气候变化重塑世界魏科

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导读

本文分享的主题是气候变化,这个近年来频繁出现在各种国际会议中的议题正在引起人们越来越多的关注。气候到底发生了什么变化,而这种变化对我们究竟有多重要?在本文中,中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心副主任魏科用翔实的图例和最新的预测模型警示我们:气候变化带来的最坏影响可能不是出现在现在,而是出现在不远的将来。

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魏科

中国科学院大气物理研究所

季风系统研究中心 副主任


气候变化

今天我要跟大家分享的主题是气候变化,大家在很多的新闻稿,各种的场合里面都听到过 “气候变化”这个词,各种国际会议的议题里面一定会有气候变化,这给人一种感觉,一个国际会议如果没有讨论气候变化,这个会议好像都不算特别大。
比如说这张照片,2015年全世界150个国家元首和领导人,齐聚到一起开会,讨论的唯一主题就是关于气候变化。大家可能会问,气候到底发生了什么变化,让这么多的领导人全部来做同样一件事情,它对于我们究竟有多重要?

宜居带

气候变化最大的影响是人类在地球上的宜居性,地球处于离太阳不近也不远正好的位置,这个位置就是宜居带
在这个宜居带,地球的温度正好可以保持让液态水存在。在我们头顶的位置,接受到的太阳的辐射,大概相当于每平方米1300W的灯泡一直在照,如果按照这个能量算一个理论的温度,能算出地球的温度大概是5.3度。但是考虑到地球表面的冰雪、云层、陆地表面各种各样会反射掉一部分太阳的辐射,真正能到达地球的太阳辐射只占总辐射里面的大概70%。所以我们会算出来地球的平均温度,大概是零下18度。零下18度,看着不像是可以让人类和所有生物生存的世界,因为在这样的世界里面,所有的植物都死光了,所有吃草的动物和吃肉的动物基本上也全部消失了,也不适合人类居住。


为什么我们现在的温度可以适合我们居住呢?是因为我们的头顶有非常厚的大气层。这个大气层从地面一直可以延伸到大概三千公里,主体在从地面到我们头顶50公里的范围内,99%的大气质量是在这个范围。这个大气层里面包含了二氧化碳、水汽、甲烷、臭氧等等,这些属于温室气体。温室气体的存在相当于给地球盖了一个厚厚的被子,提供了大概33度的保温效果,让地球的平均温度保持在15度,15度是非常好的温度,介于冬天和夏天之间,春天的温度,所以非常宜居。

人类对气候造成的影响

气候发生了什么样的变化?在过去的几百年里面,我们人类的生产力急剧增加,人类对气候造成的这种影响,远远超过了自然的影响。比如说我们现在的地球表面,至少50%以上的陆地表面跟以前完全不一样。人类每年向大气排放大概1.6亿吨的二氧化硫,远远超过自然的排放,包括火山等等各种排放的二氧化硫,人类排放远远超过这个数量。另外我们每年排放的氮氧化物、二氧化碳等等,都远远超过了自然的排放量,所以地质界给我们这段时间起了一个新名字,叫做人类纪人类世。

人类纪人类世

我们现在生活在第四纪的全新世,但是自从2016年南非的国际地质大会召开之后,所有的地质界认为,我们现在已经不处于第四纪了,也不处于全新世了,我们现在处于人类纪人类世,时间点大概是从1950年开始。所以在这个屋子里面,1950年出生的所有的人,都生在人类纪人类世里面。

为什么做这样一个判断?比如说按照现在的研究方法,未来一万年以后,或者是几万年以后的科学家,来发掘我们的地层、湖泊里的沉积物之后会发现有一条线之上的物质的种类和这条线以下的物质种类完全不一样。在这条线以上,包含了各种人类活动的塑料、煤灰、核试验的放射性元素、各种杀虫剂等等。所以未来的人一定会在地层里面划出一个界线,找出这个界线,定义出前后两个不同的时期,他会把后来那个时期定义为人类纪,这个时间大概是在1950年。

臭氧层危急

我们看一看人类到底对自然界造成了什么样的影响?在头顶,来自于宇宙最强的辐射是太阳光,很多人觉得太阳光干净、纯洁、明亮、温暖,实际上太阳光也包含了很多对于人体和生物有害的成分,比如说紫外线,按照它的波长的长和短,分为UVA、UVB和UVC


UVC长期照射基本上不会有任何生命可以存在,我们经常用紫外灯用来杀菌消毒,发出的紫外线我们看不见,但是它实实在在发出来的,就是UVC。在UVB的长期照射下,我们容易得皮肤癌、白内障、导致失明,欧美人、白种人对UVB非常敏感。在UVA的长期照射下,会使皮肤容易变黑、变老、起皱纹。


现在世界卫生组织已经把UVA、UVB确认为致癌物质。在紫外线的照射下,地球表面很不适合人类生活,不适合生命生存。有人就问了,地球的历史这么漫长,生命老早就出现了,人类怎么生存的?我们非常幸运,我们头顶二十公里到三十公里有一层气体叫臭氧层,隔绝了100%最危险的UVC,隔绝了90%以上的UVB和50%以上的UVA,到达地球表面的紫外线只是所有的紫外线里面非常少的一部分。
地球生命诞生40亿年了,但是臭氧层的形成大概只有6亿年的历史,大家就会想,这段时间生物在哪里生存?实际上在非常漫长的从40亿年到6亿年的时间里面,地球上的生命形态很简单,生活在深海里面。6亿年形成臭氧层之后所有的生命慢慢的从深海向浅海走,从浅海到陆地表面。


陆地表面生命的历史大概只有4亿年,如果大家可以穿越到8亿年前,你会看到我们现在站的地方,没有任何生命的迹象,一片荒芜,没有鸟语花香,没有飞禽走兽。所以在臭氧层产生之后,地球历史上发生了一件波澜壮阔的事情,寒武纪生命大爆发,这可能是地球历史上最为重要的一件事情。寒武纪生命大爆发之后,产生了分门别类各种各样的生命,所有地球现有生命的祖先,都在寒武纪生命大爆发之后产生,生命大爆发的基础之一是头顶的臭氧层。

历史与危机

人类是一种悲哀的生命,我们自从发现了臭氧层就开始破坏它,把各种各样的物质开始排放到大气里面,通过大气环流进入到平流层里面,破坏臭氧层。这些物质是什么物质呢?各种氯氟烷烃。


80年代,所有的空调、冰箱里面加的氟利昂物质都是可以破坏臭氧的物质。包括灭火器,包括头上喷的摩丝,包括建筑外立面用的保温夹层用的都是这些物质,生活中各个角落都可以看到它。
到了1984年,科学家在南极发现了臭氧洞,当然这不是一个真正的洞,只是说它比正常值要少很多,比周围小很多。小到什么程度?正常值应该是300个Dobson单位,Dobson单位是描述臭氧量多少的,正常的应该是300。到1994年最低的时候是92,低于1/3。去年9月份大概是112,也大概是1/3。所以如果我们把头顶的平流层比喻成一个给我们遮阳的伞,一把无处不在、无时不在的遮阳伞,可是这个伞破洞大概有2/3,很难指望这样一个有着2/3破洞的伞保护我们。臭氧洞面积有多大呢?到2006年,面积有2700万平方公里,相当于接近三个中国国土面积这么大。去年9月份,面积是2300万平方公里,超过两个中国国土这么大。

危机与应对

面对这样的危机,上世纪80年代国际社会迅速采取了行动。有两个协议,一个是1985年3月《保护臭氧层维也纳公约》,一个是1987年9月16号《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》,决定从1989年1月1号起,从全球所有国家和地区停止生产、销售和使用八种最严重的物质。
从那以后,臭氧层慢慢遏制住了破坏的趋势,逐渐恢复,什么时候可以恢复好呢?据最新的评估报告,恢复到上世纪80年代,大概是到2050年。恢复到上世纪60年代,大概是在2100年。所以在座的所有人,我们终其一生,从生下来,到我们走的那一天,都生活在一个故事里,这个故事叫做:恢复重建。不管怎么说,我们已经走上了恢复的道路。

全球气候变暖

第二个危机更为严重。这张图是过去80万年大气中二氧化碳含量的变化。二氧化碳是一种温室气体,使得地球的温度增加,可是这个量急剧增加,在过去80万年里面,二氧化碳含量从来没有低于底下这条红线,170个ppm,也从来没有高于上面这条红线,300ppm。可是在过去一百年里面,这个数值迅速从280增长到今年5月份的415,增长了45%以上。凡是地球上用电的地方,烧油的地方,开车等都在排放二氧化碳,因为我们绝大多数电能来自于火电。煤炭、石油、天然气的形成动辄需要上千万年、上亿年的历史,可是我们烧煤只是几分几秒的事,迅速就把二氧化碳排放出来。这个速度非常非常快,快得惊人,在地球的历史上,从来没有出现过。
温室气体增加自然而然引起全球温度的增加,全球多套资料,包括我们所研究的资料都揭示出这个变暖的趋势非常明确。如果大家有记忆,刚刚过去的夏季,大家感受到了夏季的酷热,我给出的这张图是2017年7月的温度,7月21号,上海的最高温度超过40.9度,是上海有观测记录以来最高温的一天,未来这样高温的日子会越来越多。
温度增加,引起两极的冰雪融化,北极的冰雪9月10号的面积要比它正常的面积小33%,两极正在慢慢的融化。
如果大家去我们国家的西部地区会看到冰川正在快速退缩,这张图给出了1981年、2005年和2018年冰川的下沿线,可以看到冰川迅速的往回退缩,未来的很多年之后,我们可能就看不见这座冰山了。
我们现在在整个地球历史中处于什么位置,我们很多人看过《冰河时代》的动画片,冰融化了,结冰,又化掉。在地球历史上,确实存在着冰期-间冰期的变化,这样的变化周期大概是10万年。我们现在的位置在这张图的第三象限——冰期,间冰期里面温度和海平面的变化,我们现在已经超过了过去冰期-间冰期的最高点,我们现在在B点。如果在这个点,我们不采取行动,很有可能就是沿着B、C往上走,走到D,然后像推倒多米诺骨牌一样一直倒下去,根本停不下来,一直到最终的hothouse Earth,在这个里面地球没有冰雪。
我们怎么知道未来会怎么变化?现在所有的气候研究,我们用的工具是通过数值模拟的方法打造一个地球,把地球流体所有的方程写成气候模式,这个气候模式里面包括了大气、海洋、冰雪、陆地、植被,包括所有你能想到的大气中的过程,包括云、辐射所有这些部分,把这些全都写到一个巨大无比的气候模型里面,然后把这个气候模型在世界上最强的计算机,超级计算机上来跑。美国用最强的计算机Summit,全球第一的计算机,日本用最强的计算机“京”,我们国家最强的计算机神威、天河一号、天河二号,这里面都有跑气候模型。讨论气候以前怎么变化,以后怎么变化,因为我们不可能拿真正的地球做一个实验增加二氧化碳,看气候怎么变化。我们只能通过数值模拟来做,当然在这个数值模拟里面,我们可以做各种疯狂的实验,把这个山抹掉,青藏高原抹掉,美国抹掉,可以做各种数值试验,模拟未来气候怎么变化,我们可以构造我们想要的地球是什么样的。
通过这样的模拟了解气候如何变化,这样的模拟在全球各个国家都在进行,因为这是战略的,国家的政策,全球政策走向的战略高地,所以全球你能想到的所有发达国家,包括我们国家都在做气候模拟,包括美国的NASA、NOAA,美国的NCAR,包括英国,加拿大,中国,德国的实验室都在构造气候模型,来模拟气候怎么变化,为什么变化,变化会有什么样的结果,如何来应对等。
模拟的结果表明,我可以给大家一个最新的结果。以前的模拟揭示这样的过程,左上角这张图是模拟未来的社会是一个怎么样排放的社会,这条红色的线代表高排放,像现在一样的什么都不做的,高科技、低排放的世界是底下蓝色这条线,不管是高排放还是低排放,我们的未来都是四种可能性。


我们现在处于二氧化碳排放的历史最高点,每年排放的量最高值,我们需要花至少200到300年才能把二氧化碳的排放量降低到0,或者是降低到非常低的数值。只要在这段时间它不等于0,或者是不等于负值,二氧化碳的排放就一直在增加,增加多少年呢?左下角这张图,大概达到峰值,一直会到2300年以后,100年、200年以后,一直在增加。至少我们此生根本看不到全球二氧化碳达到峰值的那一天,即使达到峰值还要维持高位很多年。全球温度增加要比这个速度更慢,全球温度增加可能需要数百年到上千年,才能达到最高的温度。
海平面变化实际更慢,海平面的变化大概是上千年到几千年,才能达到最高的峰值。所以,我们现在是一个以不变的世界,固定在那个地方了,应对一个迎面而来的数百到上千年的气候变化。气候变化最坏的结果就是那个Hothouse Earth,两极如果无冰的话,全球海平面会比现在高70米左右,我们这个地方一定是海底,北京的香山还在,北京市区就不在了,上海、伦敦、香港,你能想到的绝大多数的大城市,基本上都在海底。所以就可以回答最开始的问题,为什么这么多领导人关注气候变化,因为我们是以不变的生活环境应对千年的气候变化,这个千年的气候变化在地球的历史上从来没有出现过。
最后,我们再看一眼这张图,现在二氧化碳排放的速度比地球历史上的增长的速度——最快的增长速度,还要快大概100倍到上千倍。所以我们担心的是,最坏的结果不是出现在现在,而是出现在不远的将来,航空业作为一个高排放的行业,一定会受这个持续千年政策的影响,所以你们要做好准备,谢谢各位!

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背景简介本文2019年12月6日年发表于微信公众号 CTALK 致未来 (气候变化重塑世界 | 魏科),风云之声获授权转载。

责任编辑陈昕悦



文章转载自微信公众号:风云之声

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