气候变化2001: 科学基础

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在整个21世纪人类影响将继续改变大气组成。

图 5: 二十一世纪的全球气候将取决于自然变化和气候系统对人类活动的响应。 气候模式可以预测诸如全球地表温度和海平面上升等许多气候变量对各类温室气体及其它人为排放情景的响应。图（a）表示6个说明性的SRES情景下CO2排放。方框内文字解释了这些情景。同时表示的还有IS92a，以便与SAR比较。图（b）表明所预测的CO2浓度。图（C）给出了人为SO2的排放。其他气体和气溶胶排放也包括在模式里，但图中未表示。图（d）和（e）分别表明了所预测的温度和海平面响应。图（d）和（e）中“若干模式所有SRES包络线”分别表示用简单模式得到的温度和海平面上升值，但此模式已经过调试，使其得到与具备各种气候敏感性的复杂模式相同的输出。所有SRES包络线指35个SRES情景所包括的范围。“模式平均所有SRES包络线”表示在各种排放情景下所有这些模式结果的平均值。注意，从这些排放情景得出的增暖和海平面上升趋势将持续到2100年以后。也注意，这些区间没有考虑与西南极冰盖冰动力过程变化有关的不确定性，同时了没有考虑在预测非硫酸盐气溶胶和温室气体浓度方面的不确定性。[根据(a) 第三章, 图 3.12, (b) 第三章, 图 3.12, (c) 第五章, 图 5.13, (d) 第九章, 图 9.14, (e) 第十一章, 图 11.12, 附录2]

温室气体

• 在21世纪，对于大气CO₂浓度趋势来说，可以基本肯定⁷，化石燃料燃烧引起的CO₂排放还将起主要作用。
• 随着大气CO₂浓度增加，海洋和陆地吸收人为CO₂排放的比例不断下降。如模式所示，因海洋和陆地吸收CO₂的减少，陆地和海洋气候反馈的净效应将进一步增加所预测的CO₂大气浓度。
• 对于说明性的SRES情景，碳循环模式预测到2100年大气CO₂浓度界于540和970ppm之间（比1750年280ppm浓度高出90到250%），见图 5b。这些预测考虑了陆地和海洋气候反馈。不确定性，特别是有关于陆地生物圈气候反馈的幅度，可造成每一情景下约-10%到+30%的变化。因而全部预测的浓度范围是490-1260ppm（高于1750年浓度水平75-350%）。
• 改变土地利用会影响大气CO₂浓度。可以假设，即便迄今所有因土地利用变化而释放的碳在本世纪内均为陆地生物圈所吸收（例如通过再造林），大气CO₂浓度也只能减少到40到70ppm。
• 在不同的说明性SRES情景下，模式得到的2100年非CO₂温室气体浓度相差特别多。其中CH₄为-190ppb到+1970ppb（目前浓度是1760ppb），N₂O为+38ppb到+144ppb（目前浓度是316ppb），对流层O₃总含量变化于-12%到+62%之间，HFC、PFC和SF₆浓度变化幅度更大，所有的数值都相对2000年。在某些情景下，对流层O₃总含量会成为和CH₄一样重要的辐射强迫因子，并将对北半球大部分地区空气质量达标产生影响。
• 为了稳定辐射强迫，减少温室气体排放，并减少控制这些温室气体浓度的气体是必要的。例如，对于最重要的人为温室气体，碳循环模式表明，要将大气CO₂浓度稳定在450、650或1000PPM，将要求全球人为排放分别在几十年、大约一个世纪和大约两个世纪内降到1990年水平以下，而且以后也要继续稳定减少。最终，CO₂排放要降到目前排放量的很小一部分。
  

气溶胶

• SRES情景对人为气溶胶（例如硫酸盐气溶胶（图 5c）、生物质气溶胶、黑碳和有机碳气溶胶）给出了增加或减少两种可能性，这取决于化石燃料使用程度及其控制污染物排放的政策。另外，作为气候变化的结果，自然气溶胶（如海盐、沙尘以及造成硫酸盐和碳素气溶胶的排放等）可能会增加。
  

21世纪的辐射强迫

• 在SRES说明情景下，相对于2000年，整个21世纪由于温室气体引起的全球平均辐射强迫将持续增加，其中CO₂所占的份额从略高于一半到约四分之三。就幅度而言，气溶胶的直接加间接辐射强迫的变化预计比CO₂的要小得多。
  

在所有的IPCC SRES情景下，全球平均气温和海平面预计都将升高。

气温

• 预计全球平均地表温在1990-2100年期间增加1.4-5.8°C（图 5d）。这些结果是针对所有35年的SRES情景，并利用若干个气候模式计算得到的^{10, 11}。
• 温度增加的预测比在SAR中的结果要大，根据6个IS92情景SAR给出的增温幅度为1.0-3.5°C。这个更大增温和更宽的变幅，主要是由于相对IS92情景SRES情景中所预测的较低二氧化硫的排放。
• 所预测的增暖速率比在20世纪观测的变化大得多，并且根据古气候资料，很可能⁷是至少过去1万年内所没有过的。
• 到2100年，在一个给定的情景强迫下一组气候模式所给出的地表气温响应范围，与在不同的SRES情景强迫下一个模式所给出的响应范围相当。
• 尽管在气候敏感性上存在不确定性，在几十年的时间尺度上，目前所观测的增温速率可以用来限定对某一给定排放情景的预期响应。这种方法表明，在IS92a情景下，在未来几十年，人类活动导致的增暖可能⁷在每10年0.1-0.2°C的范围内，与图 5d中简单模式预测的相应范围近似。
• 根据最近进行的全球模式模拟，几乎所有的陆地很有可能⁷将比全球平均增暖更快，特别是在北半球高纬度地区的寒冷季节。最为显著的是北美北部,以及亚洲的北部和中部的增暖。在每个模式里，这些地区的增暖幅度都超过全球平均的40%。相反地，南亚和东南亚的夏季以及南美南部的冬季的增暖却小于全球平均。
• 最近的热带太平洋表层温度趋势变得更近似厄尔尼诺状态，东部热带太平洋增暖比西部明显，降水带相应地向西移动。这种状态在不少模式预测里都将继续。

降水

• 根据全球模式，对于多种情景，21世纪全球平均水汽浓度和降水预计将增加。到21世纪后期，北半球中高纬度和南极的冬季降水可能⁷将增加。而在低纬度陆地地区则是区域降水增加和降低并存。在预测平均降水增加的地方，降水的年际变率很可能⁷会增大。

极端事件

　　表 1 描述了对20世纪后期所观测的极端天气和气候事件变化的信度（左栏）及对预测的21世纪变化的信度（右栏）^a。这个评估依据观测和模式研究，以及对于所有共同采用情景下的未来预测的物理推测，同时也建立在专家判断的基础上⁷。

• 对其它一些可能对环境和社会产生重要影响的极端事件，目前尚没有足够的信息进行变化趋势的评估，同时模式的空间分辨率也不够，无法进行可靠的预测。例如，气候模式没有对雷暴、龙卷、冰雹和闪电这样很小尺度的现象进行模拟。

表1: E观测与预测的极端天气和气候事件变化的信度估计。
所观测变化的信度 （20世纪后期）	现象上的变化	所预测变化的信度 （21世纪）
可能的7	几乎所有陆地地区最高气温升高，热日数增加	很可能的7
很可能的7	几乎所有陆地地区最低气温升高，冷日数和霜日数减少	很可能的7
很可能的7	大部分陆地地区温度日较差减小	很可能的7
可能的7, 许多地区	陆地地区热指数12增加	很可能的7, 多数地区
可能的7, 许多北半球中高纬度陆地地区	强降水事件增多b	很可能的7, 许多地区
可能的7, 几个地区	夏季陆地变干，干旱风险增加	可能的7, 多数中纬度大陆内部（其它地区预测不一致）
在现有的几个分析中未观测到	热带气旋最大风速增大c	可能的7, 一些地区
评估资料不足	热带气旋平均和最大降水强度增加c	可能的7, 一些地区
a 详细见第二章（观测）和 第九章、十章 （预测）。 b 对其它地区，或者资料不充分，或者分析结果相互矛盾。 c 热带气旋的位置和强度在过去和未来的变化是不确定的。

厄尔尼诺

• 在预测热带太平洋未来厄尔尼诺事件频率、强度和空间型变化上的信度还受到复杂模式在如何模拟厄尔尼诺方面存在一些缺陷的限制。现在的预测表明，未来100年厄尔尼诺事件强度没有变化或有少量增加。
• 即使厄尔尼诺事件强度变化很小或没有变化，全球增暖也可能⁷导致更强的干旱和强降水极端事件，增加旱涝的风险。在许多地区，这些事件伴随厄尔尼诺事件发生。

季风

• 与温室气体浓度增加有关的变暖可能 ⁷引起亚洲夏季季风降水变率增加。季风平均持续期和强度的变化取决于排放情景的细节。这种预测的信度也受到气候模式是否很好地模拟了详细的季风季节演化事实的限制。

温盐环流

• 大多数模式结果显示出北半球温盐环流的减弱，这导致向北半球高纬地区热量输送的减少。但即使对表明温盐环流减弱的模式，受温室气体浓度增加的影响，欧洲气候仍将变暖。现有的气候模式预测没有表明到2100年温盐环流完全停顿。2100年以后，如果辐射强迫的变化足够大，并且持续时间足够长，两半球的温盐环流将会完全停顿下来。这种停顿可能是不可逆的。

雪与冰

• 北半球雪盖和海冰范围预计将进一步减少。
• 冰川和冰盖在21世纪预计将进一步大范围退缩。
• 由于降水增多，南极的冰盖质量可能 ⁷会增加；而由于径流增加快于降水增长，格陵兰的冰盖质量可能 ⁷会减少。
• 人们关心西南极冰盖的稳定性，因为它坐落在海平面之下。尽管对其动力学仍理解得不充分，特别是对更长时期的预测很难把握，但现在普遍认为在21世纪能导致海平面显著上升的地基冰损失是很不可能 ⁷的。

海平面

• 在所有的SRES情景下，预计1990-2100年全球平均海平面将上升0.09-0.88米。这一上升主要是由于热力膨胀和冰川、冰盖质量的损失（图 5e）。根据IS92情景，SAR提出的海平面升高范围是0.13-0.94米。尽管本次评估中温度增加预测值更大，但海平面预测值却略微下降，这主要是因为使用了改进的模式。这些模式认为冰川和冰盖的贡献较小。

人为引起的气候变化将持续数个世纪。

• 长生命期的温室气体（即CO₂、N₂O、PFC、SF₆）排放对大气组成、辐射强迫和气候具有持久的影响。例如，在CO₂排放发生以后的几个世纪，由这些排放引起的大气CO₂浓度增加的四分之一左右仍然留在大气里。
• 在温室气体浓度稳定以后，全球平均温度将继续上升，上升速率为每个世纪十分之几度，而不是所预测的21世纪浓度未稳定情况下全球平均温度上升速率每个世纪几度。稳定时的浓度水平越低，全球温度变化就越小。
• 在温室气体浓度（即使在现在的浓度水平上）稳定后的几百年内，全球平均地表气温仍将持续上升，而且由于海洋热膨胀的作用海平面也将继续上升，这归因于长时间尺度深水海洋对气候变化的调整。
• 在气候稳定后的几千年内，冰盖还将继续对气候变暖进行响应，并对海平面上升作出贡献。气候模式表明，格陵兰局地增温可能 ⁷是全球平均的1-3倍。冰盖模式预测，如局地增暖超过3°C，并且持续几千年，将导致格陵兰冰盖全部融化，使全球海平面大约上升7米。如局地增暖达到5.5°C，而且维持1000年，格陵兰冰盖的融化将可能 ⁷导致海平面大约升高3米。
• 目前冰动力学模式预测，南极西部的冰盖将导致未来1000年内海平面上升达3米。但这些结果主要依赖于关于气候变化情景、冰动力学和其它因素的模式假设。

为解决在信息和理解方面仍存在的差距需要进一步行动。

　　需要进一步研究来提高气候变化检测、判别气候变化原因和理解气候变化，减少不确定性，以及预测未来气候变化的能力。尤其需要开展系统的和长期的额外观测以及模拟和过程研究。观测网的减少受到了密切关注。下述领域是研究行动的高度优先领域：

• 系统的观测和重建：
  • 扭转世界上许多地区观测网恶化的趋势。
  • 通过提供长期、准确、一致的资料，包括执行综合全球观测战略，维持和增加用于气候研究的观测基础。
  • 加强对过去气候时期的气候重建工作。
  • 改进对温室气体和气溶胶空间分布的观测。
• 模拟和过程研究：
  • 改进对导致辐射强迫变化的机制和因子的理解。
  • 理解并描述重要的未解决的过程和反馈，包括气候系统内的物理和生物地球化学过程。
  • 改进量化气候预测和气候情景不确定性的方法，包括用复杂模式进行的长期集合模拟。
  • 改进各种全球和区域气候模式，重点改进对气候变率、区域气候变化和极端事件的模拟。
  • 有效地将物理气候—生物地球化学系统耦合起来，并进而改进对人类活动描述的耦合。

　　交叉连贯这些焦点问题迫切需要增强国际合作和协调，以便更好地利用科学、计算和观测资源。这也将促进科学家之间的资料自由交换。特别需要在许多地区尤其是在发展中国家增强观测与研究能力。最后，正如本评估报告目标所追求的，还需要经常不断地交流对于决策制定有关的研究进展情况。