第5章 低碳经济：应对气候变化的选择(1)

一、气候变化的成因

目前，全球变暖问题已成为各国政府和科学界共同关心的重大问题。地球是人类唯一的家园，地球上良好的、适宜的气候与环境是人类生存和社会经济发展的必要条件，也是维持整个社会可持续性发展的重要前提。因此，防止气候向不利方向发展、阻止其恶化是全人类共同的任务和使命。

气候变化是由于地球的气候系统受到不同程度的扰动而引起的。造成气候变化的原因，概括起来可分为自然因素和人为因素两大类。前者，包括太阳辐射的变化、火山爆发等；后者，包括人类燃烧化石燃料，以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加、硫化物气溶胶浓度的变化、路面覆盖和土地利用的变化等。

1． 自然因素

（1）太阳辐射的变化

气候系统所有的能量基本上来自太阳，所以太阳能量输出的变化被认为是导致气候变化的一种辐射强迫，也就是说，太阳辐射的变化是引起气候系统变化的外因。许多科学家曾经试图利用辐射变化解释气候变化，但长期以来并没有精确的测量表明太阳辐射的输出会发生显著的变化。因此，太阳的输出被认为是常数，即太阳常数。直到20世纪70年代，卫星观测显示太阳辐射输出量并不是完全不变的。从过去28年对太阳辐射的连续监测发现，11年中太阳变化周期的极大和极小活动之间的差值为0.08%(1.1W/m2)，1750年以来太阳活动变化引起的直接辐射强迫为0.12W/m2，其中大部分变化发生在20世纪上半叶，但太阳辐射的变化影响气候的机理尚不清楚，尚缺乏严格的理论或观察事例的支持17。

许多科学家认为太阳黑子数多时会使地球偏暖，黑子数少时会使地球偏冷。17世纪的70余年中太阳黑子数很少，并且寿命也较短。当时太阳的亮度比目前约小0.4%（或太阳照度约低1W/m2，入射到地球表面的平均太阳辐射能量)。太阳能的这一减少时期对应了小冰期的偏冷时段。因而有些科学家认为是小冰期较冷时段发生的主要原因18。俄罗斯天文学家Habibullo Abdussamatov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标志，以欧洲和全球冰川进退为气候变化的标志，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19。太阳活动是周期性的，并影响大气周期性升温与降温。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20。

但是，英国和瑞士科学家合作在《英国皇家学会会报》(Proceedings of the Royal Society)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(Rutherford Appleton Laboratory)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做了研究，将太阳黑子以11年为1个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21。

引起太阳辐射变化的另一原因是地球轨道的变化。地球在公转轨道上接受太阳辐射能，在假定太阳辐射源强度不变的情况下，到达地球的太阳辐射量的变化主要是由于地球公转轨道天文参数的周期变化，即地球轨道偏心率（长轴与短轴之比）、地轴倾斜率的变化及岁差现象引起的。地球轨道的三个要素是：地球轨道偏心率为0.00～0.06，1个周期约为96000年；地球自转轴相对于地球轨道的倾角在21.6°～24.5°间变化，其周期为41000年；地球最接近太阳的近日点时间的年变化，即近日点时间在一年的不同月份转变，其周期约为23000年。这三个轨道要素的不同周期变化，不但各自影响地球接受太阳辐射量的变化，而且还同时对气候产生影响。米兰科维奇曾经综合这三者的作用计算出在65°N维度上夏季太阳辐射量在60万年内的变化，并用相对维度来表示，据此解释了第四纪各次亚冰期和亚间冰期的发生及其相互交替变化。

由于地球轨道参数变化不断地改变地球与太阳的相对位置，虽然到达地球的太阳辐射量变化甚小，但地表辐射随纬度与季节分布的变化很大，利用这种关系可以很好地解释百万年尺度的冰期与暖期的交替发生现象。但在过去的100年中，由于地球与太阳相对位置改变而变化的太阳入射辐射远小于CO2浓度增加引起的变化。

（2）火山爆发

火山爆发是影响气候变化的另一个可能的自然因素。火山活动把大量的灰尘和气体喷发到高层大气中，其中有大量二氧化硫，在太阳能作用下通过光化学反应转化为硫酸和硫酸盐质点，由于它们不会受雨水冲刷而跌落，因此可以显著地反射太阳辐射，从而削弱到达地面的直接辐射，而使其下层的大气冷却。因而强火山爆发数年后一般总会出现全球范围的降温，其降幅为0.3℃～1.0℃，所以火山爆发产生的是负辐射强迫。火山爆发呈周期性的变化，历史上寒冷时期往往同火山爆发次数多、强度大的活跃时期有关。气候变暖的20世纪20~40年代，正好是火山活动的沉寂时期；此后到50年代，火山活动又逐渐加强。这个变化趋势是三个因素(太阳辐射、火山活动和温室效应)之中与气温变化趋势最相似的一个。所以，根据Gilliland对近百年气温的拟合，火山活动占50%，太阳活动占30%，CO2仅占20%22。Baldwin等人指出，火山活动的加强可能是小冰期以至最近一次大冰期出现的重要原因。Bray指出，过去200万年间几乎每次冰期的建立和急剧变冷都与大规模火山爆发有关。

（3）气候系统的内部变化

除太阳辐射变化、火山爆发等外部强迫因子可以造成平均态的气候变化及气候极端事件外，气候系统内部各部分之间的相互作用，即气候系统内部产生的自然气候变化与变率，也可以造成气候的变化。

在这些气候系统自然变化中，最主要的是大气与海洋环流的变化或脉动，这种环流变化是造成区域尺度各种气候要素变化的主要原因。大气与海洋环流的变化有时可伴随着陆面的变化，在年际时间尺度上，ENSO(厄尔尼诺事件与南方涛动的合称)和NAO(北大西洋涛动)是大气与海洋环流变化的重要例子。

全球海洋的表面积33.6亿平方公里，占地球表面积的71%，到达地球表面的太阳辐射能大部分被海洋所吸收，再转化成其他形式的能量加热大气。海洋供给大气的能量约占大气运动能量的73%，所以海洋是大气运动的主要能量供应地，也是影响大气温度变化的重要能源地。厄尔尼诺与拉尼娜是指赤道太平洋东部的海温异常现象：厄尔尼诺就是那里的海温上升，拉尼娜则是海温下降。厄尔尼诺出现时，如果海面温度高于大气温度，海洋就要给大气输送热量，海温越高，输送的热量就越多，大气增温也越明显。相反，拉尼娜出现时，大气就会出现与厄尔尼诺完全相反的变化。但从1950年以来的记录上看，厄尔尼诺发生的频率要高于拉尼娜，拉尼娜在当前气候变暖的背景下频率趋于变小，强度趋于变弱。20世纪80年代以来，共发生了6次厄尔尼诺（拉尼娜只出现了3次），这也成为气候变暖的一个重要因素23。

长期以来世界上许多气象学家一直研究这方面的问题，旨在提高全球与区域的气候预测水平。许多研究表明，长期的大气与海洋环流的变化在近几十年是十分反常的。例如，ENSO事件从1976年以来发生得更为频繁、强烈和持久，这与热带太平洋在这一时期明显偏暖有关，因此可能与全球气候变化有密切的关联。

一些科学家认为，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变化呈现一定的规律性，一定幅度的气温波动是正常的，目前地球正处于“增温期”。例如中国海南岛小东海礁区的滨珊瑚岩芯长3米，就反映了近百年(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24。Singer按时段对气温变化进行了分析，认为1880—1940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。

2．人类活动

近50年的气候变化很可能主要是人类活动造成的，这与过去揭示的气候变暖的原因不同。在过去1万年中，有三次气候变暖的时期。一次是从8000年前到3500年前的全新世大暖气，那时的温度比现在高2～3℃。人类的文明就是诞生在这个时期，这个暖气也被称为“气候最适宜期”。那时生产力低下，大规模的社会经济活动有限，气候变暖不可能是人类活动引起的。第二个暖气是发生在10～14世纪的中世纪温暖期，其温度比后来的冷气约高0.2～0.8℃。这个时期的变暖也不可能是由人类活动造成的。第三个暖气就是从小冰期结束后的温度上升期。温度的明显上升大约开始于19世纪中叶，以后连续上升并在最近20年达到十分显著的程度。这次增暖不同于前两次，即这次增暖除了自然的气候变化作用外，人类活动引起的温室气体增加也起着重要作用25。

随着社会发展和科技进步，人类活动对自然地理环境的影响越来越大，全球气候变暖、臭氧层损耗、酸雨、淡水资源耗竭、地质灾害频发、荒漠化、土地退化、生物多样性锐减等全球及局部问题，已造成对人类社会持续发展的严重威胁。

人类活动引起的全球气候变化，主要包括人类燃烧化石燃料、硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化（如毁林引起的大气中温室气体浓度的增加）等。许多工业、交通运输、农业、畜牧业等生产都直接排放温室气体，尤其是能源部门与温室气体排放有着更密切的关系。近十几年来，土地利用的变化在影响温室气体的源头方面得到了更多的重视，这包括植被覆盖的人为破坏、森林的砍伐和造林活动、人为引起的草原退化等。这些活动的最终结果都会直接或间接地改变对温室气体的吸收或排放，从而影响全球的气候。

温室气体的增加主要是通过温室效应来影响全球气候或使气候变暖的。地球表面的平均温度完全取决于辐射平衡，温室气体则可以吸收地表辐射的一部分热辐射能，从而引起地球大气的增温，也就是说，这些温室气体的作用如同覆盖在地表上的一层棉被，棉被的外表比里表要冷，使地表辐射不至于无阻挡地射向太空；从而使地表比没有这些温室气体时更为暖和。

人类活动排放的温室气体主要有6种，即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCS）、全氟化碳（PFCS）和六氟化硫（SF6）。其中对气候变化影响最大的是二氧化碳，它产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63%，且在大气中的存留期很长，最长可达200年，并充分混合，因而最受关注。

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。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。CO2一旦排放到大气中，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%26。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280ppm（ppm为计量单位，即百万分之）增加到2005年的379ppm，CH4浓度值从工业化前的约0.715ppm增加到2005年的1.774ppm，N2O浓度从工业化前的约2.70ppm增加到2005年的3.19ppm27。Crowley利用能量平衡模式(Energy Balance Climate Model)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28。

近十几年来，土地利用的变化在温室气体的源汇方面得到了更多的重视，这包括对植被覆盖的人为破坏、森林的砍伐和造林活动、人为引起的草原退化等。这些活动的最终结果，都会直接或间接地改变对温室气体（主要是CO2）的吸收或排放，从而影响全球的气候。土地利用的变化不仅通过改变温室气体的源汇来影响气候，还可以通过改变地表的反射率、粗糙度、土壤湿度与地气感热、潜热通量影响气候。不少研究表明，如果大范围的森林被毁，则由于感热通量的增加、潜热通量的减少等，可使地表温度增加，降水和蒸发减少，从而使区域性的气候发生明显变化29。

3．对近百年气候变化成因的不同认识

政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，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全球网络，分析、研究和发布气候变化信息及其对社会和经济影响的评估报告，所提结论应该有较广泛的代表性和良好的可信性。