最近150年氣溫升高的新認(rèn)識(shí)

韓 艷，趙國(guó)永，王義民，潘湘龍，江蕾蕾，向 梅

(信陽師范學(xué)院 南北過渡帶研究中心，河南 信陽 464000)

0 引言

2013年，IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)發(fā)布《第五次評(píng)估報(bào)告》指出，1901—2012年全球海陸表面溫度升高約0.89 ℃(0.69～1.08)[1].經(jīng)過5次評(píng)估報(bào)告，IPCC認(rèn)為全球變暖是客觀存在的事實(shí)，且認(rèn)為人類活動(dòng)排放大量CO2是導(dǎo)致全球變暖主要原因，因而要求全世界減少碳排放、利用不同方案分配各國(guó)碳排放權(quán)[2].由于涉及各個(gè)國(guó)家切身利益，所以全球變化問題已經(jīng)由單純科學(xué)研究領(lǐng)域逐漸演化為當(dāng)今國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)和外交的熱點(diǎn)議題[3].

目前，關(guān)于全球變暖有兩種截然不同的觀點(diǎn)，IPCC代表其中一種觀點(diǎn)；另外一種觀點(diǎn)以NIPCC(Nongovernmental International Panel on Climate Change)為代表，對(duì)IPCC提出質(zhì)疑，2009年6月該組織發(fā)布了《氣候變化質(zhì)疑》一書，從9個(gè)方面列舉了與IPCC相左的證據(jù)，立場(chǎng)鮮明地反駁IPCC[4].

鑒于上述情況，本文擬從器測(cè)記錄(短尺度)和地質(zhì)記錄(長(zhǎng)尺度)數(shù)據(jù)出發(fā)，結(jié)合太陽輻射量的變化，對(duì)最近150年氣溫升高進(jìn)行重新認(rèn)識(shí).

1 最近150年氣溫變化

1.1 氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)

IPCC報(bào)告中所用數(shù)據(jù)為器測(cè)記錄以來全球平均溫度，認(rèn)為最近150年全球平均溫度具有升高趨勢(shì)，且尺度越短氣溫升高速率越大(圖1)[1].溫度升高過程中，存在許多波動(dòng)，并非線性增加.

圖1 器測(cè)時(shí)期(自1850年)以來全球平均氣溫的變化趨勢(shì)[3]Fig.1 Trend of global mean surface temperature since instrumental period (1850A.D.) [3]

1.2 地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)

樹輪重建北半球平均溫度變化表明：約80年樹輪重建的溫度在波動(dòng)中上升，中間經(jīng)歷了兩個(gè)低溫期(20世紀(jì)初期和50年代)(圖2a)[5].青藏高原上冰芯氧同位素變化受控于溫度變化[6]，20世紀(jì)達(dá)索普冰芯氧同位素值在波動(dòng)中增大，說明溫度在波動(dòng)中升高(圖2b).青海湖碳酸鹽氧同位素值變大表示溫度升高[7]，20世紀(jì)碳酸鹽氧同位素值在波動(dòng)中升高，說明20世紀(jì)青海湖地區(qū)溫度在波動(dòng)中升高，但20年代出現(xiàn)低溫期(圖2c).

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)表明最近150年氣溫在波動(dòng)中升高.

圖2 樹輪[5]、冰芯[6]、湖泊沉積物[7]記錄所反映的20世紀(jì)溫度變化Fig.2 Temperature variations recorded by tree-ring [5], ice core[6], lacustrine deposit[7] for 20th century

2 太陽輻射量的變化與氣候變化之間關(guān)系

冰芯、深海沉積物、黃土和石筍是古氣候記錄的良好載體.7月(65°N)太陽輻射量獲得高值時(shí)，北半球溫度升高，北極冰蓋消融(大量16O回歸大海)，導(dǎo)致：(1)海平面上升，深海氧同位素值變小(圖3d、3e)，北極格陵蘭冰芯氧同位素值變大(圖3c)；(2)南極冰芯氧同位素值變小(圖3b)，其原因是南半球夏季太陽輻射量變化同北半球夏季太陽輻射量變化成反相位[8].7月太陽輻射量獲得低值時(shí)，情況與獲得高值時(shí)相反(圖3)，說明北半球夏季太陽輻射量變化是控制南北極冰芯氧同位素和深海氧同位素變化的主要因素.

同時(shí)，7月(65°N)太陽輻射量獲得高值時(shí)，東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，導(dǎo)致石筍氧同位素值減小(圖3f)[9-10]，磁化率值(圖3g、3h)增大[11].7月太陽輻射量獲得低值時(shí)，情況與高值時(shí)相反(圖3)，說明北半球7月太陽輻射量的變化是控制石筍氧同位素和黃土磁化率值變化的主要因素.然而，這4種沉積物代用指標(biāo)之間峰和谷對(duì)照不是特別精確，原因可能是各個(gè)代用指標(biāo)定年精度存在差異；也可能是各種地質(zhì)記錄體對(duì)太陽輻射量變化滯后效應(yīng)的體現(xiàn)[12].

從以上分析可知，北半球7月太陽輻射量變化是控制過去氣候變化的主要因素.

圖3 末次間冰期以來太陽輻射量[8]與冰芯[13-14]、深海氧同位素[15-16]、石筍[9-10]和黃土[17-18]記錄氣候變化對(duì)比

3 未來北半球夏季太陽輻射量變化趨勢(shì)

太陽輻射量變化受地球軌道參數(shù)(偏心率、黃赤夾角、歲差)控制，這些參數(shù)變化具有周期性，所以太陽輻射量變化也具有周期性(圖4).圖4中0 ka代表是1950年，0軸線的右側(cè)表示1950年以前的450 ka，0軸線的左側(cè)表示1950年以后50 ka.現(xiàn)今距1950年時(shí)間為65年，65年在1 ka的分辨率(圖4的分辨率為1 ka)中可以視為現(xiàn)在處于0軸線的位置.現(xiàn)今及未來約1萬年，65°N夏季總太陽輻射量和年均太陽輻射量具有減少趨勢(shì)，意味著氣候朝著變冷方向發(fā)展.

圖4 -450～50 ka期間65°N太陽輻射量變化[19] Fig.4 The variation of insolation from -450 ka to 50 ka centered at 65°N[19]

4 最近150年氣溫升高新認(rèn)識(shí)

末次冰期—間冰期旋回太陽輻射量和地質(zhì)記錄所反映的古氣候變化，時(shí)間跨度比較長(zhǎng)，中間一些次級(jí)波動(dòng)表現(xiàn)不明顯(圖3).為了更清晰地分析氣候變化次級(jí)波動(dòng)，選擇13 ka以來太陽輻射量和地質(zhì)記錄的古氣候變化進(jìn)行研究.

會(huì)寧黃土、三寶洞和葫蘆洞石筍、委內(nèi)瑞拉Cariaco盆地湖泊沉積物記錄古氣候變化和太陽輻射量變化之間存在很好對(duì)應(yīng)關(guān)系：早中全新世太陽輻射量處于高值，(1)東亞夏季風(fēng)強(qiáng)盛，導(dǎo)致會(huì)寧黃土磁化率獲得高值[20]、三寶洞和葫蘆洞石筍氧同位素獲得低值[9-10]；(2)赤道輻合帶北移(ITCZ)，Cariaco盆地降水量增加，湖泊沉積物鈦百分含量增加[21]；晚全新世太陽輻射處于低值，情形與高值相反(圖5)，說明這3種地質(zhì)載體記錄氣候變化同樣受控于太陽輻射量變化.

為了進(jìn)一步觀測(cè)氣候變化次級(jí)波動(dòng)，選取最近約1800年高分辨率石筍和湖泊沉積物作為研究對(duì)象.二者共同記錄中世紀(jì)暖期、小冰期氣候事件[21-22]，中世紀(jì)暖期中存在相對(duì)冷的時(shí)期，小冰期中存在較暖的時(shí)期(圖5a, e)，說明氣候處于冷暖交替變化中.在萬年時(shí)間尺度上(全新世)，中世紀(jì)暖期和小冰期表現(xiàn)不明顯(圖5).在十幾萬年時(shí)間尺度上(末次冰期—間冰期)，兩事件根本觀察不出來(圖3)，但不能說兩個(gè)事件沒有發(fā)生，只是受所選擇時(shí)間尺度長(zhǎng)短不同的影響.

最近150年氣溫升高包括兩方面因素：自然因素和人為因素，IPCC認(rèn)為人類活動(dòng)是導(dǎo)致全球變暖的罪魁禍?zhǔn)?從時(shí)間上看，最近150年恰好是小冰期結(jié)束后的時(shí)期，氣候從冷向暖轉(zhuǎn)變是氣候本身變化規(guī)律(圖5a, e)，即最近150年氣溫升高還包括自然因素，IPCC僅認(rèn)為人類活動(dòng)導(dǎo)致全球變暖，夸大了人類活動(dòng)導(dǎo)致全球變暖的結(jié)果.

IPCC認(rèn)為人類活動(dòng)產(chǎn)生大量CO2導(dǎo)致全球變暖，一些學(xué)者認(rèn)為CO2含量增加與溫度升高二者之間存在很多不確定的因素[3, 23-24].從自然狀態(tài)下考慮氣候變化，即在人類出現(xiàn)以前(或者說人類對(duì)自然改造能力較弱的情況下)氣候變化，黃土、石筍和湖泊沉積物等是很好地質(zhì)記錄載體，這些載體記錄氣候變化受控于太陽輻射量變化，目前及未來約1萬年太陽輻射量具有減小趨勢(shì)，意味著未來氣候向變冷方向發(fā)展.在萬年時(shí)間尺度下，最近150年氣溫升高可以看作是逐漸變冷大背景下的次級(jí)波動(dòng)，氣候變暖是短暫的過程.

圖5 13ka以來石筍[9-10, 22]、黃土、湖泊沉積物[21]記錄古氣候變化和太陽輻射量之間的關(guān)系(b)、(c)、(d)中灰色線為太陽輻射量[8]Fig.5 The relationship between paleoclimate recorded by stalagmite, loess, lacustrine deposit and variation of insolation since 13 ka，the grey line represents variation of insolation in (b), (c), (d) [8]

本文從地質(zhì)歷史時(shí)期角度分析最近150年氣溫變化，得出與IPCC不同的觀點(diǎn)，究其原因與選擇的參考系時(shí)間尺度長(zhǎng)短有關(guān).IPCC僅選擇距今最近150年氣溫變化作為研究對(duì)象，研究時(shí)間尺度較短，沒有考慮氣候變化規(guī)律及其背景值.本文選擇時(shí)間尺度較長(zhǎng)(萬年，十幾萬年)，既考慮氣候變化規(guī)律和背景值，又考慮最近150年氣溫升高的事實(shí)，分析問題較客觀、全面.

5 結(jié)論

本文從地質(zhì)歷史時(shí)期角度分析最近150年氣溫變化，通過對(duì)不同時(shí)間尺度太陽輻射量變化與古氣候演化之間關(guān)系研究，結(jié)果表明：(1)最近150年全球變暖是客觀存在的事實(shí)，IPCC夸大了人類活動(dòng)導(dǎo)致全球變暖的結(jié)果.(2)太陽輻射量變化是控制地球上氣候變化的主要因素.(3)在萬年時(shí)間尺度下，最近150年氣溫升高是變冷大背景下的次級(jí)波動(dòng)，氣候變暖是短暫的過程.