23. 温室世界会有多热？
（How Hot Will the Greenhouse World Be?）
（本文来自科学网张林的博客）
温室效应能将地球的温度提升到什么程度？
科学家们都关注着全球气候的变化，而且他们相信人类活动是全球气候变暖的最主要原因（2021年诺贝尔奖物理学奖已经肯定了这个结论）。全球气候变暖来源于一种被称为温室效应的现象。所谓温室效应，指的是太阳辐射透过大气到达地球表面被地面吸收，地面温度上升后放出的热辐射又被大气中的水汽、二氧化碳等物质所吸收，从而造成地球气候变暖的效应。理论解释是一个方面，全球变暖最直接的证据是自2000年后世界各地高温记录被不断刷新，而2020年地球北极温度竟达到破纪录的38°C，相反，2021年全球最低温度创下-111.2°C的新纪录，导致局部气候极端差异化日趋严重。图1显示了自工业革命以来全球平均气温不断上升的趋势，2021年的诺贝尔物理学奖意味着肯定了二氧化碳在全球变暖中的作用因素。那么未来的全球温室效应到底能把地球的温度提升到何种程度呢?
图1：地球平均温度的发展趋势
答案取决于地球气候系统——空气、海洋、冰、陆地和生物——对我们人类排放到大气中的温室气体会产生怎样的系统反应。在长达四分之一世纪的争论中，科学家们对温室气体排放所产生的气候敏感性一直都存在不同的看法。很多专家们认为，全球气候系统对温室气体是非常敏感的，这个复杂系统会被某种因素，比如人类生产活动中化石燃料燃烧产生的二氧化碳、火山碎屑、太阳变暗或太阳黑子等因素激发而产生连锁的非线性响应，从而让全球气候发生急剧的温度上升。而另一方面，这些专家也承认全球气候可能对某些因素并不敏感而全球气候变暖只是一个时期气候变化的周期所致。尽管目前的证据表明全球气候正在趋暖，但温室效应不会带来地球气候持续不断地或急剧的温度上升（有些科学家还预言地球下一个冰河期马上到来）。
气候对温室气体敏感性的问题，主要源于人们不能直接去测量某个因素对气候系统所产生的真实反应。理论上虽然已经有很多有效的气候模型，但每个模型都有自己的响应敏感区域和适用范围，每个模型都会因为构建实际系统的简化模型而带来模型演化的内在不确定性。因此，气候科学家长期以来一直都在引用一个模糊不清的预测结果：本世纪如果温室气体二氧化碳增加一倍，全球气温会产生1.5°C到4.5°C的上升。 这样的温度预测范围是基于早期的两个气候模型发展而来的（分别是日本科学家真锅淑郎Syukuro Mnabe和克劳斯·哈塞尔曼Klaus Hasselmann分别提出的模型）。首次出现于1979年的预测结果，是2021年诺贝尔物理学奖得主克劳斯·哈塞尔曼利用大气环流模式和混合层海洋模式相耦合的模型，模拟得出的结论是，在大气中二氧化碳的浓度增加一倍，全球平均温度上升1.5°C-4.5°C；日本科学家真锅淑郎更为确切地给出了二氧化碳在温室效应中的作用，得到更为准确的温度预言2.3°C，与观测值非常接近。
经过研究人员的不断努力，预测全球变暖温度的可靠范围进一步缩小，至少在某一端的预测范围的准确度和可信度都得到了提高。首先，现有模型的预测敏感性区域(5%至95%置信范围)现在都落在了1.5°C至4.5°C区间。如果在模型中尝试新的方法，并改变模型的一些参数（如云的行为参数），其温度响应结果是2.4°C到5.4°C，预测二氧化碳加倍后气体温度上升的最可能值为升温3.2°C。
图2： 温室气体排放和极端天气
然而，理论模型毕竟只是数学模型。如果我们能直接从大自然身上得到全球变暖的趋势和发展响应那将会更加可信和准确。古生物气候学家研究了温室气体之类的气候因素在遥远的过去是如何变化的，以及当时的气候系统对这些变化所做出的气候反应。对于将来的温室效应所产生的生物环境上的气候反应，自然界是根本无法做出模拟的，而估算上一个冰河时期深处的二氧化碳浓度到底下降了多少，或者菲律宾皮纳图博火山(Mount Pinatubo) 的喷发阻挡了多少阳光的辐射，依然不可避免地存在着不确定性。现在，对气候敏感性的古气候变暖的温度估计也落在了典型的温度预测范围内——3°C左右。
全球气候变暖温度反应敏感性的下限似乎也在不断加强。研究人员表示，气温上升的最低下限不太可能会低于1.5°C。 这个结果基本上排除了一些人所谓的“这种气候变暖的温度上升是微不足道”论点，然而气候模型反应敏感性计算所给出的全球变暖的温度上限依然是模糊的。利用过去一个世纪观测到的气候变化以及自然和人为气候驱动因素的估计进行的研究，得出的结论是温度上升超过4.5°C的概率达30%，而系统最高的预测温度可达9°C。 最新的研究改变了模型参数，模型预测的温度可高达11°C，不过实际上并不能确定这种极端情况发生的概率有多大。而另一些研究者指出，气候模型无法还原出地质历史上所出现的极端温暖期，这表明真实的气候系统中存在一种模型尚未包含的危险的天气因素。
气候研究人员对全球变暖的预测依然面临着艰巨的任务。他们必须把云和气溶胶(模型中最大的不确定性)的作用注入到他们的模型中。10或15年前时，科学家们说把这些因素拟合到模型中需要10或15年才能完成，现在看来这种尝试还不能在短期内实现。他们不仅需要提高模型的真实性，而且要考虑到包含这些因素后计算机的运算能力。他们还必须获取更多、更好的关于过去气候变化及其驱动因素的记录用于完善他们的计算。至于化石燃料排放的二氧化碳所产生的温室效应到底能将地球表面的温度推高到什么程度，现在依然还是一个谁也无法预测到的东西。
——Richard A. Kerr 文，张林 编译
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