解讀IPCC報(bào)告關(guān)于大氣[CO2]加倍對(duì)氣候的定量影響

1、背景介紹

政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱(chēng)報(bào)告）科學(xué)基礎(chǔ)部分（2007）全面討論了各種因素對(duì)氣候變化的影響，大氣二氧化碳濃度變化僅是其中一個(gè)因素，占的篇幅并不是很大，但是，控制這個(gè)因素對(duì)人類(lèi)生活的影響最大。按照?qǐng)?bào)告結(jié)論，人類(lèi)需要大幅度降低二氧化碳排放，才能控制氣候變暖到人類(lèi)可承受的危害水平。由于人類(lèi)使用化石燃料來(lái)獲得能量，是二氧化碳排放增加的主要原因。減少化石燃料使用量，就會(huì)降低人類(lèi)生活水平，因而是人類(lèi)密切關(guān)心的問(wèn)題。

人類(lèi)使用化石燃料，向大氣排放二氧化碳，使大氣二氧化碳濃度，從工業(yè)革命前280ppmv 增加到現(xiàn)在380ppmv，從而導(dǎo)致氣溫升高，其原因是，如果保持氣溫不變，地面紅外輻射能量也就保持不變，由于大氣二氧化碳濃度升高，使大氣能夠吸收更多地面紅外輻射，從而在地球上積累更多能量，引起地面升溫。這基本上成為科學(xué)界的共識(shí)。

但是，在科學(xué)界，有很多人并不同意報(bào)告中的定量結(jié)論。人們對(duì)大氣二氧化碳濃度增加，導(dǎo)致氣溫升高的幅度存在不同看法。例如，曾經(jīng)擔(dān)任小布什總統(tǒng)科學(xué)顧問(wèn)的麻省理工學(xué)院Linden 院士，就是反對(duì)派中的代表人物，最近發(fā)表文章（2009），根據(jù)國(guó)際海洋溫度測(cè)量數(shù)據(jù)和大氣層頂輻射數(shù)據(jù)，計(jì)算溫室效應(yīng)反饋因子，從而得到的大氣二氧化碳濃度加倍對(duì)氣候的影響，比報(bào)告小得多（0.5對(duì)3.26K），這也暗示了報(bào)告所采納的數(shù)據(jù)及其計(jì)算方法方面存在問(wèn)題。后來(lái)，Trenberth（支持派著名人物，報(bào)告采用了其在1997年所提出的地球能量平衡圖）發(fā)表文章（2010），認(rèn)為L(zhǎng)inden院士的計(jì)算，在數(shù)據(jù)選取方面有問(wèn)題，不同意Linden的結(jié)論。也就是說(shuō)，目前爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是報(bào)告所采納的計(jì)算方法可靠性，以及所得結(jié)果的準(zhǔn)確性。一派認(rèn)為大氣二氧化碳濃度影響很大，另一派則認(rèn)為很小。

在報(bào)告中，引起氣候變化的因素分為人為的和自然的兩大類(lèi)。不同因素對(duì)氣候的定量影響，用氣候敏感度（climate sensitivity）來(lái)表示。特別定義了兩種不同的溫室氣體影響氣候的敏感度，一種是平衡條件下的氣候敏感度，其使用的詞是equilibrium climate sensitivity,將其定義為平衡條件下，將工業(yè)革命前大氣等價(jià)二氧化碳含量加倍產(chǎn)生的全球年平均溫度變化，它是度量氣候系統(tǒng)對(duì)溫室氣體產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫的最終響應(yīng)強(qiáng)度。另外將瞬時(shí)氣候敏感度定義為將大氣二氧化碳濃度加倍時(shí)，假設(shè)每年二氧化碳濃度增加1%產(chǎn)生的全球年平均氣溫變化。它表示了氣候系統(tǒng)響應(yīng)溫室氣體產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫的強(qiáng)度和速度，與海洋吸熱速度有關(guān)。

（原文來(lái)自報(bào)告 9.6節(jié) pp718，參見(jiàn)：‘Equilibrium climate sensitivity’ (ECS) is the equilibrium annual global mean temperature response to a doubling of equivalent atmospheric CO2 from pre-industrial levels and is thus a measure of the strength of the climate system’s eventual response to greenhouse gas forcing. ‘Transient climate response’ (TCR) is the annual global mean temperature change at the time of CO2 doubling in a climate simulation with a 1% yr–1 compounded increase in CO2 concentration (see Glossary and Section 8.6.2.1 for detailed definitions). TCR is a measure of the strength and rapidity of the climate response to greenhouse gas forcing, and depends in part on the rate at which the ocean takes up heat. ）

起草報(bào)告的委員會(huì)綜述現(xiàn)有研究結(jié)果，給出結(jié)論。在報(bào)告中，引用文獻(xiàn)所使用的估算氣候敏感度的方法，基本上是相同的。通常使用一個(gè)復(fù)雜的以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ)的全球氣候模型，改變模型中影響平衡性氣候敏感度的參數(shù)，計(jì)算得到平衡條件下氣溫。這樣得到的結(jié)果是很難評(píng)價(jià)的。

另外一方面，報(bào)告還通過(guò)文獻(xiàn)綜述給出了決定氣候敏感度ΔT的三個(gè)中間結(jié)果，就是輻射強(qiáng)迫變化ΔRf，反饋因子C及直接氣候敏感因子k0。它們的關(guān)系如下：

ΔT＝k0（ΔRf+CΔT）                                              （1）

從（1）式可以得到：

ΔT＝k0ΔRf/(1-Ck0)                                                   (2)

我們主要來(lái)看這三個(gè)中間結(jié)果。河里村長(zhǎng)等，對(duì)報(bào)告有詳細(xì)的長(zhǎng)篇介紹，參見(jiàn) 有關(guān)“全球變暖”問(wèn)題的討論整理匯總 http://www./article/2675366  這些介紹寫(xiě)得比較有趣，而且很全面，有助于了解全球變暖問(wèn)題。我這里主要解讀有關(guān)二氧化碳問(wèn)題的定量結(jié)果，給出定量結(jié)果來(lái)源，方法。定量結(jié)果的重要性是不言而喻的，只有定量結(jié)果才能決定氣候變暖問(wèn)題的解決方法。后面專(zhuān)門(mén)有一部分，解讀報(bào)告中沒(méi)有給出的最近的一些研究結(jié)果，特別是不同于報(bào)告的結(jié)果。 請(qǐng)大家多多指教。

參考文獻(xiàn)

Lindzen, R. S., and Y.-S. Choi (2009), On the determination of climate feedbacks from

ERBE data, Geophys. Res. Lett., 36, L16705, doi:10.1029/2009GL039628.

Trenberth, K. E., J. T. Fasullo, C. O'Dell, and T. Wong (2010), Relationships between tropical sea surface temperature and top-of-atmosphere radiation, Geophys. Res. Lett., 37, L03702, doi:10.1029/2009GL042314

IPCC報(bào)告出處：http://www./publications_and_data/ar4/wg1/en/contents.html