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地理视野,生命不可能在我们的星球上进化

时间:2021-01-19 08:59 来源:互联网 编辑:小狐

核心提示

大家都听说过全球变暖,也相信地球的温度越来越高,冰川融化甚至会对沿海地区造成严重危害,然而今年元旦前后北方多个地区都遭遇了近年来最严重的寒潮,网友直呼被冻哭。一边说全球变暖,一边又是严重的寒潮,这是怎

大家都听说过全球变暖,也相信地球的温度越来越高,冰川融化甚至会对沿海地区造成严重危害,然而今年元旦前后北方多个地区都遭遇了近年来最严重的寒潮,网友直呼被冻哭。

一边说全球变暖,一边又是严重的寒潮,这是怎么回事呢?

据央视报道,中国工程院院士丁一汇针对这个问题做了解释,称寒潮恰恰是全球变暖的后果所致。

丁院士表示,正常情况下,西风带可牢牢圈住极地地区的冷空气。全球变暖使北极温度升高,“围栏“西风带不再牢固;发展盛期的拉尼娜现象,使赤道中东部太平洋海温变冷。

丁院士称,北半球南北温度梯度减小,气候平衡被打破,冷空气就有机会长驱南下。

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图1)

2020年12月底,中央气象台发布寒潮橙色预警,这是2016年以来再次发布最高级别的寒潮预警。

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图2)

温室气体会影响地球的能量平衡和气候

太阳是地球的主要能源。射向地球的阳光一部分被诸如冰和云等明亮的表面直接反射回太空,其余的则被地球表面和大气吸收。这些被吸收的太阳能大部分会以热量(长波或红外辐射)的形式重新发出。大气又吸收并散发热量,其中一些逸出到太空。

如果从地表散发出来的所有热能直接通过大气层进入太空,那么地球的平均地表温度将比今天低几十度。大气中的温室气体,包括水蒸气、二氧化碳、甲烷和一氧化二氮,使地表比这要温暖得多,因为它们吸收并散发所有方向(包括向下)的热能,从而使地球表面和低层大气保持温暖。没有这种温室效应,生命不可能在我们的星球上进化。

人类活动所排放的温室气体会改变地球的能量平衡,从而改变气候。人类还通过改变土地表面的性质(例如,通过砍伐森林进行耕作)以及通过排放影响大气颗粒数量和类型的污染物来影响气候。目前的研究表明,综合考虑所有人为因素和自然因素后,地球的气候平衡已朝着变暖的方向改变,其中最大的贡献因素是二氧化碳的增加。

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图3)

人类活动增加了大气中的温室气体

自从工业开始以来,二氧化碳,甲烷和一氧化二氮的大气浓度已显着增加。以二氧化碳为例,在夏威夷的莫纳罗阿天文台测得的平均浓度已从1959年的316 ppm(指一百万个空气分子中有316个是二氧化碳分子)上升到2019年的411 ppm以上。

除此之外,全球许多其他观测站也记录了相同的增长率。自工业时代以来,大气中的二氧化碳浓度增长了40%以上,甲烷增长了150%以上,一氧化二氮增长了大约20%这三种气体的增加均导致地球变暖,其中二氧化碳的增加起着最大的作用。

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图4)

夏威夷(黑色)和南极(红色)大气中二氧化碳浓度变化

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图5)

过去1000年中的二氧化碳浓度变化

科学家再对现代大气中碳进行同位素测量显示,大气中来自化石燃料燃烧的“旧”碳显著增加。而人类目前每年排放约100亿吨碳,其中大部分是通过燃烧化石燃料而产生的,这足以解释这一现象。

气候记录显示变暖趋势

要估算全球平均地表气温升高,需要仔细分析来自全球的数百万个测量值,包括陆地站,船舶和卫星的测量值。尽管综合这些数据存在许多复杂性,但多个独立的研究小组已经分别得出一致的结论,即自1900年以来,全球平均地面气温已上升了约1摄氏度。

尽管记录显示的上升趋势出现了几处停顿和加速,但是最近四十年中气温记录比1850年以来其他任何十年的都要高。回溯到更早之前,在广泛使用精确温度计记录气温之前的时代,科学家可以使用对气候敏感的 “替代指标”例如年轮、冰芯和海洋沉积物重建温度。对这些替代测量值的比较表明,最近四十年是至少八个世纪以来最温暖的四十年,全球气温正在向最近5,000至10,000年前的最高温度攀升。

近年来,与变暖趋势相关的许多其他影响也变得显而易见:北极的夏季海冰覆盖面积急剧减少;谭老师地理工作室综合整理海洋的热量增加了;1901年以来,全球平均海平面上升了约16厘米,这是由于海水温度升高以及陆上冰川和冰盖融化的水增加所致;变暖和降水变化正在改变许多动植物物种的地理范围及其生命周期的时间;除了对气候的影响外,海洋中还吸收了大气中一些过量的二氧化碳,从而改变了其化学成分,导致海水酸化。

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图6)

1850年-2019年全球平均表面温度变化

许多复杂的过程影响着我们的气候

如果只考虑碳吸收和排放,大气中二氧化碳浓度比工业化前水平加倍将导致全球平均温度升高约1°C。但是在整个气候中情况比较复杂,变暖会导致进一步的影响和反馈,会加强或减弱初始的变暖状态。

海洋缓和了气候变化。海洋是一个巨大的储热库,由于热量传递到深海的速度很慢,很难加热深层海水,所以海水的上层温度会高一些。1970年之前,对深层海水温度的观测是有限的,那时候700 米以上海水变暖已经很明显。从1990年左右开始,科学家观测到更深层海水的变暖情况。

估算反馈过程的影响、变暖的速度和区域气候变化,需要使用大气、海洋、陆地和冰(冰层)的数学模型,这些模型建立在既定的物理定律和对影响气候的物理、化学和生物过程的最新理解之上,并在强大的计算机上运行。模型在预测额外变暖程度时有所不同,但所有这些模型都同意,反馈的总体净效应是加剧变暖。

人类活动正在改变气候

对所有数据和证据线的严格分析表明,过去50多年来观察到的全球变暖,大多数不能用自然原因来解释,而需要归因于人类活动的影响。

为了辨别人类对气候的影响,科学家必须考虑许多自然变化,这些自然变化从局部到全球,时间尺度从几天到几十年、甚至更长时间,影响着温度、降水以及气候的其他方面。一个自然变化是厄尔尼诺南方涛动(ENSO)这是赤道太平洋变暖和冷却(持续约两到七年)之间的不规则变化,导致在全球不同区域的温度和降雨模式每年都发生着显著变化。火山爆发也改变了气候,部分增加了平流层中反射或吸收阳光的小颗粒(气溶胶)的数量,导致短期地表冷却,通常持续两到三年左右。几十万年来,地球绕太阳轨道的缓慢、反复的变化改变了地球接收的太阳能的分布,这足以触发过去80万年的冰河周期。

科学家们例行地太阳,火山活动或内部气候变化的纯自然变化是否可以合理地解释他们在气候许多不同方面观察到的变化模式。这些分析表明,过去几十年来观测到的气候变化不能仅凭自然因素来解释。

指纹识别是研究气候变化成因的有效方法。对气候的不同影响导致在气候记录中看到不同的模式。当科学家探索地球平均温度的变化,并更仔细地观察气候变化的地理和时间模式时,这一点就变得很明显了。例如,与二氧化碳浓度增加引起的温度变化模式相比,太阳能量输出的增加将导致一种截然不同的温度变化模式。观察到的大气温度变化显示出一个指纹,该指纹比波动的太阳单独增加,更接近于长期的长期二氧化碳增加指纹。科学家经常太阳、火山活动或内部气候变异的纯粹自然变化能否合理解释他们在气候许多不同方面观察到的变化模式。这些分析表明,过去几十年观测到的气候变化不能仅仅由自然因素来解释。

未来气候将如何变化?

科学家在地球气候的观测、理论和建模方面取得了重大进展,这些进展使他们能够以越来越高的信心预测未来的气候变化。

但是,由于存在几个主要问题,因此无法准确估算全球或区域气温的变化趋势。首先,我们无法预测人类活动将释放出多少二氧化碳,因为这取决于诸如未来几十年全球经济如何发展以及社会的能源生产和消费如何变化等因素。其次,根据目前对复杂的气候反馈如何运作的理解,即使对于特定的二氧化碳释放数据,也存在一系列可能的结果。最后,在十年左右的时间范围内,自然变化会对温度变化趋势有何种影响还不清楚。

总体而言,所有模型预测都表明,在未来几十年至数百年里,地球将继续继续升温。如果没有技术或政策上的改变来减少当前趋势的排放趋势,那么在21世纪,除了已经发生的变暖之外,预计全球平均变暖还将达到2.6至4.8°C。预测这个范围对特定地点经历的气候意味着什么,则是一个具有性的科学问题。

地理视野,生命不可能在我们的星球上进化(图7)

全球变暖预测(红色为继续排放,蓝色为采取措施)

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本文相关词条概念解析:

气候

气候是大气物理特征的长期平均状态,它具有稳定性。例如,中国,东部地区7月份较为闷热:北方地区1月和2月多严寒天气:西北地区气候干旱,昼夜温差大:等等。研究气候的科学是气候学。时间尺度为月、季、年、数年到数百年以上。气候以冷、暖、干、湿这些特征来衡量,通常由某一时期的平均值和离差值表征。人类影响气候,气候也影响人类。短时间的气候变化,特别是极端的异常气候现象,如干旱、洪涝、冻害、冰雹、沙暴等等,往往会造成严重的自然灾害,足以给人类社会造成毁灭性的打击。

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