人类历史上暖过那么多次，为啥现在地球升温2℃就慌了？

地球大气 CO₂ 浓度的增高历史

下图展示了公元1600年以来的大气CO₂的浓度变化，ppmv代表百万分之一（体积浓度）。在这条曲线中，1958年之前的数据来自冰岩芯样品的古大气测定结果，1958年以来的数据则来自对大气采样后的直接测量。

从中可以看出，1900 年前后，尽管工业化已开始约150年，但那时只有少数国家开始工业化，大气CO₂浓度仅从280ppmv这个背景值上升了十几ppmv而已。这部分上升被认为主要来自对森林的砍伐、农业的耕作以及早期工业生产中的木炭使用，化石能源燃烧的贡献量并不大，美国东部的开发所导致的森林破坏是其中的一个特别重要的因素。

1900年之后，工业化扩张进度加快，因此大气CO₂浓度曲线陡然上升。这个上升趋势先是由大量使用煤炭造成的，然后大量使用石油和天然气的因素加入其中。目前， 石油和煤炭的排放贡献量各为三分之一强，天然气的排放贡献量为三分之一弱。

全球增温与大气 CO₂ 浓度升高步调一致吗？

我们把全球表面温度变化曲线同大气CO₂浓度曲线放在一起作比较：

从图中我们可以看到一致的方面，即两者有共同的增高趋势性。有专家估计，1850-1900年的气温平均值与2010-2019年的平均值相比，全球平均气温增高了1℃左右。

这个增温变化有几个特点：一是陆地的增温幅度要大于海洋；二是高纬度地区的增温幅度要大于低纬度地区；三是高海拔地区的增温幅度要大于低海拔地区；四是地球表面增温具有空间一致性，即与全新世时期的某些增温事件不同，那些事件往往不具有空间一致性，即表现为一些区域升温，另一些区域反而降温。

正因为有这些特点，把全球趋势性的增温归因于大气CO₂浓度升高，应该是完全站得住脚的。

所谓不一致的地方，主要表现为全球表面温度变化曲线同大气CO2浓度曲线不一样，前者具有“波动性”，而后者则基本上呈线性增高。这表明，二者并没有严格的统计相关性。比如全球表面温度变化曲线从1850年前后开始升高，20世纪三四十年代出现一个高峰，而后曲线下降，到20世纪70年代又开始快速升高，而1998～2010年间则又呈现为一个“平台”。

对这个现象，比较合理的解释是影响气候系统变化的 CO2 之外的一些外部因素，以及一些系统内部因素本身所具有的“波动性”，还在继续发挥作用。也就是说，100多年来的升温趋势可归结于大气CO₂ 浓度的增高，而一些具有波动性特征的“强迫”因素的作用，还可叠加在这个趋势之上。

升温导致了气候系统的哪些变化？

变化还是明显的，这里概述一些主要的变化。

• 冰冻圈的变化体现在山岳冰川随着升温而在大多数高山区出现收缩现象，北冰洋的海冰面积相比过去也有大面积缩小，还有冻土层在融化、面积在缩小。

• 大气圈的变化体现在气温和降水格局变化上。有的区域降水量增加了，有的地方减少了；中高纬度地区的冬半年时间变短了，夏半年时间拉长了；不少地区夏季的“热 浪”无论是强度还是频率，都有增加趋势；低纬热带地区的灾害性天气系统（如台风和飓风）似乎有增加趋势。

• 生物圈的变化体现在 CO2 的“施肥作用”和降水量整 体增加的背景下，全球整体生物产率有较大增长，这同我 们前面介绍过的生态系统固碳量在增高是一致的；此外， 物候如树木发芽、开花的时间节点也在提前。

• 水圈的变化最主要体现在近百年海平面有约20厘米的上升，这同山岳冰川融化、河流径流量增加有关，也同增温背景下的海水热膨胀有关。

• 增温对岩石圈的影响目前还觉察不到。

升温的潜在威胁有哪些？

首先是海平面上升，淹没河口三角洲地区和沿海低地，一些小岛国甚至担心举国被淹。这是因为气温持续上升后，格陵兰冰盖将进入融化状态，冰盖产生的淡水将汇入海洋，由此导致海平面升高。根据格陵兰冰盖的体积，如果其全部融化，将会导致海平面上升6米左右。如真出现这样的情况，全球至少有数亿人口将失去家园。

其次是降雨带可能发生迁移，一些地区有可能变得更为干旱，还有一些地区则会面临洪涝增加的风险，由此影响这些地区的农业生产和居民生活。但过去一时流行的所谓“干旱区将越发干旱、湿润区将更为湿润”的预言，目前看还缺乏证据证明其真实性。

全球变暖可能对地球气候造成深远影响

（图片来源：NASA）

还有不少科学家担心极端天气事件增加，这方面已被大众媒体广为宣传。从理论上讲，气温增高，一些地区的热浪事件有所增加，这应该是容易理解的，但增温往往表 现在冬季变短，冬天温度上升明显，夏天的高温天气增加相对没有那么明显，因此目前还不能说全球性热浪频发将成为新常态。由于高纬度地区的增温幅度大于低纬度地区，这样一来，大气的水平压力梯度将变得平缓，至少像寒潮这类极端天气会大大减少。当然，应该可以想象，增温导致低纬大气热结构更不稳定，从而使热带极端天气事件增加或增强。

关于变暖潜在威胁的“预言”有很多，比如热带传染病将北上，敏感地区的生态系统将崩溃，甚至军事冲突因变暖而增加等等。这些“预言”在文献和媒体中传播 较广。一段时间以来，国际上讨论变暖的严重威胁，甚至做出“世界末日”般的预言，已成风尚。但科学预测需要“实证”，而证据似乎还要“等待”。

控制2℃温升的依据是什么？

2009 年，在哥本哈根气候变化大会上，国际谈判的主要议案有两条：一是21世纪把增温在工业革命前的基础上控制在2℃之内；二是把大气CO₂当量浓度控制在 450ppmv CO₂(e)之内。

当时定的450ppmv CO2(e)是非常“激进”的，事实上是做不到的，因而一些发展中大国以“缺乏科学依据”为由，不同意将2℃温升与 450ppmv CO2(e) 挂钩，因此只通过了 2℃控温议案。十多年过去了，大气CO2当量浓度已经明显超过450ppmv CO2(e)，但增温目前还只在1℃左右，这说明当时那些发展中大国的坚持是完全正确的。

哥本哈根气候变化大会首次正式明确，将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃以内的长期目标（图片来源：联合国）

为什么各国会赞同把温升控制在2℃之内呢？这是因为需要把格陵兰冰盖的融化作为首要考虑因素。迄今为止的变暖在北极地区表现得很明显，其增温幅度是中低纬度地区的两倍，为此表现出北冰洋的海冰在夏季有较大面积的减少。进一步增温，海冰还会变少。如果海冰消失，那么每年冰雪积累与消融的“平衡线”就会推进到格陵兰陆地上面，这将促使该大陆冰盖出现消融，从而导致海平面上升。海平面较大幅度上升所带来的风险和代价将是巨大的，这就是各国同意控制2℃温升的核心考量或依据。

太空视角中的格陵兰冰盖（图片来源：USGS）

但是，一些欧洲国家和小岛国认为2℃温升仍有风险， 因而坚持控温 1.5℃的目标，这个建议在后来的巴黎气候变化大会上得到重视。因此，各国同意在控制2℃温升这样 的刚性目标之外，又加上了“尽可能把增温控制在1.5℃之内”这样比较柔性的目标。

地质历史或人类历史上的增温期

不适宜生存吗？

从地质历史上看，增温期有很多，持续的温暖期也有很多。严格地说，我们现在所处的地质年代（新生代）的6500万年中，极大部分时期比现在气温高，比如距今5000万年前后，全球平均气温比目前高 10℃左右。

稳定的高温期对生物的演进并不会产生多大害处，但快速的增温将是个问题，它会使地球的生态系统来不及调整和适应新的环境而出现灾变性事件，这样的事件在地质历史上也是不乏先例的。

人类进入农业文明的1万年中，地球也有气温比目前高的时期，比如我国的仰韶文化、红山文化、马家窑文化等彩陶文化均产生在目前相对干旱的北方地区，但当时（距今约6000～5000 年前）那里的气候条件比现在要温暖湿润得多，从而可以支撑起文明的进步。即使进入有文字的文明时期后，我们从历史记录上也可以推测，许多王朝的强盛时期往往是在气候温暖湿润的时期。

这一点非常易于理解：气候越温暖湿润，越有利于农业生产，越有利于养活众多人口。相反，我国历史上的寒冷期，都是社会较为动荡的时期。对于这一点，我国老一辈学者从 20 世纪三四十年代起，就有明确认知。

一万年来挪威雪线高度（实线）与五千年来中国温度（虚线）变迁图（图片来源：竺可桢《中国近五千年来气候变迁的初步研究》）

由此可见，历史的经验告诉我们，气候温暖本身并非绝对坏事，甚至在一定条件下下有利于文明发展；真正的挑战在于气候变化的速度是否超过了自然与人类社会的适应能力。正因如此，全球科学家一直把“适应气候变化”作为应对气候变化的重要研究内容。这是因为大家理性地认识到，碳排放不可能很快得到减少，相当多的国家还没有完成工 业化，对能源的需求还会增长，用非碳能源取代化石能源将是一个较为长期的过程。

变暖难道没有正面效应吗？

事物都是一分为二的。变暖也一样，它既可能带来害处和风险，也不可避免地会带来好处。

笼统地讲，温度升高，全球水循环加快，全球总降水量将增加。水、热增加，加之大气 CO2 浓度增高可促使光合作用增强，全球性的生物产率必然会随之增长。这应该是好事。

全球增温，在北半球的高纬度地区尤其明显。这样一来，一些苦寒之地，比如加拿大北部、俄罗斯的西伯利亚、美国的阿拉斯加就有可能适合农业生产。又比如，东北是我国的大粮仓，以前经常有寒潮南下而导致粮食歉收，但最近一些年，已无寒潮之虞了。这应该也是好的方面。

古气候研究表明，地球上的沙漠面积在温暖期远远小于寒冷期。20世纪90年代初，在北京的一个国际学术会议上，中国科学家的三个团队分别预测：在变暖背景下，青藏高原将变绿、西北将暖湿化、黄土高原和其北边的沙漠将变潮湿。30 多年过去了，这些预测都得到了部分应验。这当然是好事。

但是，变好变坏都是通过局部地区表现出来的，世界还远远没有实现大同，变好的地区并不会有与变坏的地区分享好处的自觉性。从这个角度论，希望气候基本稳定，或即使要变暖，也最好“慢慢变”的期盼和愿望就可以理解了。

CO₂浓度升高将改变地球轨道

对气候的控制吗？

这是一个特别有意思的问题。

在过去的260万年里，地球气候一直呈冰期-间冰期波动，尤其是过去80万年来，2.3万年左右的所谓“岁差周期”比较突出，即1万多年的冷与1万多年的暖交替出现， 这一点已经被从全球各地获得的大量古气候记录所证明。

我们现在所处的这个间冰期从距今11000多年前开始，无论是地球轨道组合，还是历史记录，似乎都表明地球即将迈入新的冰期的门槛。事实上大致从公元1500年到1900年，地球处在“小冰期”，欧洲当时的气候非常寒冷，青藏高原的冰川扩张也非常明显，我国的大量历史记录也能反映出当时的寒冷气候。

尽管目前较为流行的主张是小冰期由当时太阳黑子活动弱化所造成，但没有足够的理由排除当时已开始向冰期过渡的可能性。也就是说，以下的假设不是没有根据的：正因为工业革命以来的 CO₂ 排放，地球向冰期发展的进程被中断了。

国际上一些地球系统模式的运算表明，如果人类继续排放 CO₂，那么地球将进入历时数万年的“超级间冰期”。也就是说，曾经控制了气候变化的自然力量将让位于人为 力量，灾难性的冰期气候在接下来的数万年内将不复重现！倘真如此，CO2 排放是福还是祸呢？

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