.3℃,虽然不同模式得到的结果差别较大,对21世纪何时CO2浓度能够加倍的看法也不一致,但无论如何,在21世纪由于人类活动CO2浓度将会持续增加是无疑的,因此在未来100a内全球气候将持续变暖也是无疑的。现在全球平均气温已比100a前上升了0.6℃,今后,在全球变暖的大气候背景下,世界各地(含中国三大火炉重庆、武汉、南京以及广州等地)最高气温记录,如果遇上适宜的各种增温环境条件相配合还将会突破。根据2005年7月10日羊城晚报报道,据科研机构监测显示,目前广州大气中CO2的含量平均值已上升到360×10-6～380×10-6,属于中等偏高水平,距国际“京都协议书”规定的420×10-6限制标准尚差50×10-6左右,中国的不少大城市的情况也和广州类似。因此,