3. 现代全球变暖的事实与归因

现代全球变暖的速率和幅度比至少过去 2000 年里的其他任何时期都快（图 4）。《2022 年全球气候状况》临时报告指出，近几年随着温室气体浓度不断上升，热量不断累积，过去 8 年有望成为有气象记录以来最热的8年。此外，今年的极端热浪、干旱和毁灭性洪水影响了全球数百万人，并造成数十亿美元的损失。来自美国莫纳罗亚（夏威夷）和肯纳乌克/格里姆角（塔斯马尼亚州）的温室气体观测结果表明，二氧化碳、甲烷和氧化亚氮浓度水平在 2022 年达到了创纪录的水平。2022 年（1—9 月）全球平均气温比 1850—1900 年高出 1.15℃［1.02 ∼ 1.28℃］，如果当前异常持续到年底，2022 年将成为有记录以来的第 5 或第 6 个最热年份（从 1850 年开始），这也表明 2015—2022 年是有记录以来最热的 8 个年份。地球系统中积累的热量中约 90%储存在海洋中，通过海洋热量测量含量（OHC）。几乎可以肯定的是，自 20 世纪 70 年代以来，全球上层海洋（0 ∼ 700 米）已经变暖，且人类影响极有可能是主要驱动力。

气候变化受到多种外部强迫因子的响应，二氧化碳等温室气体浓度的增加导致全球气候变暖，而气溶胶和土地利用等因子对气候变化也会产生影响，可以抵消掉部分变暖。气溶胶是空气中固体颗粒和液体颗粒的总称。气溶胶对气候的影响有两种效应，一是直接效应，即通过吸收和散射短波和长波辐射，有降温作用；二是间接效应，即作为云的凝结核，改变云和降水的形成过程。大气中气溶胶有很多来源，其中一部分是自然原因产生的，如陆地表面特别是沙漠地区的沙粒被风吹到大气中，火山爆发等会将大量的气溶胶颗粒喷射到高层大气中。另一部分气溶胶是人为排放引起的，硫酸盐粒子是人为气溶胶源最重要的部分，这种硫酸盐气溶胶是由二氧化硫经过化学作用形成的，燃烧煤炭和使用石油都会产生大量的二氧化硫气体。硫酸盐气溶胶对气温的影响与二氧化碳的作用相反，主要是负辐射强迫。大气气溶胶的辐射强迫有正有负，其中硫酸盐、硝酸盐、有机碳气溶胶具有散射性，主要是降温作用，但是矿物燃烧引起的黑碳气溶胶具有较强的光学吸收特性，对全球气温变化有正辐射强迫作用。人为排放气溶胶的总体辐射效应可使地球降温。另外，人类活动在工业化、城市化的进程中对土地利用方式和土地覆盖物进行了改变，造成了陆地表面物理特性的变化，影响了地表的能量平衡，人类活动对大范围植被特性的改变会影响地表反照率，例如农田和森林的反照率不同。

温室气体在短时间内增加，气候系统中原有的稳定和能量平衡被破坏，导致了全球气候变暖。科学家们通过计算不同因子的辐射强迫可以度量各个因子对气候变暖的贡献。辐射强迫是一个物理量，可以度量地气系统的能量平衡是如何发生变化的。辐射是因为改变地球大气的入射太阳辐射和出射红外辐射之间的平衡，强迫表示地球辐射平衡正在被强制性地偏离其正常状态。正的辐射强迫可以使地表温度上升，导致全球变暖；负的辐射强迫则会使全球变冷。图 5 给出了 2010—2019 年相对于工业革命前（1850—1900 年）观测到的温度变化以及基于辐射强迫估算的人类活动影响的不同因子对气温增暖的可能贡献。从图中可以看出所有温室气体的增加都导致了正的辐射强迫，在这些温室气体中，二氧化碳产生的辐射响应最大，对全球气候变暖的贡献最大。气溶胶有两方面的作用，其中黑碳气溶胶通过发射和吸收红外辐射产生正辐射强迫，其他气溶胶引起负的辐射强迫，综合来看气溶胶的辐射强迫为负，可以抵消部分温室气体变暖的影响。基于模式模拟和统计的归因研究显示 2011—2020 年全球地表温度比工业化前上升了 1.09℃，其中约 1.07℃［0.8 ∼ 1.3℃］的增温是人类活动造成的。IPCC第六次评估报告再次确认，全球气候变化与二氧化碳累积排放之间存在近似线性的关系，工业化以来的温室气体累积排放决定未来温升水平。因此为了控制全球变暖，需要对二氧化碳、甲烷以及其他温室气体进行强劲、快速和持续的减排。

气候模拟开始于 20 世纪 50 年代，多年来，随着计算能力、观测和人们对气候系统的理解的进步，模式变得越来越复杂。IPCC第六次评估报告所用的是国际耦合模式比较计划第六代模式（CMIP6），最新一代气候模式，包括物理、化学和生物过程都有更好的表征，有了更高的分辨率，对地球系统许多方面的模拟都进行了改进。图 6 给出了 1850—2020 年全球气温变化观测与CMIP6 全强迫模拟和只有自然强迫模拟的比较。比较发现只有加入人类活动的影响时才能够再现观测的变暖。只有自然强迫的模拟无法再现观测的变暖特征。

人类活动的作用不仅体现在全球表面温度的变暖上，而且体现在低层大气变暖平流层变冷的模式上，还体现在海洋变暖、海冰融化和许多其他观测到的变化上。人类活动影响极有可能驱动 20 世纪 70 年代以来全球上层海洋温度显著变暖；人类活动排放的二氧化碳是当前全球表层海洋酸化的主要驱动因素；人类影响也导致了全球冰川退缩、北极海冰面积减少、北半球春季积雪面积和格陵兰冰盖表面融化。人类影响也是 20 世纪中期以来上层海洋区域氧气水平下降的主要驱动因素。人类在驱动气候变化中扮演角色的另一条证据来自近几十年来观测到的变暖速度与人类影响气候之前发生的变暖速度。来自树木年轮和其他古气候记录的证据表明，在过去 50 年观测到的全球地表温度的上升速度超过了过去 2000 年中任何一个期间发生的速度。

人类活动引起的气候变化已经增加了极端热事件的振幅和频率，减少了极端冷事件的振幅和频率，并在一些地区加剧了极端降水事件。在大多数地区，极端高温的频率和强度都有所增加，而极端低温的频率和强度有所减少。全球范围和大部分陆地区域强降水事件的频率和强度都有所增加。尽管陆地和海洋热浪、强降水、干旱、热带气旋以及相关的野火和沿海洪水等极端事件过去都曾发生过，未来还将继续发生，但在一个更温暖的世界里，它们往往以不同的量级或频率出现。例如，未来的热浪将持续更长时间，温度将更高，未来的极端降水事件将在一些地区更加强烈。随着气候变暖，人们将经历规模、频率、时间或地点都前所未有的极端事件。这些前所未有的极端事件发生的频率将随着全球变暖的加剧而上升。此外，多个前所未有的极端事件的联合发生可能导致大规模和前所未有的影响。 ln17UgwwKherFhcwaIWGB2sXav/oUYi/8GdWR1Z3Ivy5FzwIPkC++dNoGfX5jCFs