气候变化2007:综合报告----决策者摘要
时间:2007-04-24
政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)第一工作组编写的《第四份评估报告(Fourth Assessment Report)》
本综合报告决策者摘要于2007年2月在巴黎召开的政府间气候变化专门委员会第一工作组第10次会议得到正式批准。
注意:
本综合报告的文字和图表都是最终的,但在核查、复制和编辑过程中可能做出调整。
主要作者:
Richard Alley, Terje Berntsen, Nathaniel L. Bindoff, Zhenlin Chen, Amnat Chidthaisong, Pierre Friedlingstein, Jonathan
Gregory, Gabriele Hegerl, Martin Heimann, Bruce Hewitson, Brian Hoskins, Fortunat Joos, Jean Jouzel, Vladimir Kattsov,
Ulrike Lohmann, Martin Manning, Taroh Matsuno, Mario Molina, Neville Nicholls, Jonathan Overpeck, Dahe Qin, Graciela
Raga, Venkatachalam Ramaswamy, Jiawen Ren, Matilde Rusticucci, Susan Solomon, Richard Somerville, Thomas F. Stocker,
Peter Stott, Ronald J. Stouffer, Penny Whetton, Richard A. Wood, David Wratt
次要作者:
Julie Arblaster, Guy Brasseur, Jens Hesselbjerg Christensen, Kenneth Denman, David W. Fahey, Piers Forster, Eystein Jansen,
Philip D. Jones, Reto Knutti, Hervé Le Treut, Peter Lemke, Gerald Meehl, Philip Mote, David Randall, Daíthí A. Stone, Kevin
E. Trenberth, Jürgen Willebrand, Francis Zwiers
Summary for Policymakers IPCC WGI Fourth Assessment Report
政府间气候变化专门委员会秘书处地址: c/o WMO, 7bis, Avenue de la Paix, C.P. N° 2300, 1211 Geneva 2, SWITZERLAND
电话: +41 22 730 8208/8254/8284 Fax: +41 22 730 8025/8013
E-mail: IPCC-Sec@wmo.int Website: http://www.ipcc.ch
简介
政府间气候变化专门委员会第一工作小组编写的《政府间气候变化专门委员会第四份评估报告(IPCC Fourth Assessment Report)》描述了人们在气候变化的人为和自然推动力理解方面的进展 , 观察了气候变化、气候过程和attribution,并对气候的未来变化进行了预测。该报告以政府间气候变化专门委员会过去的评估结果为基础并结合了过去六年的新研究成果。自从《第三份评估报告(TAR)》公布以来,科学进展主要是建立在大量新的和更综合的数据上,更复杂的数据分析、对气候过程及其模型计算更深入的理解以及对不确定性探索的范围也更加广泛。
本总结报告─决策者摘要各段内容的基础或更详细内容可以在后面标明的大括号里章节里找到。
气候变化的人类和自然推动力
大气中温室气体和气溶胶的增加、太阳辐射和土地表面性质的变化会改变气候系统的能源平衡。这些变化用辐射压力(Radiative forcing )来表示,我们用辐射力这个术语来比较一系列人为和自然因素是如何推动全球气候变暖或变冷的。自从《第三份评估报告(Third Assessment Report,TAR)》出版以来,新的观察结果和有关温室气体的模型、太阳活动、地表性质和气溶胶方面发生的变化已经使我们在定量计算辐射压力(radiative forcing)方面进行了改善。
从1750年以来,人类活动导致的全球大气中二氧化碳(CO2)、甲烷(methane)和一氧化二氮(nitrous oxide)的浓度有明显的增长,现在已经远远超过了根据冰芯样品测定出许多千年以前人类工业化以前时代的浓度(见图 SPM-1)。全球二氧化碳浓度的增长主要是因为化石燃料的燃烧和土地利用模式的改变,而全球大气中甲烷和一氧化二氮浓度的增加主要是由于农业活动{2.3, 6.4, 7.3}。
二氧化碳是最重要的人为产生的温室气体(参见图SPM-2)。全球大气中二氧化碳的浓度已经从前工业化社会的大约280 ppm增加到2005年的379 ppm 。2005年全球大气中的二氧化碳浓度已经超过了根据冰芯样品测定的过去65万年的自然浓度范围(180到300 ppm)。虽然按年份看存在一些波动,在过去10年里,二氧化碳浓度的年增长率(1995 – 2005年每年平均增加1.9 ppm), 也是自从开始人类对大气进行连续直接观测以来最高的(1960–2005年期间,每年平均增加1.4 ppm )。
地球大气中二氧化碳浓度从前工业革命时期以来增加的主要来源是化石燃料的使用,土地用途的变化是另外一个明显原因,但其贡献程度要小一些。化石燃料二氧化碳每年排放量 从20世纪90年代的平均6.4 [6.0 ~ 6.8] GtC (23.5 [22.0 ~ 25.0] GtCO2)增长到到2000–2005年的 (2004 和2005年的数据来自临时估算值)平均7.2 [6.9 ~ 7.5] GtC (26.4 [25.3 ~ 27.5] GtCO2) 。20世纪90年代,与土地利用有关的二氧化碳排放量每年估计为1.6 [0.5 to 2.7] GtC (5.9 [1.8 to 9.9] GtCO2) , 虽然这些计算存在较大的不确定性{2.3, 7.3}。
全球大气中甲烷的浓度从前工业化时代的大约715 ppb增长到20世纪90年代的1732 ppb,到2005年的1774 ppb。地球大气中2005年的甲烷浓度 已经超过了根据冰芯样品测出的最近65万年来甲烷的自然浓度范围(320 ~ 790 ppb)。从90年代初开始,与这个时期总排放量(人为和自然来源之和)几乎不变的趋势一致,全球大气中甲烷的浓度增长率下降了。观测到的甲烷浓度增长很可能 是因为人类活动,主要是农业生产和化石燃料的使用,但我们并没有清楚界定各种不同来源所占的确切比例。{2.3, 7.4}
全球大气中一氧化二氮的浓度从前工业化时代的大约270 ppb 增长到2005年的319 ppb。从1980年以来,大气中一氧化二氮的浓度增长就一直大约是个常数。一氧化二氮排放总量的三分之一强都是人为活动造成的,主要是农业生产活动。{2.3,7.4}
自从《第三份评估报告(Third Assessment Report)》公布以来,我们对人类活动导致全球气候变暖和变冷的影响机制已经加深了理解,使我们有很强的信心 得出这样一个结论:自从1750年以来,人类活动的全球平均净影响是使全球气候变暖,辐射压力值(radiative forcing)为 +1.6 [+0.6 ~ +2.4] W/m2 (参见图 SPM-2). {2.3. 6.5, 2.9}。
二氧化碳、甲烷和一氧化二氮浓度增加引发的总辐射压力值为 +2.30 [+2.07 ~ +2.53] W/m2,在超过过去一万年间,其在工业化阶段的增长速度很可能是史无前例的(参见图 SPM-1和图SPM-2)。从1995年到2005年这10年里,二氧化碳的服饰强迫值增长了20%,是过去至少200年中增长最快的10年{参见章节2.3, 6.4}。
人类活动引起的大气中气溶胶(主要是硫酸盐、有机碳、炭黑、硝酸盐和粉尘)浓度的增加产生了冷却效果,其总的直接辐射压力值为 -0.5 [-0.9 ~ -0.1] W/m2,云反射间接压力为 -0.7 [-1.8 to -0.3] W/m2。由于改善的现场、卫星和地面测量结果和更综合的模型计算,与编写《第三份评估报告》时相比,我们现在对这些压力有了更深入的理解,但对辐射压力(radiative forcing)仍然存在很大的不确定性。大气气溶胶也会影响云的寿命和降雨{2.4, 2.9, 7.5}。一些对辐射压力(radiative forcing)的明显贡献来源于几个其它来源的人类活动影响。由于人类排放臭氧形成物质(氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物)导致的对流层臭氧浓度变化贡献+0.35 [+0.25 ~ +0.65] W/m2的压力。由于含卤碳化合物 浓度变化引起的直接辐射压力值为+0.34 [+0.31 ~ +0.37] W/m2。由于地表变化和炭黑气溶胶沉降在雪上所引起的地表反射率的变化,分别导致-0.2 [-0.4 ~ 0.0]和+0.1 [0.0 ~ +0.2] W/m2的压力值。图SPM-2 {2.3, 2.5, 7.2}显示了小于+0.1W/m2的另外压力项。1750年以来太阳辐射的变化,估算产生+0.12 [+0.06 ~ +0.30] W/m2的辐射压力值,这个数值比《第三份评估报告》中的估计值少了一半还多{参见章节2.7}。
最近气候变化的直接观察
从《第三份评估报告》公布以来,由于许多数据库和数据分析都有改善,更广泛的地理覆盖范围,对不确定性更清楚的了解,以及更多种测量方法,我们在气候在空间和时间上如何变化有了更深入的理解。从20世纪60年代以来,我们对冰川和白雪覆盖土地的观察也越来越综合,数据也越来越丰富;在过去10年,我们对海平面和冰原的观测也越来越多、越来越全面。然而,在一些地区,我们能得到的数据仍然有限。
全球气候正在变暖,这一点确定无疑,因为现在观察到的事实很明显:全球平均气温和海水温度都升高了,冰雪大范围融化,并且全球平均海平面也在上升(参见图 SPM-3){参见章节3.2, 4.2, 5.5}。
在过去12年中(1995 -2006),有11年位于地球自从有温度记录(从1850年开始)以来全球表面温度 最高的12年行列中。最新100年(1906–2005)的线性趋势0.74 [0.56 ~ 0.92]°C 因此比《第三份评估报告》给出的1901-2000相应的增长趋势0.6 [0.4 ~ 0.8] °C 要高。过去50年的线性变暖趋势(每10年增加0.13 [0.10 ~ 0.16]°C) 是过去100年的接近两倍。从1850 – 1899 年到 2001 – 2005年的温度总增加量为0.76 [0.57 ~ 0.95]°C。城市热岛效应是真实的,但影响范围仅限于局地,对全球的影响微不足道(对陆地每10年增加不到0.006°C,对海洋为0度){参见章节3.2}。
利用气球和卫星对对流层底层和中层气温的新测量分析结果表明:其温度上升的速度与所记载的地表温度上升速度是类似的,并在其各自不确定性范围内,这与《第三份评估报告》给出的差异值在很大程度上是一致的 {3.2, 3.4}。
至少从20世纪80年代以来,陆地、海洋上空和对流层上层中大气水蒸气平均含量一直在上升。这一增长实际上也反映了这样一个事实:更温暖的空气也能容纳更多的水蒸气{参见章节3.4}。
从1961年开始的观测表明全球海洋平均温度的上升已经影响到海洋至少3000米深度,额外施加给全球气候系统总热量的80%多已经被海洋所吸收。这些热量导致海水膨胀,继而引起海平面上升(参见表 SPM-0){章节5.2, 5.5}。
表 SPM-0 观测到的总海平面上升速度和不同来源的贡献估算值 {5.5, 表5.3}
[也可以把海平面升高速度换算成每年升高多少毫米(mm/年)]
海平面上升原因(来源) 海平面升高速度(m/100年)
1961 – 2003 1993 – 2003
热膨胀 0.042 ± 0.012 0.16 ± 0.05
冰川和冰盖 0.050 ± 0.018 0.077 ± 0.022
格陵兰部分冰原融化 0.05 ± 0.12 0.21 ± 0.07
南极洲部分冰原融化 0.14 ± 0.41 0.21 ± 0.35
各种气候变化因素导致海平面上升数量之和 0.11 ± 0.05 0.28 ± 0.07
观测到的总海平面上升 0.18 ± 0.05a 0.31 ± 0.07 a
差值
(观测到的数值减去气候变化贡献计算值之和) 0.07 ± 0.07 0.03 ± 0.10
注:a 1993年以前的数据来自潮汐观测;1993年以后的数据来自卫星测量高度数据。
在南北半球,山地冰川和白雪覆盖面积都已经减少。地球上冰川和冰盖的大范围减少已经导致海平面上升(这里所说的冰盖不包括格陵兰和Antarctic ice 冰原)(见表 SPM-0) {参见章节4.6, 4.7, 4.8, 5.5}。
自从《第三份评估报告》公布以来,新的数据表明格陵兰和南极洲冰原的损失很可能导致了1993年至2003年海平面的上升(表SPM-0)。格陵兰和南极洲一些靠近海洋并有淡水流入的一些冰川的水流速度已经增加了,这些冰川的水流出口把内部冰原融化的水传输进海洋。冰川融化加快常常导致冰层厚度减少、冰原覆盖面积的减少或损失、或漂浮冰川舌(glacier tongues)的损失。这些动态冰原损失足以解释南极洲冰原大部分净质量损失和格陵兰冰原净质量损失的大约一半。格陵兰冰原质量损失的另外一半是由于冰雪融化速度超过了降雪累积速度而导致的{参见章节4.6, 4.8, 5.5}。
从1961年到2003年,全球海平面平均上升速度为每年1.8 [1.3 ~ 2.3] mm。 1993年到2003年期间,这个速度更快一些,每年大约为3.1 [2.4 ~ 3.8] mm。至于1993年到2003年全球海平面更快的上升速度反映了10年的周期变化还是一个长期增长趋势,我们目前还不清楚。我们观测到的海平面从19世纪到20世纪上升速度增长,这一事实有很高的置信度(high confidence)。地球海平面在20世纪的总上升幅度估计为0.17 [0.12 ~ 0.22] 米 {参见章节5.5}。
1993-2003年期间,对气候变化影响因素之和与人们直接观测到的海平面总上升水平的不确定性范围是一致的(见表SPM-0)。这些计算值是建立在我们现在已经拥有的更好的卫星和实际观测数据的基础上。从1961年到2003年这段期间,计算出来的气候变化各因素贡献值之和小于观测到的海平面上升幅度。《第三份评估报告(TAR)》针对1910年到1990年期间,也给出了类似的差值{参见章节5.5}。
在大陆、区域和海洋盆地层面,我们已经观察到气候的许多长期变化。这些变化包括北极地区温度和冰原面积、降水量的大范围变化、海水盐度、季风规律和包括干旱、暴雨或暴雪、热浪和热带气旋在内的极端天气现象 {3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 5.2}。
在过去100年中,北极地区的平均温度增长速度几乎是全球平均气温增加速度的两倍。北极地区的温度每10年都有大幅度变化,从1925年到1945年,北极地区也经历了较温暖的时期{参见章节3.2}。
1978以来的卫星观测数据表明:北极地区的海冰面积平均每10年缩小2.7 [2.1 ~ 3.3]%,而每10年夏季的缩减量更大,为7.4 [5.0 to 9.8]%。这些数据与《第三份评估报告(TAR)》给出的数据是一致的{参见章节4.4}。
在北极地区,永久冻土层表面温度从20世纪80年代开始上升(最高升高3°C)。从1900年以来,北半球冬季被冻土覆盖的最大面积已经减少了大约7%,春季被冻土层覆盖的最大面积已经减少了15%{参见章节4.7}。
在许多地区 我们已经观测了从1900年到2005年降水量的长期趋势。在北美和南美洲东部、欧洲北部和亚洲北部和中部,我们已经观察到降雨量的显著增加。同时,我们在萨赫勒、地中海、非洲南部和亚洲南部部分地区观测到气候正在变得干燥。降水随空间和时间变化很大,一些地区的降水数据也十分有限。对其它被评估的大范围地区,我们没有观察其长期趋势{参见章节3.3, 3.9}。
我们假定中高纬度海水变淡和低纬度海水盐度增加引起了海洋降水和蒸发量的变化{参见章节5.2}。
自从20世纪60年代以来,南北半球的中纬度西风都得到加强{参见章节3.5}。
自从20世纪70年代以来,我们在更广泛的范围观察到了更严重、持续时间更长的干旱,特别是在热带和亚热带地区。与更高气温相联系的干燥气候和降水减少已经改变了干旱的程度和频率。海面温度(SST)变化、季风规律变化、积雪和白雪覆盖地区的减少也与干旱程度和频率变化有关{参见章节3.3}。
在地球大部分陆地地区,发生暴雨或暴雪的频率都增加了,而这与全球气候变暖和所观察到大气中水蒸汽浓度的增加现象是一致的{参见章节3.8, 3.9}。
在过去50年,我们已经观察到极端气温的大范围变化。寒冷的白天、寒冷的夜晚和霜冻天数已经比以前少;而较热白天和夜晚以及热浪发生的次数已经比以前更多(见表SPM-1){参见章节3.8}。
观测证据表明,自从大约1970年开始,大西洋北部发生强热带气旋活动的次数增加了,这与热带海洋表面温度的上升密切相关。也有人认为其他区域发生强热带气旋的频率也增加了,不过专家对这些地区的数据质量有较大的担心。热带气旋以数十年为周期发生的变异和大约在1970年开始用卫星进行日常观测以前对热带气旋记录数据的质量使我们研究探测热带气旋活动的长期变化趋势变得十分复杂。对于每年热带气旋发生的次数,我们并没有一个明显的趋势{参见章节3.8}。
一些我们没有观测到变化的全球气候变化因素 {参见章节3.2, 3.8, 4.4, 5.3}
《第三份评估报告》表明全球每日温度范围(DTR或每日温差)有所减少,但该报告撰写时可获得的数据仅限于从1950到1993年的数据。最新观测数据表明每日温度范围从1979年到2004年这段时间并未发生变化,这是因为白天和黑夜的温度都以大约同样速度升高。在世界不同区域,每日温度范围的变化趋势也很不一样{参见章节3.2}。
南极地区海冰的面积继续表现出年度内和不同地区的变化性,但这些变化没有体现出明显的统计学意义的平均趋势,这与整个南极地区大气平均温度并未升高的事实是吻合的{参见章节3.2, 4.4}。
我们没有足够的证据来确定全球海洋的子午线(经线)环流或在像龙卷风、冰雹、雷电和沙尘暴这样的小尺度天气现象是否存在什么变化趋势{参见章节3.8, 5.3}。
表 SPM-1 极端天气现象当前的趋势、人类影响对这些趋势的影响及预测;在20世纪后期,人们观察到这些极端天气现象存在变化趋势
{参见表 3.7、表3.8盒表9.4, 章节3.8, 5.5, 9.7, 11.2-11.9}
气候变化现象和趋势方向a 在20世纪晚期该趋势发生的可能性(特别是1960年以后) 人类活动对观察到趋势影响的可能性b 基于利用SRES情景对21世纪预测的未来趋势的可能性
在大多数陆地地区气候变暖,寒冷的白天和黑夜的天数也更少 非常可能c
(Very likely) 可能e
(Likely) 实际上肯定发生e
(Virtually certain)
在大多数陆地地区气候变暖,很热的白天和黑夜的天数也更多 非常可能d
(Very likely) 可能(夜晚)e
(Likely) 实际上肯定发生e
(Virtually certain)
在大多数陆地地区,发生更温暖天气/热浪的频率增加 可能
(Likely) 或许f
(More likely than not) 非常可能
(Very likely)
在大多数地区,发生强降水的频率(或大雨降雨量的比例)增加 可能
(Likely) 或许f
(More likely than not) 非常可能
(Very likely)
受干旱影响的地区的面积增加 可能(Likely)
(许多地区从20世纪70年代开始) 或许
(More likely than not) 可能
(Likely)
发生更强热带气旋活动的次数增加 可能(Likely)
(许多地区从20世纪70年代开始) 或许f
(More likely than not) 可能
(Likely)
海平面产生极端高度事件的次数增加(排除海啸)g 可能
(Likely) 或许f,h
(More likely than not) 可能i
(Likely)
注:
(a) 关于定义更多详细情况,请参见表3.7。
(b) 参见表TS-4、专栏TS-3.4和表9.4。
(c) 发生寒冷白天和黑夜(最冷的10%)的频率下降。
(d) 发生很热白天和黑夜(最热的10%)的频率增加。
(e) 每年大多数极冷和极热的白天和黑夜都变暖。
(f) 我们没有计算人类活动贡献的大小。我们用的是专家判断而不是正式的追根溯源调查研究来分析这些现象的原因。
(g) 海平面极端高度(extreme high sea level)取决于海平面平均高度和区域气象系统。我们在这里把它定义为在给定参考时期内,某观测站所观测到的1%最高的小时海平面高度。
(h) 观测到的海平面极端高度变化与海平面平均高度变化密切相关 {参见章节5.5.2.6}。人类活动很可能(very likely)对全球海平面上升有贡献{9.5.2}。
(i) 在所有设定情景中,我们预测到2100年,全球海平面平均高度要高于本评估对照时期的海平面平均高度{参见章节10.6}。本研究没有估算区域天气系统变化对海平面极端高度的影响。
古气候研究
古气候研究使用气候上敏感指标,在数十年到数百万年的时间尺度来推断全球气候在过去发生的变化。这些代替数据(例如:树木的生长年轮宽度)可能既会受到当地温度的影响,也会受到像降水这样的其他因素的影响,常常代表特定季节而不是全年生长情况。自从《第三份评估报告》公布以来,由于得到额外的数据,表明世界不同地方的许多指标之间的相互关系,我们对根据这些数据进行的研究结果也增加了信心。然而,由于越来越大的空间限制,我们向过去的推断结果的不确定性也会增加。
古气候信息资料支持这样一种观点:即在过去至少1300年中,最近50年地球气温的升高是非同寻常的。与当前相比,地球极地地区上一次经历较长明显温暖的时期发生在大约125000年前,当时极地地区冰原融化导致海平面升高了4至6米。
北半球在20世纪后50年的平均气温很可能比过去500年中任何50年的平均气温都高,并且可能在过去至少1300年中是最高的。一些最新研究结果表明:北半球平均气温变化要高于《第三份评估报告》描述的数值,特别是发现在1200~1400年,17世纪和19世纪都是较冷的时期。在20世纪之前发生的较暖时期都位于《第三份评估报告》给出的不确定性范围内{6.6}。
在上次间冰川期(大约125000年前)的全球平均海平面很可能比20世纪时的海平面高出4至6米,这主要是因为极地冰原的后退。根据冰芯测定的数据表明,那时极地地区的平均温度比现在高出3~5oC,这主要是因为地球轨道变化造成的。来自格陵兰和北极地区其他冰原对海平面上升的贡献可能不超过4米,海平面的上升也有南极地区海冰融化的贡献。
了解和分析气候变化原因
自从《第三份评估报告》公布以来,本评估考虑了更长时间尺度、更丰富的记录数据、扩大的观察范围,并且根据研究结果对气候及其变化的许多方面的模拟计算进行了改进。它还考虑了新的气候变化原因研究成果,该研究评估我们观测到的气候变化在数量上是否同外部压力产生的预期反应相一致,而与其它似是而非的物理解释不一致。
我们观测到自从20世纪中叶以来全球平均温度的增长大部分很可能是因为观测到的人类活动排放出温室气体浓度的增加 。《第三份评估报告》给出的结论是:“过去50年我们观测到的全球平均温度的大部分增长可能是因为温室气体浓度的增长”。与《第三份评估报告》这个结论相比,《第四份评估报告》的结论无疑又前进了一步。可察觉到的人类影响现在已经扩展到气候的其他方面,包括海洋变暖、陆地平均温度升高、极端温度和季风规律变化等(参见图SPM-4和表SPM-1){9.4,9.5}。
因为火山喷发和人类活动排放出来的大气气溶胶抵消了全球气候变暖的一些趋势,要不然光凭温室气体浓度的增高,可能会导致比现在观测到更热一些的结果{2.9, 7.5, 9.4}。
我们观察到大气和海洋温度的广泛升高和冰原面积的损失支持这样一个结论:地区过去50年的全球气候变暖极可能不用外来压力就能解释,而且很可能不是仅仅因为已知的自然原因{参见章节4.8, 5.2, 9.4, 9.5, 9.7}。
通过测量地表和大气温度、海洋上部几百米深度的水温变化及其对海平面升高的贡献,我们已经探测到气候系统正在变暖。对气候变暖原因的研究表明,人类活动对这些变化产生了影响。我们观测到的对流层变暖和平流层变冷很可能(Very likely)是因为温室气体浓度增加和平流层臭氧消耗的共同影响{参见章节3.2, 3.4, 9.4, 9.5}。
除了南极洲,其他各大洲在过去50年由于人类活动影响可能产生了明显的变暖现象(参见图SPM-4)。我们仅使用了包括人类活动压力的模型,来对观测到的变暖规律、包括陆地上变暖的幅度大于海洋变暖幅度、以及变暖随时间的变化进行了模拟计算。组合气候模型模拟计算了六大洲各洲可观测到的温度演变,计算结果提供了比《第三份评估报告》更有力的证据,证明人类对气候变化的影响{参见章节3.2, 9.4}。
在较小尺度范围,可靠地模拟分析观察到的温度变化的原因仍然存在困难。在较小尺度范围,自然气候变化相对较大,因此很难从中辨别哪些是由于外部因素导致的。地方压力和反馈的不确定性也是我们很难估算温室气体增加对观察到的小尺度温度变化的影响{参见章节8.3, 9.4}。
人类活动压力可能影响了刮风规律 ,影响了南北半球热带地区以外的暴雨路径和温度分布。然而,对于20世纪的压力变化,北半球实际观测的季风变化比模拟计算值大{参见章节3.5, 3.6, 9.5, 10.3}。
由于人类活动,极端最热夜晚、极端最冷夜晚和极端最冷白天的温度可能(Likely)增加。人类活动因素或许(More likely than not)增加了发生热浪的风险(参见表SPM-1){参见章节9.4}。
对气候模型的分析,再加上观测的局限,使我们第一次对气候变化敏感性给出一个可能范围,并使我们增强了了解气候系统应对辐射压力的信心{参见章节6.6, 8.6, 9.6 和专栏10.2}。
气候平衡敏感性(Equilibrium climate sensitivity)是用来衡量气候系统对持续的辐射压力反应的度量值。它不是预测值,而是定义为当大气中二氧化碳浓度翻一番时,全球表面温度的增加值。它的可能范围为2 oC ~4.5oC,最佳估计值大约为3oC,并且很不可能(Very unlikely)低于1.5oC。我们不能排除明显超过4.5oC的数值,但利用这些数值的模拟计算结果与实际观测值吻合不好。大气中水蒸汽含量变化代表影响气候平衡敏感性的最主要反馈因素,与《第三份评估报告》公布时相比,我们现在对大气中水蒸汽含量变化的了解也更加深入。对云层的计算仍然存在最大的不确定性{参见章节8.6, 9.6 和专栏10.2}。
把1950年以前至少七个世纪的气候变化仅仅归因于气候系统自身的变化性是非常不可能(Very unlikely)的。北半球数十年温度变化的很大意部分很可能归因于火山喷发和太阳辐射的变化,而人类活动可能是全球20世纪早期明显变暖的原因{参见章节2.7, 2.8, 6.6, 9.3}。
未来气候变化预测
与《第三份评估报告》相比,本次评估的一项主要进展是我们现在拥有范围更广泛的模型进行计算,来预测未来气候变化。再加上我们有了更多观测数据,这位我们奠定了计算气候在许多方面发生变化的数量基础。模型计算包括一系列可能的未来情景,包括理想化的温室气体排放或浓度假设。这些包括利用SRES , 针对2000-2100年期间的基准情景预测,也包括在2000年获2100年后,人类排放的温室气体和大气气溶胶浓度保持恒定状态下的预测结果。
自从政府间气候变化专门委员会(IPCC)1990年公布第一份评估报告以后,研究报告的预测结果是从1990年到2005年,全球平均温度每10年增加大约0.15oC ~ 0.3 oC。我们可以把这个预测值与实际观测的每10年升高大约0.2 oC进行比较,这也加强了我们对近期预测的信心{参见章节1.2, 3.2}。
模型计算显示,即使所有辐射压力(Radiative forcing)保持在2000年水平,全球气候在未来20年仍然每10年升高大约0.1oC,这主要是由于海洋的反应比较迟缓。如果温室气体排放按照SRES情景所设定的幅度增加,全球未来20年变暖的程度可能翻一番(每10年升高大约0.2oC)。模型计算的最佳预测结果表明,到2030年,每个有人类居住大洲每10年平均温度的升高情况对SRES所设定的各种情景并不敏感,并且其增长幅度很可能(Very likely)至少是20世纪全球气候自然变化性模型计算值的两倍{参见章节9.4, 10.3, 10.5, 11.2-11.7和图TS-29}。
人类活动产生的温室气体如果按照当前或超过当前速度排放,将导致全球进一步变暖,并在21世纪引发全球气候系统发生许多变化,这些变化很可能(Very likely)比我们在20世纪所观测到变化的更大{参见章节10.3}。
气候变化模型计算方面的进展现在使我们能进行更精确计算,并可能(likely)评估不同温室气体排放情景下预测出全球变暖结果的不确定性范围。本评估报告清楚提供了不同温室气体排放情景的预测计算结果,以避免缺失供决策者使用的信息。以1980-1999年情况为对照,表SPM-2给出了21世纪最后10年(2090-2099年)预测的全球平均表面温度结果。这些结果显示了SRES从较低到高温室气体排放情景导致的全球平均温度不同计算结果,以及跟这些设想的情景相关的变暖的不确定性{参见章节10.5}。
本评估研究针对SRES六种温室气体排放情景给出了全球地表平均气温的计算结果和可能范围,这些计算结果都列在表SPM-2中。例如:设想的人类温室气体排放量最低情景(B1)的最佳计算结果是全球地表平均气温将升高1.8oC(可能范围为1.1oC到2.9oC);而设想的人类温室气体排放量最高情景(A1F1)的最佳计算结果是全球地表平均气温将升高4.0oC(可能范围为2.4oC到6.4oC)。虽然这些预测结果与《第三份评估报告》引述的全球温度升高范围大体上一致(1.4oC到5.8oC),但它们并不能直接进行比较(参见图A)。AR4情景是最先进的预测,因为它给出最佳计算结果,并对每一种设想情景估算了可能范围。对全球气候变暖的可能范围的最新评估现在依靠大量贴近实际的越来越复杂的气候计算模型,以及碳循环反馈性质的最新资料,以及对气候系统反应观测的限制。
全球气候变暖倾向于减少土地和海洋对二氧化碳的吸收,增加保存在大气中来源于人类活动释放的二氧化碳的比例。例如:根据A2预测情景,气候──碳循环反馈使全球平均温度在2100年多增加了1oC多。与《第三份评估报告》相比,《第四份评估报告》给出的全球平均温度上限值范围要高(参见表SPM-2),这主要是因为我们当前有了更广泛的计算模型,这些模型建立了更强的气候──碳循环反馈关系{参见章节7.3, 10.5}。
表SPM-2 不同模型计算情况下预测的21世纪最后10年的全球平均表面温度和海平面上升值。海平面上升值预测部包括碳循环反馈的不确定性,因为我们缺乏公开发表的论文作为本研究的基础{参见章节10.5, 10.6和表10.7}。
温度变化(oC)
(与1980-1999年情况相比较的2090-2099年)a 海平面上升 (米)
(与1980-1999年情况相比较的2090-2099年)
不同情景 最佳计算结果
(Best estimate) 可能范围
(Likely range) 基于模型计算的范围
不包括冰川以更快速度融化的未来情景
保持2000年温室气体和大气气溶胶浓度不变c 0.6 0.3-0.9 NA
B1情景
A1T情景
B2情景
A1B情景
A2情景
A1Fl情景 1.8
2.4
2.4
2.8
3.4
4.0 1.1 – 2.9
1.4 – 3.8
1.4 – 3.8
1.7 – 4.4
2.0 – 5.4
2.4 – 6.4 0.18 – 0.38
0.20 – 0.45
0.20 – 0.43
0.21 – 0.48
0.23 – 0.51
0.26 – 0.59
注:
a 这些计算值来源于包括简单气候模型、几个EMICs和许多AOGCMs模型等的计算结果。
c 2000年恒定浓度来源于AOGCMs模型。
表SPM-2表明了以模型计算为基础的21世纪最后10年(2090-2099年)全球平均海平面的预测值。在每种设定情景下,与《第三份评估报告》模型计算的2090-2099年海平面预测平均值相比,表SPM-2中的中间值与其差别均不超过10%。但本评估报告给出的数值范围更窄,这主要是因为关于一些预测影响的不确定性方面,我们现在得到了更准确和更详细的资料{参见章节10.6} 。
迄今为止我们使用的模型不包括气候——碳循环反馈的不确定性,也不包括冰原融化水流变化的全面影响,这是因为我们缺乏针对这些问题的科学研究文献。我们的预测分析包括格林兰和南极地区冰原融化水流以1993年-2003年观测的增加速度流入海洋的影响,但这个流速将来可能增加也可能减少。例如:如果这一水流是与全球平均温度升高呈线性增长关系,那么表SPM-2 SRES中列出的各种情景设计情况下海平面上升的上限将增加0.1~0.2米。我们并不排除更大值的可能性,但我们实在缺乏对这些因素影响的了解,以至于无法计算它们的可能性或提供关于海平面上升的最佳计算结果,或者提供上升幅度的上限{参见章节10.6}。
大气中二氧化碳浓度增高导致海洋越来越变酸。根据SRES列出的各种情景预测,在21世纪全球海洋平均pH值 将降低0.14~0.35,再加上自从人类工业化以来,全球海洋平均pH值将已经降低了0.1 {参见章节5.4专栏7.3和章节10.4}。
对于全球气候变暖的规律和其他区域范围的变化规律,包括季风规律、降水和冰原发生一些极端事件等,现在并没有比本报告更可信的预测结果。
对21世纪全球气候变暖的预测表明,不同地区情景预测结果与过去几十年观测结果相类似。预计陆地比海洋变得更暖,并且打都发生在较高纬度的北半球地区,而南半球的海洋和大西洋北部部分地区的温度上升很少(参见图SPM-5){参见章节10.3}。
预计全球冰雪覆盖的面积将减少。大多数永久冻土地带将广泛发生冻土解冻现象{参见章节10.3,10.6}。
根据SRES中列出的各种情景计算结果,北极和南极地区的海冰面积将缩小。在一些预测中,到21世纪晚期,北极地区的海冰可能在晚夏季节可能几乎完全融化{参见章节10.3}。
很可能(Very likely)极热天气、热浪和强降水天气将继续越来越频繁发生{参见章节10.3}。
根据一系列模型计算,伴随越来越多的热带SSTs,未来发生的热带气旋(台风和飓风)的强度更高、最大风力速度更快、降雨量更多。在预测全球发生热带气旋次数将减少方面,预测的可靠程度就小一些。在某些地区,自从1970年以来实际发生的强降水天气的比例明显增加,并且比模型模拟计算的增长量高出许多{参见章节9.5,10.3,3.8}。
在过去50年,我们观测的趋势是热带地区以外的暴风雨(雪)的路径慢慢移向极地地区,并且随后导致大风、降水和温度规律变化。模型计算预测这一趋势将继续加强{参见章节3.6,10.3}。
自从《第三份评估报告》公布以来,我们对降雨规律的预测有了更深入的了解。在地球高纬度地区,降水量很可能(Very likely)增加;而大多数亚热带地区的降水将可能减少(到2100年,根据A1B情景计算结果,减少量高达约20%,参见图SPM-6),这相当于我们当前所观察到趋势的继续{参见章节3.3,8.3,9.5,10.3,11.2-11.9}。
根据我们当前的模型模拟计算,大西洋子午线反向环流(MOC)很可能(Very likely)将在21世纪变得缓慢下来。根据SRES的A1B情景多模型计算,预计到2100年其流动速度将降低25%(可能范围是0到大约50%)。预测温室气体排放量增加的降导致全球气候变得更暖,因此预测大西洋地区的温度也将增长。在21世纪,子午线反向环流(MOC)很不可能发生急剧的大幅度变化。我们对于子午线反向环流(MOC)的长期预测缺乏可靠性{参见章节10.3,10.7}。
即使大气中温室气体的浓度稳定下来,由于气候变化的时间尺度和反馈,人类活动导致的全球变暖和海平面上升仍然会继续下去数百年。
随着全球气候变暖,气候──碳循环这一紧密关系预计将使更多二氧化碳进入大气。由于这一增长,在为了达到大气中二氧化碳某具体浓度稳定性所需要多少二氧化碳排放量方面,增加了不确定性。根据我们当前对气候──碳循环反馈的了解,模型计算表明:如果要把大气中二氧化碳的浓度固定在450ppm,那么整个21世纪所排放的二氧化碳总量就需要从大约平均670[630~ 710] GtC减少到大约490[375~600] GtC。同样,如果把大气中二氧化碳的浓度固定在1000ppm,那么整个21世纪所排放的二氧化碳总量就需要从大约平均1415[1340~ 1490] GtC减少到大约1100[980~1250] GtC{参见章节7.3,10.4}。[可加上GtCO2数据]
如果辐射压力在2100年稳定在B1或A1B11情景设定的水平,我们预测全球平均温度很可能在2200年仍然增长大约0.5oC{参见章节10.7}。
如果辐射压力在2100年稳定在A1B11情景设定的水平,热膨胀效应本身就将导致全球海平面上升0.3~0.8米(与1980-1999年的数据比较)。由于把热量从海洋表面传输到海洋深处需要很长时间,预计热膨胀效应将持续许多世纪{参见章节10.7}。
预计格陵兰冰原的减少在2100年后仍然对海平面上升做出贡献。当前的模型计算结果表明:随着全球气候变暖,冰原质量的损失速度远远超过降水导致的冰质量增加速度,在全球气候比前工业化社会时的全球平均温度高出1.9 ~ 4.6 oC情况下,地球冰原质量平衡已经是负数。如果地球冰原质量平衡负数持续1000年,那么那时格陵兰的冰原实际上将彻底消失,并将导致全球海平面升高大约7米。相应的格陵兰未来的温度也将与模型计算推算出来的125000年前最近一次间冰川期时的温度相类似,古气候数据显示,那时极地地区冰原融化,导致全球海平面上升了4~6米{参见章节6.4,10.7}。
目前的全球气候模型研究结果预测,南极洲气温仍然很冷,冰原不会发生大面积融化现象,并且由于下雪量增加,冰原质量还会增加。然而,如果冰原动态融化的质量超过冰雪质量的增长速度,南极洲冰原的净质量损失也有可能发生{10.7}。
由于把二氧化碳从大气中消除需要很长时间,过去和未来人类活动排放的二氧化碳将在未来1000多年继续对全球气候变暖和海平面上升做出贡献{参见章节7.3,10.3}。
政府间气候变化特别委员会特别报告关于温室气体排放的情景设定18
[The Emission Scenarios of the IPCC Special Report on Emission Scenarios(SRES)
A1.
A1组情景设定全球经济迅速发展,全世界人口在21世纪中叶达到顶峰,随后开始下降,人类也越来越快地利用新的和更有效的技术。不同区域的发展主题和能力建设开始趋同,不同文化和社会融合也越来越多,而不同区域人均收入差距则越来越小。A1组根据能源系统技术变化方向设定以下三种未来前景:高强度使用化石燃料情景(A1F1)、非化石能源来源(A1T)和所有能源的平衡利用(A1B)(平衡这里定义为不非常依赖某一种能源,并假设各种能源供应和终端技术利用的改善速度一样)。
A2.
A2组情景设定一个非常复杂、各不相同的世界。各地区自力更生,保持当地文化认同。世界各地的出生率各不相同,导致世界人口继续增长。经济发展也局限于区域层面,人均经济增长和技术变化也各不相同,并且增长速度也比其他情景慢。
B1.
B 1组情景设定全球趋向一致,全世界人口同A1组情景设定的一样,到本世纪中叶达到高峰,随后开始下降,但不同之处在于经济结构更快地转向服务业和信息行业,材料强度降低、并应用清洁和资源节约技术。其重点是对经济、社会和环境的可持续发展提供全球解决方案,包括更平等的社会,但对全球气候没有额外的行动计划。
B2.
B 2组情景设定这样一个未来世界,其重点强调对经济、社会和环境的可持续发展提供地方解决方案,在这样的世界中,全球人口以低于A2组情景的速度继续增长,经济发展处于中等水平,与B1和A1组情景相比,技术变化没有那么快,但更为多样化。该情景也重视环境保护和社会平等,其重视的出发点侧重于地方和区域层面。
对于A1B、A1F1、A1T、A2、B1和B2这六种设想的情景的重要性,我们应该给以同等的考虑。
SRES情景不包括额外的气候变化行动计划,这意味着它所设定的情景不包括执行《联合国气候变化框架公约(United Nations Framework Convention on Climate Change)》的假设或满足《京都议定书(Kyoto Protocol)》目标的假设情况。
根据冰芯样品和现代数据给出的全球大气中温室气体浓度
图SPM-1 过去10000年(大方框图)和自从1750年以来(插入的小方框图)全球大气中二氧化碳(Carbon Dioxide)(上)、甲烷(Methane)(中)和一氧化二氮(Nitrous Oxide)(下)的浓度。所测量的数据既有根据冰芯样品测定值(不同研究中样品数据点的颜色不同)又有大气样品测定值(红线)。大方框图右边纵坐标显示的是相应的辐射压力{图6.4}。
[图中英语翻译:Anthropogenic 人类活动 Natural 自然原因 RF Terms 辐射压力术语 Long-lived greenhouse gases长寿命温室气体 Ozone臭氧层 Stratospheric water vapour from CH4 来自CH4的平流层水蒸气 Surface albedo地表反射 Total Aerosol总气溶胶 (Direct effect 直接效果 Cloud albedo effect云层反射) Solar irradiance太阳辐射 Total net anthropogenic 净人类活动总影响
Halocarbons 含卤碳化合物 Stratospheric平流层 Tropospheric对流层 Land use土地利用 Black carbon on snow雪上炭黑
RF values(W/m2) 辐射压力值
Spatial scale空间尺度 Global全球 Continental to global大陆到全球 High高 Med中 Low低 Med-low中低 Low低
Radiative Forcing 辐射压力]
图SPM-2 人类活动释放的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)和其他重要成分和机制2005年全球平均辐射压力值(RF)计算结果及其范围,以及各压力的典型地理范围(空间尺度)和估算的科学理解水平(Level of Scientific Understanding,LOSU)。本图也显示了人类活动净辐射压力及其范围。这些需要对各组成部分进行不对称的不确定性计算结果求和,而不能简单相加。那些没有包括在内的额外压力,是因为我们对它们进行估算的科学理解水平(LOSU)非常低。火山喷发出生的大气气溶胶是另外一个自然压力因素,但由于火山喷发的偶然性,本图没有包括它的影响。直线型凝结尾流的范围不包括航空对云量其他可能的影响。
全球平均温度、海平面高度和北半球白雪覆盖面积的变化
(从1961年—1990年的差别)
[(a) Global mean temperature 全球平均温度 (b) Global average sea level 全球平均海平面
(c) Northern hemisphere snow cover 北半球白雪覆盖面积]
图SPM-3 本图中(a)显示的是观察到的全球平均表面温度变化;(b)显示的是从潮汐观测站(蓝色)和卫星(红色)观测到的全球海平面上升高度;(c)显示的是三四月份北半球雪覆盖的面积。所有这些变化都是与1961-1990年的平均值相对应。圆圈代表年度值,而平滑曲线代表10年平均值。画阴影部分表示的是根据(a和b)已知不确定性以及时间序列(c)进行综合分析后,得到的不确定性置信区间{参见FAQ 3.1、图1、图4.2和图5.13}。
全球和各大洲温度变化
Temperature anomaly (温度变异oC)
[注:North America北美 Europe欧洲 Asia亚洲 South America南美 Africa非洲 Australia澳大利亚
Global 全球平均 Global Land全球陆地平均 Global Ocean全球海洋平均]
图SPM-4 利用自然和人类压力数值,经过气候模型模拟计算出来的各大陆和全球表面温度变化与实际观测值的比较。图中黑线表示的是1906年--2005年10年平均观测值,与其相对应的是1901年--1950年的平均值。在实线变虚的地方,表示空间涵盖范围小于50%。蓝色阴影区表示的是只考虑太阳活动和火山因素的自然压力下,5个气候模型进行19次模拟计算出来的5%-95%置信范围。而红色阴影区表示的是既考虑自然压力又考虑人类活动影响情况下,用14个气候模型进行58次模拟计算出来的5%-95%置信范围{参见FAQ 9.2,图1}。
全球表面温度的AOGCM模型预测
(全球表面温度变化 oC) Relative Probability (相对概率)
图SPM-5 与1980-1999年数据相对应的21世纪早期和晚期全球表面温度预测变化值。本图中间栏和右栏的小图显示的是在SRES设定的B1(上)、A1B(中)和A2(下)情景下,2020—2029年(中间栏)和2090-2099年(右栏)全球表面温度值变化。左栏的图显示的是用几个不同AOGCM和EMICs研究模型计算出来的全球平均温度变化值的相对概率。一些有关模型只研究了SRES情景的子系统并给出计算结果,另外一些则对所有情景进行了模拟计算。左栏三个小图中的曲线数目是不同的,这是因为计算结果的可获得性不同而造成的{参见图10.8和10.28}。
预测的全球降水变化
(multi-model多模型计算)
图SPM-6 与1980-1999年水平相对应的2090-2099年全球降水的相对变化(以百分数比表示)。左图显示的是根据SRES A1B情景运用多个模型计算出来的12月到2月份的降水变化;而右图显示的是根据SRES A1B情景运用多个模型计算出来的6月到8月份的降水变化。空白地区表示少于66%的模型计算结果与变化标志吻合,而画点的区域表示超过90%的模型计算结果与变化标志吻合{参见图10.9}。
Global surface warming (oC) (全球表面温度升高)
图SPM-7 实线表示的是(对应于1980-1999年水平)根据A2、A1B和B1情景利用多模型计算出来的全球平均表面温度,并且是20世纪模拟计算结果的继续。阴影部分表示的是每个模型计算出来年平均值加/减一个标准偏差的数据范围。本图右下角的彩色数字是在给定时间和情景下,AOGCM模型的运算次数。橙色线表示的是大气中温室气体浓度保持在2000年水平不变的运算结果。图右侧的灰色方柱表示的是最佳计算值(每根灰柱中的实线)和对六种设定情景模型计算值的可能范围。右侧灰柱中最佳计算值和可能范围的估算包括本图左侧AOGCM模型计算结果,也包括独立模型计算数据和观测限制{参见图10.4和图10.29}。