［瑞典］克雷思迪安·阿瑟著

杜珩　杜珂　譯

一、引言

人類進(jìn)程中經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的災(zāi)難，戰(zhàn)爭(zhēng)、瘟疫、自然災(zāi)害等等。歷史經(jīng)驗(yàn)表明:人與人，人與自然的斗爭(zhēng)中，不僅在壯大自己，也在毀滅自己。人們?cè)跒閷?duì)手挖掘墳?zāi)沟耐瑫r(shí)，也為自己種下了禍根。

1798年暮春，地中海法國(guó)沿岸集結(jié)著38000人的軍隊(duì)、1200匹戰(zhàn)馬，以及裝載著400架重型機(jī)械的艦隊(duì)在13艘全副武裝大船的護(hù)衛(wèi)下，浩浩蕩蕩駛向遙遠(yuǎn)的埃及以切斷英國(guó)與印度之間的貿(mào)易通道，以及英國(guó)與印度一切的聯(lián)系。拿破侖宣稱，“能擊敗大英帝國(guó)的國(guó)家必將稱霸世界!”^[1]

“拿下埃及后，我要向大馬士革與阿勒頗(敘利亞西北部城市——引者注)進(jìn)軍，邊行進(jìn)邊擴(kuò)充我的軍隊(duì)……我將以雷霆萬(wàn)鈞之勢(shì)攻克君士坦丁堡(士耳其西北部港口城市伊斯坦布爾——引者注)，鏟除土耳其，建立一個(gè)嶄新的偉大帝國(guó)。在殲滅哈布斯堡王朝(歐洲最古老的王室家庭——引者注)后，我就應(yīng)該途經(jīng)阿德里安堡(土耳其城堡——引者注)或者維也納打道回府了?！?/p>

到達(dá)亞歷山大后，拿破侖情緒高漲。他大聲地講著黃色笑話，在風(fēng)中肆意呼號(hào)，高唱意大利歌劇，還不斷地發(fā)布命令:“禁止搶劫、掠奪……要像尊重教堂一樣尊重清真寺?！?/p>

但是拿破侖出征的嘗試決定了他軍事上的失敗，也給他的愛(ài)情帶來(lái)了致命的打擊。甚至在拿破侖離開(kāi)法國(guó)東征之前，他摯愛(ài)的約瑟芬就已經(jīng)有了情人。在情愛(ài)與妒忌的雙重煎熬與噬咬下，他從埃及不斷地給約瑟芬寫(xiě)信。不幸的是，這些郵件統(tǒng)統(tǒng)被英國(guó)人繳獲并公布在全歐洲的報(bào)紙上。^[2]

二、“溫室效應(yīng)”的先驅(qū)者

歷史上的戰(zhàn)爭(zhēng)都具有雙重性。拿破侖發(fā)起的埃及戰(zhàn)爭(zhēng)其實(shí)并不完全是為了權(quán)力與征服，這也是人類有史以來(lái)最大的一次科學(xué)探險(xiǎn)。數(shù)百名法國(guó)頂尖的科學(xué)家加入了拿破侖的隊(duì)伍去研究埃及的歷史，其中包括傅立葉(Jean-Baptiste Fourier，數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，1768—1830)。他是埃及研究院的秘書(shū)長(zhǎng)，后來(lái)成為法國(guó)科學(xué)院的終身部長(zhǎng)，與拿破侖有很好的私交。

雖然傅立葉在對(duì)埃及的研究上頗有造詣，但他被世人所推崇主要在于他在數(shù)學(xué)(傅立葉分析)和熱傳導(dǎo)上的卓越貢獻(xiàn)。今天，這些學(xué)科成為世界上所有工科院校核心課程的重要組成部分。傅立葉還是人類在認(rèn)識(shí)氣候變化問(wèn)題上的先驅(qū)。^[3]

太陽(yáng)散發(fā)著巨大的能量，這對(duì)于我們地球的氣候來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。大約30%來(lái)自太陽(yáng)的能量通過(guò)云層、冰面與沙漠反射回太空中，剩下70%的能量溫暖著地球的表面、海洋與大氣層。

傅立葉認(rèn)識(shí)到大氣層對(duì)于地球氣候來(lái)說(shuō)也是非常重要的。他發(fā)現(xiàn)大氣層能夠捕捉長(zhǎng)波熱輻射，從地球表面輻射出去的熱量被大氣層捕捉后，溫暖了地球而不是被反射回太空去了。^[4]

傅立葉的研究發(fā)表于1824年，他發(fā)現(xiàn)了我們現(xiàn)在所謂的“溫室效應(yīng)”，當(dāng)然他并沒(méi)有能提出“二氧化碳”或“溫室效應(yīng)”這一說(shuō)法。^[5]他也沒(méi)有關(guān)于大氣層對(duì)氣候影響程度更精確的估測(cè)。這方面還需要開(kāi)展更多的基礎(chǔ)性研究。^[6]

愛(ài)爾蘭的物理學(xué)家約翰·廷德?tīng)?John Tyndall，1820—1893)繼續(xù)了對(duì)于地球溫度的研究。廷德?tīng)枔碛斜姸嗟膼?ài)好與頭銜，他是個(gè)作家，大不列顛皇家研究院自然哲學(xué)教授，達(dá)爾文進(jìn)化論早期的捍衛(wèi)者，也是登山家(他登上過(guò)勃朗峰，也幾乎是史上攀登馬塔角的第一人)，他還研究冰川及其漂移。^[7]

廷德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)，水蒸氣與二氧化碳的存在讓大氣層能夠吸收熱輻射。1861年，他觀察到水蒸氣是這一吸熱過(guò)程中發(fā)揮著最大作用的氣體?！跋裉鹤右粯拥乃魵鈱?duì)于英國(guó)的植被來(lái)說(shuō)，其重要性超過(guò)了衣服對(duì)人類的作用。”這樣的比喻是有益的，也留下了想象的空間。毯子保暖是因?yàn)樗鼙４嫔眢w產(chǎn)生的熱量。大氣層提供熱量是因?yàn)樗仍试S輻射通過(guò)，同時(shí)還能捕獲部分向外的熱輻射。

三、二氧化碳濃度與溫度的相關(guān)性

地球表面的平均溫度大致保持在15攝氏度，但如果大氣層中沒(méi)有氣體則不能夠保存住這些熱輻射，地球表面的溫度應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于零度。^[8]如果沒(méi)有這種自然的溫室效應(yīng)，地球上不會(huì)有生命存在。因此從古至今，一切都在有條不紊地進(jìn)行著。

問(wèn)題在于大氣層中的二氧化碳含量在不斷地增加，最主要的原因就是人類大量使用化石燃料。我們?nèi)紵?、石油與天然氣，釋放出二氧化碳然后任其排放到大氣層中。今天，大氣層中的二氧化碳含量已接近百萬(wàn)分之390ppm，幾乎比工業(yè)革命之前高出40%。

數(shù)據(jù)出自美國(guó)海洋和大氣局，具體信息請(qǐng)參見(jiàn)NOAA網(wǎng)站，ftp://ftp．cmdl．noaa．gov/ccg/co2/trends/co2_annmean_m lo．txt

可能大家對(duì)于百萬(wàn)分之390ppm這個(gè)數(shù)據(jù)并沒(méi)有概念，但其對(duì)應(yīng)的大致是地球表面上每平方米的地表上有近6公斤的二氧化碳。如果這些二氧化碳都承受表面壓力的話，地球表面上將覆蓋厚達(dá)3米的由二氧化碳構(gòu)成的氣體層。如果大氣層中的二氧化碳濃度翻倍或更多，這個(gè)二氧化碳構(gòu)成的氣體層的厚度也會(huì)翻倍甚至達(dá)到目前的4倍。

當(dāng)二氧化碳濃度上升時(shí)，便加劇了溫室效應(yīng)，相當(dāng)于給地球包裹上了第二層毯子。

最普遍的測(cè)量方法(包括1957年至今從夏威夷山頂測(cè)量的數(shù)據(jù))，告訴了我們大氣層中不斷上升的二氧化碳濃度。^[9]而間接的方法為我們提供了更多距今更遙遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)。通過(guò)采集南極洲的冰芯并測(cè)量其中氣泡的二氧化碳濃度，我們發(fā)現(xiàn)在過(guò)去的10000年間，二氧化碳的濃度大約是280ppm，此后隨著19世紀(jì)初的工業(yè)革命進(jìn)程，二氧化碳濃度開(kāi)始不斷上升。^[10]冰芯氣泡中蘊(yùn)藏的古老空氣告訴了我們?cè)谀瞧瑓^(qū)域二氧化碳的濃度。由于二氧化碳在大氣層中會(huì)停留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間(約為200年)，有足夠的時(shí)間與其他氣體充分混合，因此在南極洲采集的二氧化碳濃度數(shù)值能很充分地反映其在整個(gè)大氣層中的濃度。

其他的溫室氣體水平，比如甲烷與氧化亞氮也在不斷增加。甲烷的濃度比起拿破侖與傅立葉東征埃及時(shí)高出了150%，而氧化亞氮的濃度較那時(shí)增加了20%。^[11]

上面給出了溫室氣體濃度在過(guò)去數(shù)百年間的動(dòng)態(tài)增加，應(yīng)該看出其對(duì)于全球溫度趨勢(shì)的影響。通過(guò)使用遍布在全世界各地的氣象站所提供的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，我們能夠重建自1860年以來(lái)的全球平均氣溫模型。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)從20世紀(jì)初開(kāi)始，氣溫已經(jīng)上升了0.7攝氏度。^[12]有紀(jì)錄以來(lái)最熱的10個(gè)年份都在1997年以后出現(xiàn)。^[13]我們也可以從其他方面，諸如冰川的減少以及海平面的上升觀察到全球氣候的顯著變化。

盤(pán)點(diǎn)一下已經(jīng)取得的數(shù)據(jù)，關(guān)于氣候問(wèn)題我們知道下述事實(shí):

大氣層能夠吸收向外逃逸的熱輻射。這一過(guò)程使地球平均溫度保持在15攝氏度左右，否則地球的平均溫度會(huì)處于零度以下，這也就是我們通常所說(shuō)的自然溫室效應(yīng)。

大氣層能夠吸收熱量是因?yàn)槠渲邪乃魵馀c二氧化碳。

二氧化碳的含量在不斷上升，其原因在于化石燃料的大量燃燒與森林的喪失。其他幾種溫室氣體的含量也在不斷上升。人類的活動(dòng)加劇了溫室效應(yīng)。

當(dāng)二氧化碳與其他吸熱氣體濃度上升時(shí)，地球溫度也相應(yīng)上升。

在過(guò)去數(shù)百年間地球溫度已經(jīng)上升了0.7攝氏度。(見(jiàn)下述地球土地—海洋平均溫度表)

本圖表來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局。請(qǐng)見(jiàn)網(wǎng)站:http://data．giss．nasa．gov/gistemp/graphs/Fig．A2．lrg．gif。圖表縱軸表示溫度變化，橫軸顯示了自1880年至今的年份，基準(zhǔn)期在1951至1980年間。

四、地球氣候敏感性

我們到底希望未來(lái)溫度上升到什么程度呢?。人類在過(guò)去50年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間的活動(dòng)很可能是導(dǎo)致地球升溫的“元兇”，但未來(lái)地球變暖的狀況要取決于人類溫室氣體的排放數(shù)量與氣候?qū)τ诖髿鈱又卸趸紳舛鹊拿舾卸雀叩汀?/p>

如果我們聽(tīng)任二氧化碳濃度上升到工業(yè)革命之前的兩倍而不采取任何的補(bǔ)救措施的話，地表平均溫度將上升1.5至4.5攝氏度。過(guò)去的30年間已經(jīng)有很多科學(xué)家做過(guò)相關(guān)預(yù)測(cè)。最先是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院于1979年出版的報(bào)告^[14]，接著是聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC)在其相關(guān)評(píng)估報(bào)告中也形成了同樣的結(jié)論。^[15]但是目前并不能對(duì)于這個(gè)溫度變化的區(qū)間進(jìn)行更精準(zhǔn)的測(cè)算。

那么為什么確定決定地球的氣候敏感度會(huì)那么困難呢?主要的問(wèn)題在于由二氧化碳濃度上升引起的溫度上升，也會(huì)改變大氣層本身。溫度更高的大氣層可以留存更多的水蒸氣，由于水蒸氣也是溫室氣體，這樣會(huì)放大升溫的效果。這一效果也被稱之為正向反饋。近年來(lái)人類已經(jīng)觀察到大氣層中水蒸氣的含量上升，雖然年復(fù)一年這一數(shù)據(jù)都有較大的變化，但長(zhǎng)期的趨勢(shì)是相當(dāng)清晰的，^[16]證實(shí)了這一說(shuō)法不是空泛的理論推測(cè)。

當(dāng)然還有很多其他的反饋機(jī)制。高溫導(dǎo)致冰川的消融與冰蓋的縮小，這就讓更多的太陽(yáng)光被地表吸收，使得地球進(jìn)一步升溫(冰雪的減少直接減少了對(duì)太陽(yáng)光的反射)。還有一種反饋機(jī)制是地表上空1公里處的溫度升高會(huì)大于地表溫度的升高，而這將抑制地表溫度的增加，是一個(gè)負(fù)向反饋的例子。溫度的變化與水蒸汽容量的變化也會(huì)影響云層，這一關(guān)鍵問(wèn)題我們將在后面再進(jìn)行詳細(xì)解釋。

如果我們把反饋的問(wèn)題放在一邊，對(duì)于大氣層中二氧化碳含量影響地表溫度的問(wèn)題就要好理解一些。二氧化碳濃度加倍，如果不存在反饋機(jī)制，溫度大約上升1攝氏度。但如果真想搞清氣候是如何受到影響的，我們就必須要考慮反饋機(jī)制，而這個(gè)任務(wù)可不簡(jiǎn)單。

五、科學(xué)家對(duì)反饋機(jī)制所做的嘗試

第一個(gè)做出嘗試的人是瑞典物理與化學(xué)專家阿列紐斯(Svante Arrhenius，1859—1927，曾獲1903年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))，他的貢獻(xiàn)具有里程碑式的意義。他用了整整一年的時(shí)間，用手工進(jìn)行了至少10000次甚至100000次的計(jì)算，才于1896年向世人公布他的成果:如果大氣層中的二氧化碳濃度加倍，地表溫度將上升5至6攝氏度。這一結(jié)論與當(dāng)今用大型計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)結(jié)果的上限相符。

阿列紐斯對(duì)于未來(lái)的氣候變暖并不特別擔(dān)心，相反，他認(rèn)為地球變暖對(duì)人類有好處。而且他也沒(méi)有想到人類可以影響長(zhǎng)期以來(lái)一直較穩(wěn)定的二氧化碳的濃度(在他那個(gè)年代，二氧化碳的排放水平是很低的，^[17]而且當(dāng)時(shí)科學(xué)家認(rèn)為的海洋吸收二氧化碳的速度快于實(shí)際吸收的速度)。阿列紐斯主要想通過(guò)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題來(lái)了解冰川時(shí)期出現(xiàn)與消失的原因。

阿列紐斯的成就在通常的科學(xué)界以外也得到了廣泛認(rèn)同?！度鸬浯蟀倏迫珪?shū)》在1911年報(bào)告如下:“在地球早期的發(fā)展中，當(dāng)時(shí)的火山活動(dòng)遠(yuǎn)比現(xiàn)今活躍，使得碳酸飽和度較高成為可能，根據(jù)阿列紐斯的理論，推算出當(dāng)時(shí)的氣候條件遠(yuǎn)好于現(xiàn)在，主要原因是碳化作用降低了空氣傳熱的作用，因此減少了熱量從地表反射?！?/p>

阿列紐斯為這項(xiàng)研究做了大量的粗略計(jì)算，當(dāng)代的科學(xué)家也在使用更加復(fù)雜的大型計(jì)算機(jī)建立模型與測(cè)量手段以找到問(wèn)題的答案。通過(guò)模擬大氣環(huán)流、云層、水蒸氣，使得模型很快變得復(fù)雜起來(lái)。

大家可以考慮這個(gè)例子:太陽(yáng)光從赤道射入地球，使地表及其正上方的空氣溫度升高。溫暖的空氣向上升騰過(guò)程中水蒸氣冷卻成為雨滴。云就是由大量的水滴構(gòu)成的，^[18]這也解釋了為什么赤道附近有那么多的降水。這些被冷卻的但實(shí)際上還很溫暖的空氣還在不斷上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)10000米的高空時(shí)，會(huì)向南北方向舒展開(kāi)來(lái)。這些空氣隨后下沉到位于30度緯度的地方。在那里由于大量的水分以雨的形式散失了，空氣變得很干。因此這個(gè)緯度有很多的沙漠，如非洲北部、印度與澳大利亞的部分地區(qū)。這些空氣會(huì)再次被吸到赤道附近，從而完成氣象學(xué)家所稱的“哈德萊環(huán)流”。^[19]

通過(guò)阿波羅17號(hào)拍攝到的一張地球的著名照片，顯示出云的生成，直觀地展示了哈德萊環(huán)流。資料來(lái)自:維基百科。

六、氣候模型與氣候敏感性

地球氣候系統(tǒng)計(jì)算模型除了考慮這一原理，還要綜合很多空氣的其他運(yùn)動(dòng)與現(xiàn)象。這一模型將大氣分成不同的層級(jí)，將地表以數(shù)百公里為單位進(jìn)行網(wǎng)狀分區(qū)。在此基礎(chǔ)上，模型開(kāi)始反復(fù)計(jì)算云的生成、降水與溫度。云的計(jì)算特別困難，由于硫化物不僅直接反射太陽(yáng)光線，也會(huì)影響云的生成與云的反射，而且這一過(guò)程非常復(fù)雜、瞬息萬(wàn)變，因此氣候模型包括了幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)個(gè)代碼。^[20]

自從第一個(gè)模型數(shù)十年前建立起來(lái)后，其已經(jīng)變得越來(lái)越復(fù)雜。大氣環(huán)流模型可以與海洋模型相聯(lián)系并包括植被模型，比較成功地解釋了氣候系統(tǒng)的很多現(xiàn)象。^[21]當(dāng)然這個(gè)模型在一些方面也有缺失，例如對(duì)于云的正確描述以及其對(duì)大氣輻射平衡的影響等。^[22]因?yàn)樵茖訉?duì)于氣候有相當(dāng)大的影響，它們反射進(jìn)入大氣層的射線，具有冷卻效果;同時(shí)又吸收逃逸的熱輻射，又具有升溫效果，因此模型在這方面的缺失是致命的。

云層以復(fù)雜的方式影響著大氣的能量平衡，不同類型的云層具有不同的效果。大氣中位于高處的較多的云層會(huì)放大溫室效應(yīng)，而位于低處的云層具有相反的效果。在模型中大氣與云層的參數(shù)的微小改變對(duì)于模型輸出的結(jié)果有巨大的影響。當(dāng)普林斯頓大學(xué)地球流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始改進(jìn)測(cè)量大氣最低處云層厚度的方法后，因?yàn)檫@部分的云對(duì)于地球的能量平衡是至關(guān)重要的，模型計(jì)算出氣候敏感度從4.5攝氏度下降到2.8攝氏度。^[23]

這顯示了計(jì)算出一個(gè)確定的估值是多么的困難，這主要?dú)w因于具有反饋機(jī)制的系統(tǒng)是非常敏感的。對(duì)于云層建立不同的模型是測(cè)算氣候敏感性模型結(jié)果有差異的主要原因。^[24]

歷史數(shù)據(jù)也可用于預(yù)測(cè)氣候敏感性。距今最近的冰河期結(jié)束于10 000至20 000年以前，當(dāng)時(shí)的平均氣溫要比現(xiàn)在低4至6攝氏度。通過(guò)研究當(dāng)時(shí)的二氧化碳與甲烷濃度，科學(xué)家預(yù)計(jì)其氣候敏感度介于1.2至4.3攝氏度之間，與所建立的模型推測(cè)出的結(jié)果是一致的。^[25]研究人員還不能夠進(jìn)一步讓這個(gè)區(qū)間值更精確，但這個(gè)估計(jì)值有助于排除約6攝氏度以上的氣候敏感性。但現(xiàn)實(shí)卻很難解釋如果氣候敏感性超過(guò)了6攝氏度，為什么在那么遙遠(yuǎn)的年代，溫度并沒(méi)有達(dá)到異乎尋常的高度。

氣候敏感性是氣候科學(xué)也是氣候政策中最重要的問(wèn)題之一。如果氣候敏感性比較低(1至1.5攝氏度)，溫度不會(huì)急劇上升，我們會(huì)有足夠的時(shí)間來(lái)解決這方面的問(wèn)題。如果氣候敏感性很高，即大氣中二氧化碳濃度翻倍的話，溫度升高4至5攝氏度，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)變得非常的緊急了。

我和我的同事合作開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的氣候模型，讀者感興趣的話可以根據(jù)不同的氣候敏感性數(shù)值，來(lái)得出對(duì)未來(lái)減排的不同預(yù)期。這個(gè)模型稱為“Chalmers氣候計(jì)算器”，大家可以從www．chalmers．se/ccc上找到(可以從www．chalmers．se/ee/ccc2找到兩個(gè)地區(qū)的版本)。例如讀者可以將二氧化碳濃度加倍導(dǎo)致的氣候敏感度設(shè)置為3攝氏度(這也是聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)預(yù)計(jì)的中間值)，并假設(shè)人類對(duì)于二氧化碳的排放保持常態(tài)，其結(jié)果是地表平均溫度到2100年會(huì)上升約4攝氏度，這幾乎等同于自上一冰川世紀(jì)直到現(xiàn)今的溫度變化。然而，如果你設(shè)置二氧化碳排放保持在目前的水平(設(shè)置減排于2010年開(kāi)始，排放增長(zhǎng)率=0%/年)，這樣做的結(jié)果是溫度將上升3攝氏度;相反，如果我們?cè)O(shè)置排放每年減少2%，升溫將相對(duì)穩(wěn)定于2攝氏度以下，這也就是世界上絕大多數(shù)國(guó)家在2009年12月哥本哈根大會(huì)上簽訂的目標(biāo)。

另一方面，如果二氧化碳濃度翻倍的氣候敏感度是4.5攝氏度，那么每年減排2%就不夠了——讀者可以通過(guò)計(jì)算器自行測(cè)試。

七、關(guān)注溫室氣體做到未雨綢繆

一些“氣候懷疑論者”斥責(zé)氣候模型有那么多的缺陷，其結(jié)論是不可信的，他們想要造成一種不需要把問(wèn)題想得那么嚴(yán)重的印象。但如果模型是有“缺陷”的，氣候敏感度既可高于也可低于模型測(cè)算出的結(jié)果。那為什么模型的缺陷并不能讓大家感到安全了呢?我的建議恰恰相反:氣候科學(xué)中的不確定性不能成為不作為的借口。

任何決定在做出的時(shí)候都有著不確定性，我們永遠(yuǎn)不肯定到底會(huì)發(fā)生什么。即使不相信房子會(huì)著火，我們也會(huì)購(gòu)買(mǎi)家庭財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn);我們鄭重地邁向婚姻的殿堂，卻不知道今后的關(guān)系會(huì)發(fā)生怎樣的轉(zhuǎn)變;政治家制定經(jīng)濟(jì)政策時(shí)，也并不知道其后果會(huì)如何。這與氣候科學(xué)建立模型一樣，決定都是建立在一種信任與責(zé)任基礎(chǔ)上的。任何因?yàn)槟Ｐ瓦€不夠完美就辯稱不要采取行動(dòng)的言論都是毫無(wú)意義的。

我們正在自己的星球上進(jìn)行一項(xiàng)全球性的實(shí)驗(yàn)，這也是宇宙中已知人類唯一可以居住的地方?？梢哉f(shuō)我們就像在漆黑的深夜驅(qū)車飛馳在森林中冰凍的路面上，前方出現(xiàn)了“當(dāng)心駝鹿”的警告標(biāo)志，當(dāng)然我們可以說(shuō)這不能保證立刻就有一只駝鹿出現(xiàn)在汽車的正前方，但我們能做的是松開(kāi)油門(mén)讓汽車慢下來(lái)，這樣當(dāng)駝鹿真的出現(xiàn)時(shí)，我們就能有所準(zhǔn)備。而對(duì)溫室效應(yīng)做到未雨綢繆，防患于未然是我們的義務(wù)與責(zé)任。

未來(lái)溫度上升的后果是什么呢?這個(gè)問(wèn)題又增加了另外一種不確定性，篇幅所限不容我更多地闡述，但確定的是它會(huì)導(dǎo)致地球能量平衡的大規(guī)模改變，而且相對(duì)于過(guò)去1000年來(lái)自然溫度變化的急劇升溫，會(huì)顯著改變海平面、降水模式以及很多生態(tài)系統(tǒng)的先決條件，而這些都需要給予足夠的關(guān)注。

八、結(jié)語(yǔ)

在結(jié)束對(duì)溫室效應(yīng)基本原理探討之前，我們把目光轉(zhuǎn)回到19世紀(jì)的研究先驅(qū)們身上。傅立葉與廷德?tīng)柡髞?lái)怎么樣了?

廷德?tīng)柍蔀樗莻€(gè)時(shí)代的傳奇。英國(guó)的廷德?tīng)栔行?，一個(gè)現(xiàn)代氣候研究學(xué)院就是以他的名字命名的。在他生命的最后時(shí)間里，他飽受失眠的折磨，死于他妻子讓他服用的過(guò)量水合氯醛。假如他意識(shí)到了藥的問(wèn)題，他會(huì)說(shuō):“是的，親愛(ài)的，是你殺死了你的丈夫約翰。”^[26]

傅立葉一生都在孜孜不倦地研究熱量。他率先發(fā)現(xiàn)了地球地心的熱量流動(dòng)(我們現(xiàn)在知道部分原因在于地球內(nèi)部的放射性衰減)。通過(guò)他的熱傳導(dǎo)方程式與溫度隨著深度變化的數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)了地球的內(nèi)部熱量對(duì)于氣候只有一個(gè)邊際的效應(yīng)，而太陽(yáng)與大氣層才是決定性因素。

傅立葉對(duì)于熱量的關(guān)注還貫穿于生活之中，并總結(jié)出保持健康、保暖先行的養(yǎng)生觀點(diǎn)。他的房子保暖效果非常之好，他仍然一層一層為自己添加衣服。他在62歲時(shí)不幸墜樓身亡。^[27]

(鳴謝:瑞典對(duì)外文化交流協(xié)會(huì)(Swedish Institute)對(duì)譯者的無(wú)私幫助和大力支持。)

［原載《西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)》(人文社會(huì)科學(xué)版)，2010年第6期］

【注釋】

[1]Daniel Meyerson:The Linguist and the Emperor．Random House Trade Paperbacks，2005．

[2]Herman Lindqvist:Napoleon．Norstedts，2004．

[3]Jean-Baptiste Fourier:Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires，1824．For an English translation of the 1827 version，please see www．nature．com/nature/journal/v432/n7018/extref/432677a－s1．pdf Please also see Raymond T．Pierrehumbert:Nature，2004．

[4]然而，這并不是故事的全部。溫室氣體不光是捕捉熱輻射，它們也發(fā)射出熱輻射。當(dāng)溫室氣體濃度增加時(shí)，熱輻射最終逃逸進(jìn)外太空的平均海拔也在升高。但是帶入太空的輻射能量，是由其最終逃逸出大氣層那一層的溫度決定的。在大氣層中，隨著每公里海拔的高度上升(高至大約10公里)，氣溫會(huì)下降6～7攝氏度。因此熱輻射逃逸進(jìn)太空的平均高度越高，散失的能量越少。大氣層中多余的能量讓地球表面與大氣層自身的溫度不斷上升，直到平均熱輻射的能量大到足以讓地球重新建立能量平衡為止。如果大氣層的溫度不會(huì)隨著海拔的變化而變化，保持始終如一的話，溫室氣體的濃度增加就不會(huì)導(dǎo)致地球表面的升溫。這樣熱輻射從海拔較高的地方逃逸進(jìn)外太空那一層的溫度應(yīng)該與溫室氣體濃度較低的層級(jí)的溫度是一樣的，溫室氣體濃度的增加不會(huì)導(dǎo)致能量的不平衡。

[5]“溫室效應(yīng)”這個(gè)說(shuō)法有點(diǎn)用詞不當(dāng)。溫室阻止了溫暖氣體的上升;這是保持熱量的主要方式。而我們的大氣層是防止熱輻射反射回太空。

[6]現(xiàn)在，我們知道熱輻射是隨溫度上升而增加的，但是熱輻射與溫度的四次方是不成比例的?？赡苓€需要再等待另一個(gè)五十年或更久，從斯坦芬(Jozef Stefan)試驗(yàn)與玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)理論中能找到答案。

[7]www．tyndall．a(chǎn)c．uk/general/history/john_tyndall_biography．shtml.

[8]我們通常會(huì)說(shuō)如果沒(méi)有溫室效應(yīng)，地球的平均溫度將只有零下18攝氏度(約零華氏度)，但這是一種過(guò)于簡(jiǎn)單化的說(shuō)法。這個(gè)推測(cè)是建立在對(duì)太陽(yáng)能量的反射不會(huì)隨著溫度降低而改變的基礎(chǔ)上，但在如此低溫的情況下，地表對(duì)于太陽(yáng)光的反射會(huì)顯著地加強(qiáng)，因?yàn)榇藭r(shí)的地球表面會(huì)全部被冰雪所覆蓋，而這又會(huì)放大致冷的效果。

[9]確切的數(shù)據(jù)請(qǐng)參見(jiàn):http://www．esrl．noaa．gov/gmd/ccgg/trends/#mlo_ full.

[10]冰芯中包含的二氧化碳濃度的信息可以追溯到80萬(wàn)年前。通過(guò)追隨二氧化碳水平的升降尋找冰河期出現(xiàn)與消失的蹤跡。冰河期一般持續(xù)10萬(wàn)年左右，二氧化碳濃度會(huì)下降到200ppm;而在溫暖時(shí)期，會(huì)上升至280ppm。我們可以看到二氧化碳與溫度的同步性。當(dāng)溫度上升，二氧化碳濃度也上升;當(dāng)溫度下降，二氧化碳濃度也下降。請(qǐng)參見(jiàn)布魯克(D．Brook)《溫室中的窗戶》，載《自然》雜志2008年總第458期，第292頁(yè)。

[11]近年來(lái)(1999—2006)，甲烷的濃度相對(duì)穩(wěn)定(見(jiàn)www．epa．gov/methane/ scientific．html)，主要原因在于對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的積極研究(見(jiàn)www．climatescience．gov/ infosheets/highlight1)。但從2007至2008年，大氣中的甲烷濃度又開(kāi)始上升了，現(xiàn)在對(duì)這是否是暫時(shí)性的波動(dòng)下結(jié)論還為時(shí)尚早。(www．noaanews．noaa．gov/stories2008/20080423_methane．html)．

[12]www．ipcc．ch/pdf/assessment－report/ar4/wg1/ar4－wg1－spm．pdf．See figure SPM3．See also original data from University of East Anglia:www．cru．uea．a(chǎn)c．uk－crudata－temperature．For original data from NASA，see data．giss．nasa．gov/gistemp．

[13]data．giss．nasa．gov/gistemp/2008/and www．metoffice．gov．uk/corporate/ pressoffice/2008/pr20081216．html.

[14]這就是眾所周知的Charney報(bào)告。www．a(chǎn)tmos．ucla．edu/～brianpm/charneyreport．html.

[15]最近的評(píng)估報(bào)告給出了一個(gè)相對(duì)較窄的區(qū)間:2至4.5攝氏度，但需要注意的是氣候敏感度也有可能高出這個(gè)范圍30%左右。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC)常常被氣候懷疑論者批評(píng)，他們認(rèn)為研究不能在一個(gè)公認(rèn)的架構(gòu)內(nèi)進(jìn)行，暨設(shè)計(jì)一個(gè)體系讓研究工作最后達(dá)成一致。但問(wèn)題的關(guān)鍵是IPCC并不是要強(qiáng)迫科學(xué)家們達(dá)成一致，其工作重點(diǎn)在于評(píng)估科學(xué)文獻(xiàn)在哪些方面達(dá)成了一致，哪些方面還存在分歧。IPCC常常會(huì)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)具有重大不確定性的地方。例如氣候敏感度，試圖確定這種不確定性到底有多大，其在科學(xué)文獻(xiàn)中的不同觀點(diǎn)是什么。

[16]在低層與高層的對(duì)流層都有增加，見(jiàn)K．M．Willet et al．:《人類影響對(duì)可見(jiàn)地表溫度改變的歸因》，載《自然》雜志2007年總第449期，第710～712頁(yè);B．J．Soden etal:《對(duì)流層濕潤(rùn)的輻射信號(hào)》，載《科學(xué)》2005年總第310期，第841～844頁(yè);B．Santer et a:l《人類導(dǎo)致大氣濕潤(rùn)改變的證明》，載PNAS2007年總第104期，第15248～15253頁(yè)。這些文章還包括圖表，通過(guò)不同的模型展示觀察到的大氣中水蒸氣的改變。Willet等人和Santer等人也總結(jié)出大氣層中水蒸氣增加是由于人類對(duì)于氣候的影響。

[17]到現(xiàn)在為止，對(duì)于全球排放的預(yù)測(cè)是相當(dāng)不錯(cuò)的。瑞典1911年出版的《大百科全書(shū)》中就已提出煤的燃燒對(duì)于大氣的影響已經(jīng)不容忽視了。阿列紐斯的一個(gè)同事曾預(yù)測(cè)每年燃料中化石燃料制造的二氧化碳占到大氣中的千分之一。1894年，排放量大約為14億噸，而現(xiàn)在每年大約為300億噸。

[18]在一定的海拔高度發(fā)生的冷卻會(huì)讓水蒸氣轉(zhuǎn)化為冰。云是由水滴或冰粒子組成的，而不是水蒸氣。

[19]For George Hadley(1685—1758)．哈雷(Edmond Halley)(哈雷彗星以之得名)第一個(gè)提出這種大氣環(huán)流的模型。哈雷認(rèn)為這種環(huán)流在赤道與兩極發(fā)生，如果不是地球的自轉(zhuǎn)，該論點(diǎn)就應(yīng)該成立。因?yàn)樽赞D(zhuǎn)產(chǎn)生的地球偏向力(科利奧力)使得大氣環(huán)流向下轉(zhuǎn)向亞熱帶。

[20]關(guān)于天氣與氣候相關(guān)計(jì)算的演化，請(qǐng)參見(jiàn):www．a(chǎn)ip．org/history/climate/ GCM．htm．

[21]例如考慮溫度的分布。不同的氣候模型相對(duì)都是比較精確的，最多相差3攝氏度，但是對(duì)于高緯度的測(cè)算就不是那么精確了。詳見(jiàn)IPCC AR4 WGI，章節(jié)8.3.1.1.1www．ipcc．ch/pdf/assessment－report/ar4/wg1/ar4－wg1－chapter8．pdf。對(duì)于不同的模型來(lái)說(shuō)，觀察結(jié)果與模型預(yù)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)一般是0．98，考慮到問(wèn)題的復(fù)雜性，取得這樣的相關(guān)性已非常不易了。模型也顯示出了不同地區(qū)每個(gè)月溫度的變化，還成功地再現(xiàn)了一系列的特定現(xiàn)象。例如從熱帶進(jìn)入的短波輻射就比逃逸的輻射高很多。但隨著越接近兩極這種關(guān)系越發(fā)生著顛倒，正是因?yàn)閷?duì)于溫度的描述是相當(dāng)精確的，所以從赤道傳輸?shù)絻蓸O(通過(guò)對(duì)流與空氣)的熱量的描述也很準(zhǔn)確。

[22]See R．D．Cess:Science，vol．310，2005:795～796．a(chǎn)nd the fourth article in Mattias Ekstrom's dissertation:Satellite Measurements of Upper Tropospheric Water，Chalmers，2008．

[23]R．Kerr:Science，vol．305，2004:932～934．兩方面都存在不確定性。如果一個(gè)模型確定氣候敏感度是4攝氏度，但反饋機(jī)制比以前認(rèn)為的高20%的話，取而代之的是，氣候敏感度會(huì)上升為10攝氏度。

[24]See Brian J．Soden，Isaac．M．Held:An Assessment of Feedbacks in Coupled Climate Ocean-Atmosphere Models，Journal of Climate，vol．19，2006:3354～3360．

[25]T．S．Von Deimling et al(2006)引述IPCC AR4 WGIChapter 9，Table9．3。這個(gè)表格也是從其他研究中總結(jié)而來(lái)的，見(jiàn)Kerr(ibid．)和Hansen的粗略估計(jì)。(網(wǎng)址:www．energybulletin．net/22996．html．)

[26]Arthur S．Eve，Clarence H．Creasey:Life and Work of John Tyndall，Mac-Millan，1945．

[27]Ingo Müller:A History of Thermodynamics:The doctrine of energy and entropy，Springer，2007．