全球气候变暖的成因与影响

　　摘要：全球气候变化是21世纪人类社会面临的巨大挑战.作者阐述了全球变暖是气候变化的主要特征，对造成气候变暖的自然原因和人类原因进行讨论.探讨气候变暖对自然灾害、水资源、农业生产、生物种类、疾病发生、海平面变化等所产生的影响.

　　关键词：全球；温室效应；成因；影响；

　　2007年度诺贝尔和平奖授予美国前副总统艾尔·戈尔、联合国政府间气候变化专家小组(IPCC)，表彰他们致力于全球变暖问题预防和改善，“为确立和传播人类活动引起气候变化的更多知识作出努力，进而为采取抵消这类变化的措施奠定了基础”.这是该奖项首次关注全球气候变化的问题.科学研究表明，近百年来全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化，这种变化给人类带来不容回避的挑战，保护气候的征程任重道远[1].本文拟对全球气候变暖成因和后果等进行简要分析.

　　1全球气候变暖

　　气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变，或者持续10年或更长时间的气候变动.联合国《气候变化框架公约》第一款中，将气候变化定义为“经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变.”显然，该定义特指人类活动所引起的气候改变.1979年2月世界气象组织在日内瓦召开了第一次世界气候大会，通过“世界气候大会宣言”、“关于召开世界各国部长级气候会议问题”和“关于气候影响社会的行动计划”等3个文件，并提出世界气候计划(WCP)[2]，标志着人类开始关注气候变化.

　　1850年以来，全球平均气温经历了冷——暖——冷——暖两次波动，总体为上升趋势，全球地表平均温度上升了0.74℃.全球气候变化主要指全球变暖，特别是20世纪后半叶全球气温的升高.

　　19世纪末工业革命后，全球气候逐渐趋暖.1900~1940年之间，全球气温上升了0.5℃，到20世纪80年代以后全球气温上升趋势更加显著.90年代有可能是千年以来北半球最暖的10年，其中1988年比1949~1979年平均气温增高0.34℃.全球表面平均温度在20世纪平均升高了0.6℃[3].1990~2005年全球平均温度升高约为每10年为0.15℃~0.3℃.Diggle提出一种称为有限最大相似法的预测模型，该方法考虑温度随时间变化的结构，结果显示19世纪中期至20世纪末气温升高0.6℃[4].最近100年是过去1000年中最暖的，而最近20年是过去100年中最热的.据美国海洋与大气管理局公布的数据，2002年1月全球绝大部分陆地区域表面温度都高出以往任何时期，是1880年有气象纪录以来全球陆地表面平均温度的该月最高点.

　　除大气温度外，气候变暖的证据还包括海洋温度、钻孔温度、山岳冰川等.据Levitus估算，世界海洋最上层300m温度在1998年比20世纪50年代上升0.15℃~0.45℃[5].对616个钻孔温度剖面进行分析，20世纪中200~1000m深的地下温度上升了0.5℃[6].近20~30年热带冰川后退迅速，热带雪线上升约100m，大约相当于温度上升0.5℃~0.6℃[7].

　　未来气候将继续变暖，气候系统模式可以估计这一趋势.中国气象局国家气候中心开发和研制了一种气候系统模式，利用该模式能够预估全球和中国未来的气候变化.到21世纪末，中国气候持续明显变暖，尤以冬半年、北方最为明显[8].英国东英吉利大学气候研究所通过计算机进行的温度效应预测显示，1990年以后至21世纪中叶，全球平均气温将上升0.5~1℃，通过气候模型的预测，1990~2100年间全球表面温度将升高1.4~5.80℃[9].

　　2气候变暖的成因

　　有温度观测记录的时间只有150年左右，因而确定气候变暖是否与温室效应有关，存在较大的难度.一般气候变暖的原因包括自然和人为两个方面，越来越多的学者认为气候变暖与人为活动有直接关系.

　　2.1自然原因

　　主要包括海洋、陆地、火山活动、太阳活动、自然变率等，不少科学家还将气候变暖归结为大气候条件.地球逐渐变暖是地球大气自身调节的结果.自地球形成后，不同的地质时期气候呈现一定的规律，一定幅度的气温波动是正常的，目前地球正处于“增温期”.如中国海南岛小东海礁区的滨珊瑚岩心长3m，反映近百年(1890~1990年)的温度变化，即20世纪50年代前升温，50~80年代降温，80年代后升温[10].

　　太阳本身提供的能量变化或者地球接收到的太阳能量发生变化都影响到地球气候系统的变化[11].丹麦国家太空中心(DanishNationalSpaceCenter)认为，由于帮助形成云层的部分宇宙线被太阳的较强磁场阻挡，导致了地球温度的升高.从十年至百年的长时间尺度分析，影响气候的长期波动的主要因子是太阳辐射.俄罗斯天文学家HabibulloAbdussamatov还认为长期上升的太阳辐射是造成地球变暖的原因.

　　以树轮放射性碳浓度异常为太阳活动水平的指示，以欧洲和全球冰川进退为气候变化的指示，发现太阳活动水平的长期变化与全球气候变化之间有很好的正相关[12].太阳活动是周期性的，能影响大气周期性升温与降温.在百年尺度至千年尺度变化周期中，主要是76年世纪周期和22年磁周期比较显著，特别是以世纪周期作用最突出.太阳黑子活动自1935年出现世纪周期的最低点，至1979年出现世纪周期的最高峰，该时期是太阳活动的增强期，对气候变暖作用相当大，甚至在一定时期内可超过CO2的升温作用.

　　Singer按时段对气温变化进行分析，认为18801940年全球气温有所上升，这是“小冰期”(1450~1900年)长期持续寒冷之后的回暖，属于自然气候变化，而非人类活动的影响.不论根据何种平均气温序列，1940~1975年或者气温明显下降，或者在振荡中略有下降.然而，这段时间正是第二次世界大战及战后恢复时期，大气中CO2浓度迅速增加这一时期气温变化的特征与温室效应的加剧并不符合.

　　近600年的地磁场模型资料和全球平均温度序列之间有较好的相关，地表浅层热场是地球深层焦耳热的反映，地磁场通过焦耳热的不断释放影响气候变化.地磁场变化超前于全球气温变化.从地磁场的变化来看，21世纪初全球变暖的趋势有所减缓[13].

　　厄尔尼诺现象造成的全球气候异常.中高纬地区冬季气温与厄尔尼诺现象发生具有一致性，即厄尔尼诺现象发生当年冬季气温低，翌年也低；厄尔尼诺现象发生当年冬季气温高，翌年也高[14].

　　目前有观点认为，气候变暖其实并不全是因为人类排放出的温室气体，火山喷发同样会排放出大量的温室气体.然而，事实上火山喷发形成的气溶胶对来自太阳热辐射起到了阻挡作用，在一定程度上能降温.各个外界强迫因子在过去的100年可能造成的温度变化中，以火山活动的作用最重要，其次是太阳活动，CO2的影响最小.

　　臭氧层的破坏，进入地球大气的紫外线增强，地球上所有生物的进化和生存将受到威胁，地表植被和海洋浮游生物的减少或消失，必然减少贮存在植物体和用于光合作用的CO2，从而使大气中的温室气体增加.

　　2.2人为原因

　　温室气体、气溶胶、土地利用、城市化等是造成气候变化的主要因素.在变暖机理研究中，人类活动导致温室效应增强令人关注[15].尽管对温室气体造成的气候变暖存在争议[16].

　　大气温室气体增温效应早在1827年就被证实[17].目前，越来越多的学者认为，气候变暖主要因素是人类活动排放的CO2、CH4等大量温室气体.在产生“温室效应”的原因中，CO2占50%，甲烷沼气占20%，含氯氟烃占15%，N2O占10%，O3等占5%.

　　1750年以来，全球大气中CO2、CH4、N2O和一些氢氟碳化物的含量剧增，目前已经远远超出工业革命前的水平[18].CO2的增加主要是人类使用化石燃料所致，而CH4和NO的增加主要是由于人类的农业生产活动.目前，这些气体已经大大超出了根据冰芯记录得到的工业化前几千年来的浓度值，其中CO2浓度从工业化前的约0.280ml/L增加到2005年的0.379ml/L，CH4浓度值从工业化前的约7.15×104ml/L增加到2005年的1.774×10-3ml/L，N2O浓度从工业化前的约2.70×10-4ml/L，增加到2005年的3.19×10-4ml/L[19].Crowley利用能量平衡模式(EnergyBalanceClimateModel)研究了近1000年来北半球的气温变化，他认为，20世纪的升温中，温室气体的强迫贡献已超过了气候的自然变化[20].

　　CO2旦排放到大气中，可以生存50~200年.从CO2的生存周期来看，现在空气中很大一部分CO2是发达国家从工业革命以来排放到大气中的，现在仍在起作用.1750~1950年发达国家排放的二氧化碳占世界总量的95%，1950~2002年，发达国家二氧化碳排放量占世界累计排放量的77%.

　　IPCC关于气候变化成因的认识逐步深化，对“全球气候变化的归因是人类活动产生的”的认识在逐步加深.IPCC是世界气象组织和联合国环境规划署于1988年联合建立的政府间机构，该组织有来自150个国家和地区的2500多名科学家参与并组成，个全球网络，参与分析、研究和发布气候变化信息及其社会和经济影响评估报告，所提结论应该有较广泛的代表性和良好的可信性.1990年第一次评估报告认为，近百年的气候变化可能是自然波动或人类活动或二者共同影响造成的.1996年第二次评估报告提到，依据越来越多的各种事实，人类活动对气候变暖产生的影响已被觉察出来.2001年第三次评估报告认为人类活动造成气候变暖的可能性在66%以上.到2007年的第四次评估报告认为，人类活动是气候变暖的主要原因，可能性已达90%以上，并且列举了一系列新的气候变化事实.这些事实主要包括1906~2005年全球地表平均温度升高0.74℃；2005年全球大气CO2浓度379ppm，为65万年来最高；与1980~1999年相比，21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.1~6.4℃；21世纪高温、热浪以及强降水频率可能增加，热带气旋的强度可能加强等.

　　英国和瑞士科学家合作在《英国皇家学会会报》(ProceedingsoftheRoyalSociety)发表文章指出，“不应该把近年来全球气候的变暖归罪于太阳能量水平的变化，在过去20年里，太阳对地球气候产生影响的所有的变化走势，与能观测到的全球平均气温升高所要求的数据背道而驰.相反，数据显示近20年来太阳能量变化对地球应该具有降温作用.”

　　英国卢瑟福·阿普尔顿实验室(RutherfordAppletonLaboratory)和瑞士达沃斯(Davos)世界辐射中心共同对近数十年中可能引起气候变化的因素，包括所有太阳辐射和宇宙线的变化作了研究.将太阳黑子以11年为一周期的变化规律作为一个重要因素进行考虑.经过研究认为，太阳黑子虽能影响太阳发射的热量值，但不会影响地球表面气温，因为海洋能吸收并保留住热量.无论使用何种计算方法，自20世纪80年代末期开始的全球平均气温迅速上升都不能归因于太阳能量变化.郑斯中根据国外5个模式模拟得出，当CO2浓度倍增时，我国冬季将变暖31~57℃，夏季变暖18~51℃[21].

　　3气候变暖的影响

　　全球范围内逐渐开始研究气候变化带来的影响.全球变暖不但危害自然生态系统的平衡，而且还威胁人类的食物供应和居住环境.

　　3.1自然灾害频发

　　极端天气气候事件发生频率的增加将会增大天气灾害的风险.由于全球气候变暖，使得大气环流等随之发生改变，伴随而来的是台风等极端气候事件频频发生.据统计，20世纪90年代全球重大气象灾害比50年代高出5倍以上.

　　由于气温上升，地中海地区的降水将大幅增加，而且多以灾难性的暴风雨形式出现.伴随气候变化，撒哈拉以南非洲地区将去愈发干燥，而世界其他地方会越来越多地遭受洪水泛滥的威胁.就全球而言，受洪水和风暴的影响，用于加固房屋、工厂、电站的费用平均每年为100亿美元.为了应对气候变暖引发的灾害，欧洲每年耗资219亿美元用于各种救助，而美国在医疗与水资源管理方面支付的费用高达300亿美元；

　　1950~2000年特别是1990年以后中国气象灾害造成的经济损失急剧增加.原因有两个，一是极端天气事件增多，二中国总体经济总量增加，经济损失的绝对值大幅升高.气候变化对重大工程也有影响，如长江上游降水量的增加，导致地质灾害的频率会增加，对三峡水库安全运营会产生一定影响.另外，气候变化可能影响青藏铁路和公路，增加铁路和公路运行维护的投资.

　　3.2水资源短缺

　　全球变暖使水循环的过程速度加快，降水的空间不均匀性增加.由于气温增高，水汽蒸发加速，全球雨量每年将减少，各地降水形态将会改变.对气候变化进行水分循环模拟显示，陆地生态系统将会频繁地遭受严重的干旱和洪水灾害[22].全球气候变暖可能使全球平均降水量趋于增加，但降水变率可能随着平均降水量的增加也发生变化，蒸发量随全球平均温度增加而增大，使未来旱涝等灾害出现频率增加.气候变暖后，一些地区由于蒸发量加大，河水流量趋于减少，可能会加重河流原有的污染程度.

　　在全球变化的影响下，中国干旱区范围将扩大.若CO2浓度加倍，温度上升1.5℃，中国干旱区面积扩大18.8万km2.在干旱年份，将大大加剧华北、西北等地区的缺水状况，水资源形势趋于严峻.1950年以来，我国6大江河的径流量减少，其中海河降幅最大，每年约减少3.66%.

　　全球变暖后，中国的冰川、冻土和积雪可能减，，山地冰川将继续后退萎缩.估计到2050年中国西部冰川面积将减少7.2%，而冰川融水总量将处于增加状态.如柴达木及青藏高原的内陆河流域冰川融水高峰期预计将出现在2030~2050年，年增长约20~30%.

　　3.3农作物产量发生改变

　　农业可能是受全球变暖影响最大的部门.由于温度升高；旱涝加剧、水资源短缺，改变植物、农作物的分布及生长力，并加快生长速度，造成土壤贫瘠，作物生长将受到限制，使许多地区作物减产，还间接破坏生态环境，改变生态平衡.

　　气温升高，将使我国积温及持续天数增加，种植界限北移，复种指数提高，有利于农作物产量的增加，还会使生长期延长，促进农业生产.据推算，年平均气温每升高1℃，农业气候带将北移100mm.但是，温度愈高，生长期愈长，害虫繁殖愈快，也容易成灾，增加了控制的难度.暖冬也破坏了植物原有的生态平衡，使农作物减产.

　　气候变暖也加剧了中国北方地区的旱情，农业灌溉受到很大的影响.中国农业将面临产量波动大，布局和结构变动，种植制度和作物品种改变，成本和投资将增加，肥料、杀虫剂和除草剂增加等.如不采取适应措施，预计到2030年，中国三大作物稻米、玉米、小麦等均可能减产.郜庆炉等选用具有代表性的豫麦品种，研究了河南地区的小麦播期变化，结果发现，早播使小麦越冬前幼穗分化发育进程加快，而小麦在越冬期达到的幼穗发育阶段越高，在暖冬气候条件下，小麦遭受冻害的可能性越大.晚播使小麦前期生长发育速度慢，且单株平均分蘖数少，后期发育速度快，穗小粒少，也影响产量的提高[23].然而，王媛等认为，中国黑龙江省水稻总产增产量中有大约29%~57%的份额是由于气候变暖及其适应行为产生的[24].

　　3.4疾病危害加剧

　　气候变暖使热量带向高纬移动，由此引起的环境改变会迫使一些动物转移，频繁转移为疾病的传播提供了便利条件，某些感染源或携带病原体的昆虫、啮齿类动物分布区扩大，疟疾、登革热、黑热病和血吸虫病等流行蔓延.气候变暖给许多病菌提供了更为广阔的活动空间，病菌的繁殖率和传播速度将更大更快.气候变化还会使人的抵抗能力和免疫能力下降，这些因素综合在一起，就会增加瘟疫流行的几率.随着全球气候变暖，热死亡人数也将增加，如2003年夏欧洲西部的温度非常高，仅大巴黎地区就死亡2万人左右.

　　全球趋暖可能增加经食物传播疾病的发生.如1982~1991年英国经食物传播疾病的发病率与平均气温密切有关，当平均气温高于7.5℃时，二者呈正相关.预测到2050年，英国的经食物传播疾病将增加5%~20%[25].

　　3.5海平面上升

　　全球变暖使极地冰川融化和使海水热膨胀，从而导致海平面上升.近50年来海平面上升速率为1.0~2.5mm/年.随着全球变暖，未来50~100年，海平面将继续上升；到2050年约上升12~50cm.世界上一些低海拔地区将被海水淹没，饮用水也受污染.同时，海平面上升对人类的生存和经济展也是一种缓发性的自然灾害，导致海岸线后退、海水倒灌、洪水排泄不畅、海堤受损和农田盐碱化等，进而影响航运、水产养殖业等.

　　海平面上升已开始影响太平洋岛国的生存.太平洋岛国图瓦卢成为全球第一个因海平面上升而进行全民迁移的国家.中国的珠江三角洲、印度、孟加拉国、越南和一些太平洋岛屿国家和地区将面临最为严重的威胁.中国由于70%大城市、一半人口和60%国民经济生产位于海岸带低洼地区，海平面上升对社会经济产生严重影响.

　　3.6生物数量变化

　　气候变化对生物多样性的影响，取决于气候变化后物种相互作用的变化，以及物种迁移后与气候变化对生物多样性的影响.植被模拟研究证实，气候变化使某些物种由于不能适应新环境而有濒临灭绝的危险，也可能出现新的物种体系.全球变暖对我国植被水平和垂直分布、面积和生产力会产生不同程度的影响.随着温度的变化，动植物对气候变化的典型反应需要有逐渐适应的时间，再加上森林的减少，森林格局发生变化，动植物生存将受到威胁，许多动植物将大量消失，造成生物多样性减少.

　　冬季变暖，配合一定量的降水，为蝗卵孵化出土提供了适宜的湿度，加上温度升高牧草提前返青，蝗蝻有充足的食物，导致草原蝗灾持续性大发生[26].羊草草原的优势植物种群表现出不同的动态响应，作为群落最优建群种酌羊草受到的影响最为明显，其重要值和地上初级生产力均呈现出明显的下降趋势.作为次优建群种的大针茅的重要值和地上初级生产力表现为某种程度的上升.另外4个优势种寸草苔、西伯利亚羽茅、变篙和冰草的重要值和地上初级生产力也表现出相互消长的互补关系[27].

　　4结语

　　全球气候变暖是人类面临的共同问题，对地表自然环境和人文社会环境正在产生深刻的影响.值得关注的是，世界各国政府、国际组织和区域组织等已经意识到气候变暖问题的严重性和紧迫性，陆续制定各种政策、签署多个协议和采取多项措施，以控制全球变暖趋势，戈尔和IPCC获得2007年度诺贝尔和平奖激励人们采取更加积极的行动.但是，有效地控制和减缓气候变暖是一项十分艰巨的重大课题.有关全球变暖的原因、人类活动的影响程度、地表环境对全球变暖的响应、世界各国对待变暖的认识等等，都需要深入加以研究和解决.