人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)的影響

孫穎

摘要 2021年8月，政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告發(fā)布。該報(bào)告清楚表明，近百年來(lái)氣候系統(tǒng)正在發(fā)生廣泛而迅速的變化，人類活動(dòng)已使得大氣、海洋和陸地變暖。本文通過(guò)對(duì)報(bào)告第三章的摘譯，介紹了報(bào)告中關(guān)于人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)影響的主要結(jié)論，包括人類活動(dòng)對(duì)大氣和地表、冰凍圈、海洋、生物圈以及氣候變率的影響?；谧钚碌挠^測(cè)資料、新一代氣候模式結(jié)果以及不同的檢測(cè)歸因方法，通過(guò)評(píng)估近年來(lái)該領(lǐng)域的最新文獻(xiàn)表明，以溫室氣體為主的人類活動(dòng)可以在氣候系統(tǒng)多變量變化中被檢測(cè)出來(lái)。

關(guān)鍵詞IPCC第六次評(píng)估報(bào)告;人類活動(dòng);氣候系統(tǒng)

自政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）發(fā)布第一次評(píng)估報(bào)告以來(lái)，人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)的影響一直是IPCC歷次評(píng)估報(bào)告的核心內(nèi)容。IPCC第一次評(píng)估報(bào)告指出：人類使用化石燃料大大增加了大氣溫室氣體的濃度，導(dǎo)致溫室效應(yīng)增強(qiáng)和地球表面變暖。第二次評(píng)估報(bào)告表明：全球變暖“不太可能完全由自然因子造成”，人類活動(dòng)對(duì)全球氣候系統(tǒng)有“可識(shí)別的”影響。第三次評(píng)估報(bào)告指出：可能的是，過(guò)去50年觀測(cè)到的大部分變暖是由于溫室氣體濃度的增加造成的。第四次評(píng)估報(bào)告指出，可能的是，自20世紀(jì)中期以來(lái)觀測(cè)到的大多數(shù)變暖是由于觀測(cè)到的人為溫室氣體濃度增加引起。第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）指出，極有可能的是，人類活動(dòng)是20世紀(jì)中期以來(lái)觀測(cè)到的變暖的主要原因。這些系列報(bào)告表明，人類活動(dòng)影響氣候系統(tǒng)的證據(jù)在逐漸加強(qiáng)，科學(xué)界對(duì)于人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)影響的認(rèn)識(shí)在深化。這主要是由于觀測(cè)到的變暖越來(lái)越明顯、氣候模式性能的改善以及歸因方法學(xué)的改進(jìn)。

IPCC最新發(fā)布的第六次評(píng)估報(bào)告（AR6），基于最新的觀測(cè)和模式結(jié)果，系統(tǒng)評(píng)估了人類活動(dòng)對(duì)大氣和地表、冰凍圈、海洋、生物圈以及氣候變率模態(tài)的影響。與第五次評(píng)估報(bào)告相比，評(píng)估的變量更加全面，內(nèi)容更為系統(tǒng)。評(píng)估的成員不僅包括傳統(tǒng)的氣候變量，如氣溫和降水等，而且還增加了生物圈等其他圈層的變量。通過(guò)對(duì)這些變量的評(píng)估，第六次評(píng)估報(bào)告得出結(jié)論：毋庸置疑的是，自工業(yè)化以來(lái)，人類的影響已經(jīng)使得大氣、海洋和陸地變暖。氣候系統(tǒng)各圈層發(fā)生了廣泛而迅速的變化，人類排放的溫室氣體等造成的人為強(qiáng)迫已經(jīng)對(duì)氣候系統(tǒng)造成了明顯的影響（Eyringetal.，2021;IPCC，2021）。

1 人類活動(dòng)影響氣候系統(tǒng)的主要結(jié)論

1.1 人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)的綜合影響

自工業(yè)化以來(lái)，人類活動(dòng)的影響已經(jīng)使全球氣候系統(tǒng)變暖。這一評(píng)估結(jié)論的信度在第六次評(píng)估報(bào)告里面進(jìn)一步提高，主要是由于對(duì)氣候系統(tǒng)多圈層多變量的綜合評(píng)估，減少了傳統(tǒng)單一變量評(píng)估帶來(lái)的不確定性。在氣候系統(tǒng)的不同圈層，包括大氣、海洋、冰凍圈和地表氣候變化等指標(biāo)的變化中，均可以檢測(cè)到人類活動(dòng)的影響。這些影響與模式模擬和基于物理機(jī)制預(yù)期的理解相一致。

在第六次評(píng)估報(bào)告中，采用了參與第六次國(guó)際氣候模式比較計(jì)劃（CMIP6）的氣候模式。與第五次計(jì)劃（CMIP5）的模式相比，CMIP6氣候模式對(duì)平均氣候態(tài)的模擬有一定改進(jìn)（高信度）。高分辨的氣候模式對(duì)地表和海洋氣候的模擬偏差減小（中等信度），包括生物地球化學(xué)反饋的大多數(shù)地球系統(tǒng)模式的模擬能力與復(fù)雜性較低的對(duì)應(yīng)模式持平（中等信度）。多模式平均能夠很好地再現(xiàn)大多數(shù)觀測(cè)到的氣候變化（高信度）以及二氧化碳（CO2）較高和較低時(shí)的代用數(shù)據(jù)重建的氣候。與AR5相比，大陸尺度的古氣候模擬有一定改進(jìn)（中等信度），但模式通常低估了相對(duì)于當(dāng)前氣候較大的溫度和降水差異（高信度）。

1.2 人類活動(dòng)對(duì)大氣和地表的影響

相對(duì)于1850—1900年，2010—2019年全球平均表面氣溫（GSAT）的變化為0.9～1.2 ℃，其中人為變暖貢獻(xiàn)的范圍可能為0.8～1.3 ℃。人類活動(dòng)引起的變暖最佳估計(jì)值是1.07 ℃。其中，溫室氣體強(qiáng)迫貢獻(xiàn)了1.0～2.0 ℃的變暖，其他人為強(qiáng)迫（主要是氣溶膠）貢獻(xiàn)了0.0～0.8 ℃的變冷。自然強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)僅為-0.1～0.1 ℃，而內(nèi)部變率的貢獻(xiàn)為-0.2～0.2 ℃。由于對(duì)不確定性理解的改進(jìn)以及持續(xù)的變暖，第六次評(píng)估報(bào)告對(duì)自工業(yè)化革命以來(lái)1850—1900年的變暖進(jìn)行了歸因，而AR5中只能對(duì)自1951年以來(lái)的變暖歸因。人類活動(dòng)引起的GSAT和全球平均表面溫度（GMST）變暖的可能范圍相等（中等信度）。但是，將觀測(cè)到的變暖歸因于某種特定的人為強(qiáng)迫仍然具有較大的不確定性。很可能的是，人類活動(dòng)引起的溫室氣體增加是自1979年開(kāi)始廣泛的衛(wèi)星觀測(cè)以來(lái)對(duì)流層變暖的主要影響因子，而人類活動(dòng)導(dǎo)致的平流層臭氧損耗極可能是1979年至20世紀(jì)90年代中期平流層下部降溫的主要影響因子。

與1951—2012年的增溫相比，1998—2012年觀測(cè)到的GMST升溫速率變緩是一個(gè)短暫事件，伴隨其后的是GMST的快速上升（很高信度）。自AR5以來(lái)改進(jìn)的觀測(cè)資料顯示，1998—2012年GMST趨勢(shì)比早期估計(jì)更大。1998—2012年GMST趨勢(shì)的所有觀測(cè)估計(jì)值都在CMIP6模擬趨勢(shì)的10%～90%范圍內(nèi)（高信度）。氣候系統(tǒng)的內(nèi)部變率，尤其是太平洋年代際變率以及太陽(yáng)活動(dòng)和火山爆發(fā)的變化部分抵消了1998—2012年人為活動(dòng)導(dǎo)致的地表變暖趨勢(shì)（高信度）。在此期間，全球海洋熱含量持續(xù)增加，表明整個(gè)氣候系統(tǒng)持續(xù)變暖（很高信度）。自2012年以來(lái)，GMST急劇升溫，2016—2020年這5 a至少是自1850年有器測(cè)記錄以來(lái)最熱的5年（高信度）。

自20世紀(jì)中期以來(lái)，人類活動(dòng)很可能影響了大尺度的降水變化。新的歸因研究進(jìn)一步證實(shí)了過(guò)去的研究結(jié)論，即可以在北半球中高緯陸地降水的增加中檢測(cè)到的人類活動(dòng)的影響（高信度）。人類活動(dòng)已經(jīng)影響了濕潤(rùn)的熱帶和干燥的亞熱帶之間緯向平均降水差異的增加（中等信度）。同時(shí)，人為氣溶膠也對(duì)20世紀(jì)50—80年代全球陸地夏季風(fēng)降水的減少有貢獻(xiàn)（中等信度）。同樣具有中等信度的是，人類活動(dòng)影響了1979年以來(lái)南半球夏季降水在高緯的增加和中緯的減少，這與南半球環(huán)狀模向正位相的轉(zhuǎn)變有關(guān)。

人類活動(dòng)引起的溫室氣體強(qiáng)迫是全球（幾乎確定）和大多數(shù)大陸（很可能）極端冷事件和極端暖事件變化的主要原因。近幾十年來(lái)，人類活動(dòng)的影響，特別是溫室氣體強(qiáng)迫，很可能是全球陸地觀測(cè)到的強(qiáng)降水加劇的主要驅(qū)動(dòng)因子。具有高信度的是，模式可以重現(xiàn)陸地極端降水的大尺度空間分布特征。CMIP6模式模擬的極端降水強(qiáng)度和頻率與CMIP5模式的模擬相似（高信度）。

可能的是，人類活動(dòng)影響了20世紀(jì)80年代以來(lái)南半球緯向平均Hadley環(huán)流向極地的擴(kuò)張。具有中等信度的是，北半球緯向平均Hadley環(huán)流向極地的擴(kuò)張主要受到氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的影響。自20世紀(jì)80年代以來(lái)太平洋Walker環(huán)流增強(qiáng)的原因尚不清楚，觀測(cè)到的增強(qiáng)趨勢(shì)超出了氣候模式模擬的趨勢(shì)范圍（中等信度）。

1.3 人類活動(dòng)對(duì)冰凍圈的影響

很可能的是，溫室氣體等增加引起的人為強(qiáng)迫是20世紀(jì)70年代后期以來(lái)北極海冰損耗的主要驅(qū)動(dòng)因子。目前有新的證據(jù)表明，人為氣溶膠的增加抵消了部分由溫室氣體引起的20世紀(jì)50年代以來(lái)北極海冰損耗（中等信度）。在針對(duì)北極海冰的模擬中，盡管平均海冰狀態(tài)存在很大差異，但所有CMIP5和CMIP6模式都再現(xiàn)了近幾十年來(lái)海冰范圍和厚度的損耗（高信度）。相比之下，全球氣候模式通常無(wú)法捕捉到衛(wèi)星時(shí)代觀測(cè)到的南極海冰范圍的小幅度增加，并且對(duì)這種變化原因的歸因信度很低。

很可能的是，人類活動(dòng)影響了1950年以來(lái)北半球春季積雪的減少。CMIP6模式比CMIP5模式更好地再現(xiàn)了北半球積雪的季節(jié)性周期（高信度）。人類活動(dòng)的影響很可能是最近全球范圍內(nèi)幾乎普遍發(fā)生的冰川退縮的主要驅(qū)動(dòng)因子。在過(guò)去的20年中，人類活動(dòng)很可能影響了格陵蘭冰蓋表面的融化。具有中等信度的是，格陵蘭冰蓋最近的整體冰量損耗中存在人為貢獻(xiàn)。然而，僅具有中等一致性的證據(jù)表明，人類通過(guò)冰流量的變化影響南極冰蓋物質(zhì)平衡。

1.4 人類活動(dòng)對(duì)海洋的影響

極有可能的是，人類活動(dòng)是20世紀(jì)70年代以來(lái)海洋熱含量增加的主要驅(qū)動(dòng)因子，海洋熱含量的增加一直延伸到深海（很高信度）。自AR5以來(lái)由于模式模擬中同時(shí)考慮了自然和人為強(qiáng)迫，海洋上層（0～700 m）熱含量變化的近期觀測(cè)估計(jì)值與模式模擬之間的一致性提高。CMIP6模式模擬結(jié)果顯示，工業(yè)化以來(lái)（1850—2014年）海洋上層（0～700 m）吸收了58%的熱量，海洋中層（700～2 000 m）吸收了21%，海洋深層（>2 000 m）吸收了22%。與CMIP5的結(jié)果相比，CMIP6得到的多模式平均海溫偏差的結(jié)構(gòu)和幅度基本沒(méi)有發(fā)生變化（中等信度）。

極有可能的是，人類活動(dòng)影響了20世紀(jì)中期以來(lái)海洋表層和次表層鹽度變化。主要表現(xiàn)為鹽分低的區(qū)域變得更淡，鹽分高的區(qū)域變得更咸（高信度）。同期大氣水循環(huán)和海洋-大氣通量（蒸發(fā)和降水）的變化是觀測(cè)到的海盆尺度鹽度變化的主要驅(qū)動(dòng)因子（高信度）。觀測(cè)到的所有深度的海盆尺度鹽度變化可歸因于人為影響，CMIP5和CMIP6模式都只能在包括溫室氣體增加的模擬中重現(xiàn)這些模態(tài)（中等信度）。很可能的是，綜合考慮冰川、冰蓋表面物質(zhì)平衡和熱膨脹的可歸因貢獻(xiàn)，人類影響至少是觀測(cè)到的1970年以來(lái)全球平均海平面上升的主要驅(qū)動(dòng)因子。自AR5以來(lái)的研究表明，不包括人為溫室氣體的模式無(wú)法模擬出歷史時(shí)期熱膨脹（熱力學(xué)）導(dǎo)致的海平面上升，包括所有強(qiáng)迫（人為和自然強(qiáng)迫）的模式模擬結(jié)果與觀測(cè)估計(jì)值最接近。很可能的是，人為影響是觀測(cè)到的1970年以來(lái)全球平均熱比容海平面上升的主要驅(qū)動(dòng)因子。

1.5 人類活動(dòng)對(duì)生物圈的影響

大氣CO2濃度增加導(dǎo)致的植物生長(zhǎng)施肥效應(yīng)增強(qiáng)是大氣CO2季節(jié)循環(huán)振幅增加的主要驅(qū)動(dòng)因子（中等信度）。盡管如此，由于土地管理在某些地區(qū)占主導(dǎo)地位，CO2施肥效應(yīng)是觀測(cè)到的變綠的主要驅(qū)動(dòng)因子這一結(jié)論僅有低信度。

幾乎確定的是，人為CO2的吸收是觀測(cè)到的全球海洋酸化的主要驅(qū)動(dòng)因子。觀測(cè)到的北大西洋亞熱帶和赤道地區(qū)2000年以來(lái)CO2濃度增加可能部分與海溫升高有關(guān)，這一反應(yīng)與海洋碳匯隨變暖而減弱的預(yù)期一致。與AR5一致的是，海洋上層脫氧有部分是由于人類活動(dòng)影響這一結(jié)論具有中等信度。具有高信度的是，地球系統(tǒng)模式模擬出了全球平均海洋碳匯的時(shí)間變化。

1.6 人類活動(dòng)對(duì)氣候變率模態(tài)的影響

很可能的是，人類活動(dòng)影響了20世紀(jì)70年代以來(lái)南半球環(huán)狀模（SAM）正位相趨勢(shì)以及相應(yīng)的南半球溫帶急流的加強(qiáng)和南移。與之前的幾十年相比，2000年代初以來(lái)臭氧強(qiáng)迫對(duì)SAM趨勢(shì)的影響一直很小，導(dǎo)致觀測(cè)到的2000—2019年SAM趨勢(shì)較弱（中等信度）。氣候模式很好地再現(xiàn)了夏季SAM趨勢(shì)，且CMIP6模式的表現(xiàn)優(yōu)于CMIP5模式（中等信度）。相比之下，20世紀(jì)60年代以來(lái)北半球環(huán)狀模（NAM）趨于正相位以及相應(yīng)的溫帶急流和風(fēng)暴路徑北移的原因尚不清楚。

人類活動(dòng)對(duì)年際變率的主要熱帶模態(tài)或其相應(yīng)區(qū)域遙相關(guān)的影響并沒(méi)有超出內(nèi)部變率范圍（高信度）。AR5以來(lái)的研究進(jìn)一步證實(shí)，氣候模式和地球系統(tǒng)模式能夠再現(xiàn)厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）和印度洋海盆模態(tài)（IOB）和偶極子模態(tài)（IDB）的空間結(jié)構(gòu)和方差的大部分特征（中等信度）。盡管CMIP6模擬效果略有改進(jìn)，但CMIP6模式仍然未能較好的描述一些基本過(guò)程。

人為和火山氣溶膠影響了20世紀(jì)60年代以來(lái)大西洋多年代際變率（AMV）和相關(guān)區(qū)域遙相關(guān)的變化（中等信度）。具有高信度的是，內(nèi)部變率是太平洋年代際變率（PDV）的主要驅(qū)動(dòng)因子，盡管有一些模式證據(jù)表明存在潛在的人類活動(dòng)的影響。由于觀測(cè)記錄簡(jiǎn)短，模式仍然無(wú)法完全再現(xiàn)相關(guān)的海表溫度距平（中等信度），同時(shí)由于尚未充分理解關(guān)鍵過(guò)程的原因，評(píng)估人類對(duì)AMV和PDV的影響仍然存在不確定性。

2 討論和展望

AR6第一工作組第三章在對(duì)CMIP6模式性能進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，評(píng)估了人類活動(dòng)對(duì)全球和大陸尺度氣候變化的影響。其他變量，如區(qū)域尺度的水循環(huán)和極端事件等的歸因等沒(méi)有在該章進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)和第五次評(píng)估報(bào)告的比較，可以看到，由于在新的模式比較計(jì)劃中增加了更多的試驗(yàn)，不同人為強(qiáng)迫因子對(duì)氣候系統(tǒng)的影響可以進(jìn)一步被認(rèn)識(shí)和量化，對(duì)人類活動(dòng)影響的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，更多的證據(jù)和更新的資料均支持了人類活動(dòng)是工業(yè)化以來(lái)大氣、海洋和陸地變化的主要影響因子。

相比較之前的評(píng)估報(bào)告，IPCC最新發(fā)布的第六次評(píng)估報(bào)告進(jìn)一步明晰了人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)的影響，這種影響可以在氣候系統(tǒng)的多個(gè)圈層中檢測(cè)到。由于全球氣溫的持續(xù)變暖，人類活動(dòng)的信號(hào)愈發(fā)清晰，人為信號(hào)的檢測(cè)從AR5的1951年提早到了1850年，明確指出自工業(yè)化革命以來(lái)的氣候變化主要是由于人類活動(dòng)造成。同時(shí)，對(duì)于人類活動(dòng)對(duì)降水的影響，報(bào)告指出人類活動(dòng)對(duì)大尺度極端降水影響的信號(hào)在有些區(qū)域可以檢測(cè)到。對(duì)于大尺度極端溫度的變化，由于最新的CMIP6檢測(cè)歸因模式比較計(jì)劃（DAMIP）資料的使用，在最新的研究中可以將溫室氣體和氣溶膠的影響分離，因此在極端氣溫變化的歸因研究中，指出了溫室氣體強(qiáng)迫的主導(dǎo)作用。而在極端降水的變化中，溫室氣體的作用也可以部分地分離。報(bào)告也對(duì)所謂的氣候停滯期的原因進(jìn)行了回顧，評(píng)估了人類活動(dòng)對(duì)生物圈、深層海洋和氣候變率等多圈層變量的影響，體現(xiàn)了近年來(lái)在檢測(cè)歸因領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)（References）

Eyring V，Gillett N P，Achuta Rao K M，et al.，2021，Human influence on the climate system[R]//Climate change 2021：the physical science basis.Contribution of Working Group Ⅰ to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge and New York：Cambridge University Press（In Press）.

IPCC，2021.Climate change 2021：the physical science basis[R]//Masson-Delmotte V，Zhai P，Pirani A，et al.Contribution of Working Group Ⅰ to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge and New York：Cambridge University Press.（In Press）.

Impact of humanactivities on climate system：an interpretation of Chapter Ⅲ of WGⅠreport of IPCC AR6

SUN Ying

National Climate Center，China Meteorological Administration，Beijing 100081，China

In August 2021，the Working Group Ⅰ（WGI） report of the Sixth Assessment Report （AR6） of the Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC） was released.The report has concluded that human activities have warmed the atmosphere，ocean and land.Widespread and rapid changes in the atmosphere，ocean，cryosphere and biospherehave occurred.This paper presents the main conclusions of the report on the impact of human activities on the climate system，including the impact of human activities on the atmosphere and surface，the cryosphere，the ocean，the biosphere and the climate variability.It is clear that based on recent literatures in the filed of climate change detection and attribution，anthropogenic forcing signal，which is dominated by greenhouse gases，has been detected in multivariable changes in the climate system.The uses of the newest observational data，the latest generation of climate models and the updated attribution methods provide solid basis for these conclusions.

IPCC AR6;human activity;climate system

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20210816009

（責(zé)任編輯：袁東敏）