第二节　气候变化的原因

上面显示的各方面证据显示，全球变暖是一个不争的事实。接下来的问题是，这个事实背后的原因是什么？是由于自然界自身的变化，还是源于人类的活动？许多研究者为回答这一问题付出了艰苦的努力。一个概括性的判断是，人类对气候系统的影响是显而易见的。我们所观察到的变暖、大气中温室气体浓度的上升以及我们对气候系统的理解，都在支持这一判断。

从更科学的角度说，研究者们是借助气候模型来做出这一判断的。模型是对现实世界的抽象与简化，不需要捕捉现实世界的全部细节。气候模型的重点是给出气象方面的模拟结果。如果某个模型能够拟合出较长时段上的地球气象特征，那么，用它来模拟近百年的气象特征，是不是具有可靠性呢？这就是研究者们的思路。气候模型在经历多年的发展后，已经可以重现大洲级别的地表温度的历史轨迹。问题在于，如果不包含人类的活动，是否可以再现近些年的变暖现象呢？遗憾的是，研究表明，答案是否定的，即使连近似的拟合都做不到。假如气候模型只包含自然界自身的各种变化过程，那么，研究者将无法复制近百年所观察到的全球变暖。而当加入人类活动后，却可以做到这一点。鉴于这些气候模型在再现以往成千上万年的气候变化时是适用的，它们甚至能模拟出火山爆发后对气候的冷却效应，所以这种拟合上的差异强有力地支持了人类活动是近百年中全球变暖主因的判断。

实际上，人类的影响在气候变化的多个方面都能观测到。这些方面包括大气和海洋的变暖、全球水循环模式的改变、冰雪覆盖面的减少、全球平均海平面的升高以及一些极端的气象事件。支持人类活动是主因的证据在近几年变得越来越多。所以，目前已基本达成一个共识：人类的影响是20世纪中期以来所观察到的全球变暖的主导性因素。

接下来的问题是，人类活动是怎么影响气候系统的呢？气候模型仅仅识别了人类活动与气候变化之间的关联性；但是两者之间是如何关联的，则需要首先来了解一下温室效应。

温室效应（Greenhouse Effect），又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。它是指源自一个行星表面的热辐射被大气中温室气体吸收并向所有方向再辐射的过程。就像在生活中，即使我们没接触到别人，有时也能间接感受到其他人的体温一样，几乎所有的物体都在向外发散热能。地球也是如此。温室效应是专指由所有行星发散出去的热辐射，而不是仅仅局限于地球一个行星。

图1－8显示了温室效应的能量交换过程。太阳的辐射以可见光的频率（短波辐射）到达地球。这些可见光中的大部分能穿过地球的大气层，加热地球表面。地球获得热能后，再以较低频率的红外辐射往外发散热能（长波热辐射）。诸如二氧化碳之类的温室气体，均具有吸收红外辐射的特征。当地球大气吸收了大部分的地球红外辐射后，变热了的大气也会向外发散热能。由于气体分子悬浮在空中，所以它们的热辐射是朝所有方向发散的。当一部分热能消散于外太空时，有不小比例的热能被重新反射回了地球表面和较低的大气层，这就使得地表的平均温度要比没有温室气体的情况下要更高。这个机制看起来类似于用玻璃房栽培植物的做法：太阳光可以透过玻璃，加热玻璃房内部；但是热能却因玻璃的阻隔而难以散发出去，故名温室效应。然而实际上，两者的发生机制有所区别。玻璃房的温室是通过阻隔空气流动来实现的，而大气层的温室效应并未限制空气的对流。

图1－8　温室效应示意图

资料来源：Global Warming Art Project（Robert A．Rohde，2007）

不妨做一个假设。假设地球是一个完美导热的黑色天体，没有大气层，那么，太阳的照射会使得这个天体的温度达到5.3℃。然而，地球会反射大约30%的太阳光。如果让这个黑色天体也做到这点的话，那么，它的温度将是零下18℃。而我们真实的地球表面温度是大约14℃。两者之间所相差的大约33℃，这就是地球大气层的温室效应起作用的结果。

需要说明的是，温室效应只是一个客观的自然过程。这并不意味着温室效应就是不好的。实际上，正是地球的温室效应，才使得生命在这个星球上的出现成为可能。然而另一方面，由化石燃料燃烧和森林砍伐为载体的人类活动强化了自然界的温室效应，造成了全球变暖，临近地球的金星就存在着非常强烈的温室效应。在那里，是不适合类似人类这样的生命存在的。这可视为是温室效应一步步强化后的远期图景。从这个角度看，我们必须保证温室效应不能越来越强；至少，我们应采取某些行动，来延缓温室效应逐步强化的速度。