主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？14 气温 -- 橡树村
家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？21 全新世 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。
本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 发现一个漏洞~ 使用碳14测定年龄（时间）的前提是大气中的碳14含量稳定而且均匀
但是这个假设是有问题的
因为碳14是由宇宙高能射线(包括太阳辐射)而产生的，所以碳14含量稳定的前提是宇宙辐射稳定，可是这个并不稳定，可能有超新星爆发啊，太阳周期啊什么的，那么碳14的结果不是就要打折扣了么
- 复 发现一个漏洞~
家园 没有说使用碳十四测定年龄呀 这一节提到碳十四的地方是这里：
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。是在使用碳十四研究太阳辐射的变化。
至于碳十四来测定年龄，在1950年代以前，是认为宇宙射线强度均匀的。不过在1950年代以后，因为发现了宇宙射线强度的变化，所以在使用碳十四测定年龄的时候，都需要进行校准，也已经有了很多校准方法。目前的校准曲线可以比较精确的表示最近5万年以来的情况。一般来讲，精确度是6000年以内+-16年，时间越久远误差越大，在26000年的时候，误差可以达到163年。
家园 谢村长答疑
家园 这节已经从一个个的分类影响讲到从历史纵轴来看的 综合变化了。。。
家园 奥陶纪这么早的? 我朋友说渤海的油是奥陶的,地下四千米.我还以为和侏罗纪差不多时代
家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？20 冰期 了解人类工业活动之前的地球气候变化情况，对于了解大自然对气候的各种影响有非常重要的意义，也对于理解气候变化之后的多方面影响有参考价值。对于有仪器记录以前的气候变化，人们不可能再去直接测量了，不过大自然的变化总是有一些痕迹可循的，对这些资料进行分析整理，就可以推断出古代气候的变化情况，比如在冰川钻孔取得过去的温度数据，分析海洋沉积物孔隙水变化，对冰川变化范围进行测量等等，这里面，有一些方法也可以通过现代的数据与仪器测量的数据进行比较来进行校正。重建古气候信息最重要的时间序列资料，就是从冰芯里面得到的。冰川的沉积有很好的时间序列，可以通过技术手段对不同截面冰芯的时间进行推测，而冰芯里面所储存的微小气泡，就可以提供古代气体的直接资料。目前通过对冰芯进行分析，已经可以重建65万年以来的很多气候信息。研究古气候很多时候都无法进行甚至间接测量，只能使用代用资料，这些代用资料利用涉及到化学、物理和生物参数的变化。很多生物有机体，比如树木、珊瑚、浮游生物、动物等等，对不同的气候有不同的变化，分析这些资料，很多时候是化石资料，就可以重建这些生物体的生长过程信息。比如树木年轮的宽度，密度就可以来推断当时的温度变化等等信息。不过使用代用资料的时候需要很谨慎，单一的某种代用资料往往不够全面充分，代表性不足，所以古气候研究很多时候需要使用多种代用资料进行交叉检验，这样可以更全面地分析问题，也可以了解不同资料的可靠程度和处理方法。不过无论人们怎么努力，古气候研究所使用的资料无论从空间分布上还是时间跨度上都是非常有限的，要使用这些分析结果进行局部的甚至全球的气候分析，就需要在样品的空间时间季节分布等等方面特别小心。
虽然很早就有人通过这种资料对古代气候进行分析描述，古气候学真正起步还是要从1970年代开始。早期的研究集中在冰河时期的研究上，揭示了小冰川期和中世纪暖期的存在。1980年代特别是1990年代以后，古气候学的研究进步迅速，已经可以对很多问题进行更加严格系统地分析，不过仍然在发展中。
外链图片需谨慎，可能会被源头改4亿年来的气候变化
上图最上面一个是重建的4亿年来的资料。从顶端伸下来的蓝色柱子，代表不同历史时期陆地冰川覆盖的纬度，这里面能看到两次大的冰川覆盖，一次在3亿年前左右，冰川覆盖到30度，然后就是比较近的时期，冰川曾经达到40度。在两个冰期之间，就是无冰期。显然有冰川的时候气温低，没有冰川的时候气温高。下面的几条线是重建的大气中二氧化碳的浓度，不同的颜色是不同的研究者的结论，这里面可以看出来不同的估计之间的差距是很大的，说明数据的不确定性非常高。不过还是有共同规律的，可以看到在陆地没有冰川的时候大气的二氧化碳浓度高，最高的估计值超过了4000ppm，是目前大气二氧化碳浓度的10倍多，而在陆地上有冰川，也就是平均温度比较低的时候，大气中的二氧化碳浓度就比较低，从图上粗略来看，基本上都在1000ppm以下，甚至在500ppm以下。看起来气温大气二氧化碳含量应该是有联系的。中间的图的黑色数据是通过对深海底有孔虫沉积进行采样分析得到的6500万年以来的O18含量纪录。在海洋不结冰的时候，O18的含量与深层海水温度有直接关系，图中的红线表示的是这个情况，可以看出这个时期深海海水温度很高，最热的时候竟然超过了12摄氏度。在大约3300万年前海洋开始结冰以后，O18的含量变化就与南北极的冰面面积有关。图中的蓝色横条显示了冰面的情况，从上到下分别是南极东部冰原、南极西部冰原、北半球冰原。虚线的地方是临时性冰面或者冰面面积比目前的冰面小的时期，实线的部分是冰面面积和现代的冰面面积相当或者更大的时期。下面的图是6500万年以来的大气二氧化碳纪录。不同颜色的数据是不同研究者得到的不同结果，一个个长条实际上是一个个数据，长条的范围表示误差，可以看出估计的误差还是非常大。这一阶段对于样本时间的估计误差也是惊人的，经过人们多年的努力，对时间的估计的误差仍然在100万年左右。
这里面引起较多人兴趣的是在300-330万年的这个阶段。一般认为这个时候地球的温度比工业化前要温暖2-3摄氏度，这个幅度基本上是很多模型预计的21世纪中后期的地球升温幅度。由于那个时候现代人还没有出现，所以这个时期应该可以反映在没有人类干扰的情况下，这个温度状态下的自然平衡。并且300万年在地质上相距现在的时间并不算遥远，大陆、海洋的位置、植被等等情况都与人类工业化以前的地球比较接近，所以有很重要的参考价值。目前估计这个时期的大气二氧化碳浓度在360-400ppm之间，海平面比目前要高出15-25米，冰面的面积比现在也要小很多，陆地旱情也要比现在缓解不少。此外还发现了极地温度升高幅度很大，而热带地区温度与现在差别不明显。这也许与使用的数据重建方法的可靠性有关。
外链图片需谨慎，可能会被源头改65万年来的气候资料重建
研究几十万年以内的气候，冰芯仍然是最好的手段。冰芯里面直接封存了气体，这样就可以直接测量相应时间段的大气中的各种气体含量，特别是二氧化碳、甲烷和氧化亚氮这三种温室气体，测量氢的同位素氘可以了解当地气温的变化情况，测量氧的同位素O18可以了解全球冰的总量的变化情况，后两个都是代用资料。上图就是65万年来的这些数据。灰色带是温暖的间冰期，其他的时间就是冰期。右上角的数字是2000年时候的大气温室气体含量。这里面相对比较充分的研究是43万年以来的变化。可以看到43万年来，有一个大约10万年的冰期-间冰期周期，当然每个冰期都不大相同，间冰期的长度也各不一样，大约从1万年到3万年。共同的特点就是间冰期的时候，南极大气中的二氧化碳和甲烷的含量就高，冰期的时候，南极大气中二氧化碳和甲烷的含量就低，两者看起来有很紧密的关系。需要注意追溯65万年的大气二氧化碳浓度数据，最高值也比目前要低上不少。冰期和间冰期的变化应该是受到地球辐射强迫的变化的影响，地球的能量平衡发生变化，气候就会有相应的变化。在过去的300万年里面，地球有规律的冰期间冰期的变化，有很强的证据证明与地球围绕太阳轨道的长周期运动有关，也就是下图显示的米兰科维奇周期。
外链图片需谨慎，可能会被源头改米兰科维奇周期
到目前为止的最后一次冰期，或者叫末次冰期，开始于11万6千年前，一直持续到2万1千年前，已经有证据证明冰期的发生和结束都与地球的轨道运动有关，有个专门名词描述轨道运动变化而导致的能量变化，叫做轨道强迫。轨道强迫发生之后，地球的化学和物理变化对这个强迫进行反馈，放大了这个轨道强迫的效应。使用轨道强迫的概念对末次冰期进行模拟，基本上可以重建温度和降水形态变化的特征。轨道强迫模型还可以模拟6000年前的中纬度变暖以及增强的季风等变化，模拟当时的温度变化幅度。也就是因为目前对轨道强迫的理解，研究者认为目前的间冰期应该至少持续上万年的时间，甚至认为促发11万6千年前冰期发生的北半球夏季极冷现象可能还需要3万年才会发生。末次冰期前的就叫做末次间冰期，时间是从11万6千年前到13万年前。冰芯资料显示这个时候在格陵兰顶峰地区仍然被冰覆盖但是格陵兰岛南部的一些面积在减少。冰芯资料还显示当时极地平均温度要比20世纪的极地温度高出3-5摄氏度。高温造成的北半球大量的冰盖融化可能造成了高达4米的海平面升高，南极也有可能做出贡献。目前的平均海平面比12万5千年的末次间冰期要高出4-6米。下图是12万5千年前到13万年前北极夏季地表温度与现在的差别（左），以及格陵兰和西北极海冰的最小冰层厚度与范围分布（右）。
外链图片需谨慎，可能会被源头改末次间冰期
在末次间冰期间，有证据发生了多次气候突变。气候突变一般被定义为在30年以内发生的大规模的气候变化，在这个相对短的时间内，陆地生物、冰川、海洋都有巨大变化。最大的突变曾经导致格陵兰的温度在几十年内升高8-16摄氏度，然后再花数百年的时间慢慢降温；还观察到北大西洋的冰山曾经大量流出，海表盐度曾经突然降低等等。目前的认识表明，当超过关键的阈值的时候，海洋环流变得不稳定，并会发生快速变化。这些变化或许与南北半球之间的热量重新分配有关系，但是与全球平均温度的大的变化并没有什么联系。两个关于气候变化的电影后天和2012都是基于这种突变的气候模型，不过目前还没有任何迹象说明突变有可能在可以预期的将来发生。在末次冰期结束的时候，也有数次气候突变，最后的一次发生在8200年前。下图是末次冰期结束时候一些指标的突变情况，从上到下分别是a)ARM，非磁滞剩磁，大西洋翻转环流（MOC）的代用资料；b)格陵兰大气甲烷含量；c)根据氮同位素重建的地表温度；d,e)两个不同来源的O18含量，地表温度的代用资料；f)nss-Ca离子变化，沙尘和铁沉积的代用资料；g)南极大气二氧化碳浓度。可以看到这些指标的一致性，以及观察到的一些突变。
外链图片需谨慎，可能会被源头改末次冰期结束时的气候突变
本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 全球变暖这个话题被炒作，估计已经超出科学，有政治因素 就像另一个反例--中苏交恶时期竺可桢批驳“苏修又在鼓吹全球变冷”。不过竺可桢关于气温波动属于正常现象的观点也许有一定道理，人类活动对气温的影响不可小视，但也不能无限夸大，地球不是气球，不是人造的，人想对于地球还是渺小的，地球有自己的变化规律，就像几次冰川时期的产生，此外火星环境由数亿年前的相对较好到如今的恶化更不能归咎于人类影响吧。
家园 竺可桢使用过“苏修”这个词吗？ “苏修”提出来的时候竺可桢七十岁了（毛泽东小他三岁），他会有那么时髦？
我印象中，竺可桢是留美生，对苏联向来都不鸟，政治上早在建国之前就担心中国受斯大林苏联影响过深（不过建国后就不怎么提了）。像那样没事在日记中损一下苏联人也是很正常的。竺可桢更关注教学和科研，对政治的兴趣不像其它人那样浓厚，我可不太相信他会写出像你引号中那样的句子。
事实上，你说的那句话的出于竺可桢日记，原文大意应该是这样：“苏联气候界又在宣传地球变冷的消息，说列宁格勒近年比1940年左右低摄氏一度。”
竺可桢对于气候的问题有自己的学术立场，并不是什么服务于政治需要，苏联气象学界（搞不好可以把整个苏联科学界都算进去）的一些理论向来给人以一种很浮夸的印象(很听一点的说法是乐观，或者称之为人定胜天)，以自己的学术立场私底下以“杞人忧天”讽刺一下，没什么大不了的，这与政治没什么大的关系。
对于在科学界如此德高望重的人物，你这样不负责任的乱侃太不是很好吧？
家园 这是小学一篇课文，用没用过“苏修”这个词我不记得但这不是 关键。我主要是记得竺可桢对于苏联“全球变冷”观点的反对态度。
家园 “全球变冷”只是当时苏联“气候学界”的一个观点， 并不是“苏联”的观点，此其一；
当时全球气候问题远远没有进入政治范畴，谈论这个，没有多少政治上的含意，此其二；
竺可桢的反对态度是基于自已对于中国古气候长期研究所得出的结论（人类对于气候的影响有限也是长期以来欧美学界的观点），并没有其它的含义（就算有那也是私下的表态），此其三。
最后，你的重点在于强调科学问题的政治化（连自己在强调什么都不清楚，还说你是从“小学”课文里看来这段的，那好吧……），这个我表示赞同。但你以竺可桢做为例子，而且信口雌黄（小学课文你好说也查一下可以吧？一个科学家怎么可能说出那种话？你没怀疑过？），对这种行为我不认可。
家园 这里是公众场合，还有很多竺老的 fans 的，说话小心点 提示:你被楼主 或 被回复作者屏蔽，不能回复。建议多注意自己的言行方式。
回给自己总成吧？
切，你以为你是谁啊，我看了一下，至少有九个月没跟过你的贴子了……靠。要不是竺老的问题，你以为我有工夫跟你扯这个蛋啊。