主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？14 气温 -- 橡树村

橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？20 冰期

末次冰期结束之后，人类对环境的影响与其他动物就有区别了。人类发明了牧业、农业以后，就开始逐渐主动改变周围的环境，当然在历史上很长很长的时间里面，这个过程都是非常缓慢的，所造成的影响也是很小的。末次冰期结束后一直到现在的这段时间，地质学上成为全新世。世是地质学上对地球年代进行分期的一种单位，再上一级的叫做纪，全新世属于第四纪。第四纪开始于大约260万年前，持续到现在，第四纪里面包括两个世，分别是260万年前开始的更新世和1万年前开始的全新世。第四纪又属于开始于6550万年前的新生代，新生代又属于显生宙。下图是地球地质年代的一览表。全新世实际上也就是正在发生的这次间冰期。全新世里面还可以分成几个期，最开始的叫做前北方期，大约在9500年前结束，特点是气温从凉转暖，然后是北方期，大约持续到7500年前，特点是温热干燥，随后是大西洋期，持续到5000年前，特点是温暖湿润，再接着是亚北方期，持续到大约2700年前，特点是温暖干燥，最后是亚大西洋期，一直到现在，特点是凉爽湿润。此外还有其他分类方法，比如分成早、中、晚三期，对应着升温期、高温期和中温期，IPCC使用的是后一种分期方法。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

地球的地质年代

从分期的名字就可以看出，全新世的温度是有一个变化趋势的，先升温，维持高温，然后降温。实际上全新世的气候变化还要更加复杂，这个期间，地球轨道也有变化，火山爆发对气候也有影响，使得这个时期的气候变化丰富多彩。当然不是说其他的时候地球气候变化不丰富，只不过全新世的资料相对丰富，给人们更加细致地了解气候变化提供了机会。全新世期间太阳辐射的变化使用的是冰芯里面的Be10和树木年轮的C14这两种宇宙同位素作为代用资料，不过这两者之间与太阳辐射的之间关系目前仍然有不确定性，主要是干扰因素的排除还有困难，做比较可靠的定量分析还有难度。对一些地区在全新世的温度的重建工作也有不少结果了，这一般都是通过代用资料得到的。对于北大西洋高纬度地区，以及北极地区，在全新世早期的1万年前到8千年前，夏季温度明显很高，可能全新世的夏季最高温就发生在这个时候。夏季温度高对应的就是北极冰川面积减少，这方面，现有的观察是一致的。对于大西洋中北部地区的浅层海面温度重建发现从全新世中期到工业化以前有一个很长期的逐渐降温的趋势，很有可能与这些纬度地区的年平均轨道辐射以及夏季轨道辐射变化有关系。不同的纬度地区的辐射变化并不是一样的，有各自的变化规律，这方面人们已经有了很充分的了解，下图是冬季（上）、年均（中）、夏季（下）的太阳辐射变化情况，左边是1950年的情况，右边是50万年前到10万年后的变化情况。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

50万年前至10万年后不同纬度季节太阳辐射变化情况

在北欧和北美的冰原残余物附近，最暖期要错后不少，这个现象可能与冰川变化、冰原反照、大气和海洋的热交换，以及局部的轨道强迫有关系。在北欧和北美西北部，最暖的时期发生在5到7千年前，这个期间还发现了温带森林向北的扩展，以及相应的冰川退缩。全新世早期的变暖现象还在西太平洋、中国、新西兰、南部非洲、南极等地观测到。南半球高纬度地区的变暖并不能用单纯的轨道强迫进行解释，可能与大规模的能量输送有关。和这个大趋势相反的是，热带浅层海水的温度变化显示了从全新世开始到现在的持续的升温趋势，可能与热带的轨道强迫变化相关。下图是一些观察到的与人类工业化之前相比较的温度差别，纵坐标是纬度，横坐标是时间。红色表示比工业化前高出2摄氏度或者更多，黄色表示比工业化之前高出0.5到2摄氏度，蓝色表示比工业化之前要低0.5到2摄氏度。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

全新世中早期温度与工业化之前比较

观察到了在一些热带以外的一些地区，在全新世早期曾经有局部升温现象，幅度高达几个摄氏度。不过这些局部的升温很可能并不具备全球性，因为同期的热带海洋温度略低。使用轨道强迫的模型对这个时候的模拟认为全球平均温度变化应该在0.4摄氏度以内。目前的数据的数量和分布都还不方便对这个时期的全球状态下更明确的结论，无法认定是否出现过于目前正在发生的全球变暖类似的升温异常。北非、东非和北美的记录表明持续几十年到几百年的干旱是这些地区气候的经常特征，现在发生在北美和中非的干旱并不是史无前例的。这些区域的准周期性的气候变率看起来的确存在，可以得到单独的年代际分辨率的古气候资料的支持，但是这些独立的区域信号在全球范围内并不一致。

温度变化往往伴随着冰川的变化。对古代陆地冰川变化的研究集中在北半球。目前的研究表明在全新世的前半期，从1.1万年前到大约5千年前，北半球只有很小量的冰川甚至没有冰川。到了后半期，冰川开始形成，并且扩张。这个现象基本上可以用轨道强迫带来的变化来解释，在全新世前半期，轨道强迫导致了北半球夏季日射增加，从而造成区域变暖，导致冰川融化。不过对于局部的短周期的陆地冰川变化，仍然需要更加复杂的当地气候与冰川模型来进行分析。北大西洋涛动NAO和厄尔尼诺-南方涛动ENSO对冰川也有很显著的影响，可以用来解释一些地区的冰川变化。下图是南北半球一些冰川的变化情况。实线是连续纪录的数据，虚线是非连续纪录的数据，深浅褐色是直接和间接证据。横线之上的，代表冰川面积小于20世纪末的冰川面积，横线之下的，代表冰川面积大于20世纪末的冰川面积。由于对总量估计的准确性仍然不好，所以显示的都是相对变化。这里面可以看出来冰川的变化很复杂。由于影响局部冰川的气候行为很复杂，每一次的冰川变化原因并不都是相同的，需要对当地的降水和气温情况进行分析。在全新世后半期的大多数时间，并没有观察到目前正在发生的全球基本一致的陆地冰川大范围消融现象。由于全新世后半期的几千年北半球夏季日射仍然较少，使用轨道强迫并不能解释目前观察到的全世界山区冰川的退缩现象，很显然现在的全球范围山区冰川退缩应该是其他原因。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

全新世冰川变化

8200年前格陵兰发生过温度突然降低2到6摄氏度的情况，与同期观察到的大气甲烷含量降低、大规模大气环流改变等等相一致。这个突变一般与北大西洋涛动联系在一起，不过目前还缺少深海的证据的支持，所以这个关系仍然是假说。在全新世早期，北极和北冰洋的大量淡水从冰里面释放出来，导致海水淡化，而促发8200年前的突变的现象，可能是阿加齐兹Agassiz古湖突然释放大量淡水造成的。在大约仅仅半年的时间内，有总量达到100万亿立方米的淡水忽然进入哈德逊湾，从而导致海洋和大气的一系列变化。以此为依据的气候变化模型基本上可以模拟所观察的种种气候现象。在4到5千年前，北半球的海冰面积出现过激增，伴随着在格陵兰监测到的氘含量降低，欧洲也观察到突然变冷，北美则广泛开始了持续达到数百年的干旱，以及南美气候的一些变化。这个突变的发生机制仍然未知。这个事件发生在轨道辐射导致的局部温暖期结束的时候，可能提示在缓慢的强迫变化的情况下，也可以出现突然的气候变化。北非地区在全新世早期的强烈潮湿环境也与环境对轨道强迫的作用进行放大有关。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

阿加齐兹古湖

全新世相对丰富的资料甚至可以观察到厄尔尼诺-南方涛动ENSO。在全新世早期，ENSO变化较弱，在最近的几千年里面逐渐增强，成为影响全球气候的重要因素，不过这些信息仍然零碎，具体的变化情况还无法进行系统分析。简单的轨道强迫模型结合太平洋的大气环境，就可以模拟ENSO变化的趋势，这个模型显示在全新世ENSO的频率和强度的增加趋势，模拟显示在全新世中期以前，太平洋更多的是拉尼娜现象的背景。使用现代的ENSO模型也可以模拟在全新世中期的轨道强迫情况下ENSO的减弱。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

两万年来大气温室气体信息重建

上图是2万年以来的大气里面二氧化碳、甲烷和氧化亚氮三种温室气体重建资料，分别在左上，左下和右上角。右下角的是这三个因素放在一起的辐射强迫。可以看到在全新世早期，1.1万年前到8千年前的这一阶段，大气中的二氧化碳浓度略有下降，降低了7ppm。随后，大气中二氧化碳浓度开始缓慢上升，一直到被人类的工业化排放所干扰。大气中的甲烷含量也有类似的趋势，不过略有不同，北半球的大气甲烷含量从1万年前的730ppb降低到6千年前的580ppb，然后缓慢升高到工业化之前的730ppb。氧化亚氮的总图浓度变化趋势与二氧化碳的很象，在全新世早期降低了10ppb，随后缓慢上升，不过波动要频繁一些。原来一般认为在全新世大气中的二氧化碳含量与陆地植物的变化有关系，森林面积增加，二氧化碳的浓度就会下降，海洋沉积，比如珊瑚增多也会吸收一部分碳。比较新的研究表明在工业化之前的7千年里面，陆地植被的变化不大，陆地上生物储存的碳自然也应该是稳定的。北方泥炭地储存的二氧化碳的变化更有可能是这期间大气二氧化碳浓度变化的原因。不过这些变化都是很缓慢的，与工业化之后大气二氧化碳的变化速率低很多。有人研究过工业化之前人类的农牧业活动所造成的温室气体影响，认为如果没有人类工业化之前的农业活动，在工业化之前的8000年时间里面，大气中的二氧化碳应该比全新世早期降低20ppm，而不是观察到的升高了20ppm，不过这个假说支持者很少，本身也缺乏一些关键的证据来支持，也与一些其他证据相矛盾，所以还不被采信。

橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？22 最近千年

• 【索引】有关“全球变暖”问题的讨论整理汇总
• 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？22 最近千年
• 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？20 冰期