全球变暖的最新数据

自19世纪以来，人们就知道吸收红外线的（温室）气体（GHGs）会使地球表面变暖，而且温室气体的丰度会因自然原因以及人类活动而发生变化。罗杰·雷维尔在1965年写道，通过燃烧在地壳中积累了数亿年的化石燃料，我们正在进行一个“大规模的地球物理实验”。如今，空气中的二氧化碳（CO₂）正在增加，并且已经达到了数百万年来未曾有过的水平，其后果尚未确定。朱尔·查尼在1979年主持了美国国家科学院的一项研究，该研究得出结论，大气中二氧化碳翻倍可能会导致全球升温3±1.5℃。查尼还说：“然而，我们认为海洋中层水吸收热量的能力有可能将估计的升温推迟几十年。”

在美国总统吉米·卡特签署了《1980年能源安全法》之后，该法案重点关注了非常规化石燃料，如煤气化和岩石压裂（“水力压裂”）以提取页岩油和致密天然气，美国国会再次要求国家科学院评估潜在的气候影响。他们的大型报告《变化的气候》在能源政策上采取了审慎的基调——实际上是呼吁进行研究。难道当时对立法者警告，不要用纳税人的钱补贴碳密集度最高的化石燃料的认识还不够吗？也许这种平静背后是因为一个重大错误：报告假设海洋的热惯性导致的全球变暖延迟为15年，且这一延迟与气候敏感性无关。根据这一假设，他们得出结论，对于2×CO₂浓度，气候敏感性接近或低于查尼1.5-4.5℃范围的下限。如果气候敏感性较低，且排放与气候响应之间的滞后期只有15年，那么气候变化就不会像现在这样构成威胁。

①根据改进的古气候数据重新评估了查尼的平衡气候敏感性（ECS），并引入了地球系统敏感性（ESS），其中包括查尼认为是固定不变的反馈。

②探讨了地球温度和能量不平衡对施加强迫的快速反馈响应时间，得出结论云层反馈缓冲了海洋的热量吸收，从而增加了地表升温的延迟，并使得地球的能量不平衡低估了稳定气候所需的强迫减少。

③分析了过去6600万年的温度变化，并推断出新生代的二氧化碳历史，从而提供了关于气候变化的见解。

④通过古数据和现代全球温度变化的推断来处理气溶胶强迫数据的缺失，文章指出国际航运燃料近期限制所提供的“大规模无意气溶胶实验”中的潜在信息。

⑤讨论了高气候敏感性和气候系统延迟响应的政策含义。

⑥潜在的温度升高不一定会出现。作者建议必须采取行动来减缓并逆转全球变暖，以避免对人类和自然造成灾难性的后果。

文章推断出的高平衡气候敏感性，ECS=1.2℃±0.3℃每瓦特/平方米，可能会影响对更温暖气候的解释。全球气候模型（GCMs）在模拟上新世温暖期时遇到困难，尤其是在北极，如果没有大量的二氧化碳（可能是不可能实现的），很难模拟出那样的温暖。此外，一个耦合的GCM/冰盖模型需要700–840ppm的二氧化碳来模拟南极从有冰到无冰的过渡。对这些气候状态的理解受到维持气候的强迫因素不确定性的阻碍，因为二氧化碳的代理测量具有很大的不确定性。

理论告诉我们，二氧化碳是全球温度的主要控制因素。文章目标是从深层海洋氧同位素δ18O中提取新生代地表温度历史，并推断新生代二氧化碳历史。氧同位素数据对于整个新生代都具有高时间分辨率，这有助于理解新生代气候变化及其对未来气候的影响。文章的二氧化碳分析是对代理二氧化碳测量的补充。尽管通过藻醇的碳同位素和浮游有孔虫的硼同位素估算二氧化碳方面取得了进展，但结果之间有很大的离散性，而且化石植物气孔表明二氧化碳的数量更少。

图1相对于过去10千年的平均值，Jouzel等人提供的过去800千年南极穹顶C的温度，以及Luthi等人^[41]提供的穹顶C的二氧化碳量（千年前，即kyBP）。

地球系统敏感性（ESS）包括了温室气体和冰盖的放大反馈。当我们考虑二氧化碳变化作为一个已知的强迫因素时，其他温室气体的反馈作用比冰盖的反馈作用小，但并非可以忽略不计。冰芯数据中的温室气体量显示，非二氧化碳温室气体——包括由甲烷变化产生的臭氧和同温层水蒸气——提供了大约20%的总温室气体强迫，这不仅在整个冰期到间冰期变化中平均来看是这样，而且在全球温度相对于全新世升高到+1℃时也是这样。大气化学模型表明，非二氧化碳温室气体将二氧化碳强迫放大了约四分之一，并且这种放大作用一直持续到更温暖的气候状态。因此，对于新生代时期的气候变化，我们通过将二氧化碳强迫增加四分之一来近似非二氧化碳温室气体的强迫。

新生代——过去6600万年——通过对气候进行一致性分析来研究地球系统敏感性的机会，气候变化范围从地球比工业化前气候温暖15℃、海平面高60米的温室条件，到地球比工业化前气候冷却7℃、海平面低120米的冰期条件。过去80万年大气中二氧化碳的数量证实了二氧化碳是全球温度的主要控制因素的预期。我们可以假设，当地球板块构造（大陆漂移）导致的二氧化碳排放使二氧化碳数量发生变化时，这种控制就存在。印度板块穿过特提斯（现在的印度）海洋时执行的两次移动，在大气二氧化碳和全球温度上留下了印记。当印度板块移动最快时，海洋地壳俯冲产生的二氧化碳排放量最大，并在5000万年前与欧亚板块的硬碰撞时达到峰值。随着印度板块继续俯冲到欧亚板块下方，推动喜马拉雅山脉的升高，减少的变质二氧化碳排放持续存在，但风化和有机碳埋藏的碳汇超过了排放。因此，印度板块的运动主导了新生代二氧化碳的长期变化，但火山省也起到了作用。北大西洋火山省（由格陵兰岛与欧洲分离时海底裂缝引起）在大约5600万年前触发了古新世-始新世极热事件（PETM），以及大约1500万年前哥伦比亚河洪水玄武岩最为显著。

文章从保存在海洋沉积物中的深海居住有孔虫壳体的氧同位素δ18O推断新生代海表面温度（SST）的历史。高纬度SST变化——包括SST接近冰点时的校正项——提供了全球表面温度变化的准确估计。这一新生代温度历史和从末次冰盛期降温推断出的气候敏感性，给出了新生代二氧化碳历史的估计。文章建议，这种整体新生代的方法可能比二氧化碳代理测量更准确地定义了二氧化碳历史。我们发现，在早中新世二氧化碳约为325ppm，而在南极洲开始结冰时为450ppm。专门研究上新世的全球气候模型（GCMs）倾向于使用大约400ppm的二氧化碳水平，试图匹配实际的上新世温暖，而冰盖模型使用大约700ppm或更高的二氧化碳水平来实现南极冰盖的解体，这表明这些模型并没有真实地捕捉到放大反馈过程。

新生代为评估当前温室气体（GHG）水平提供了视角。如今GHG的强迫值为4.6W/m2，相对于全新世中期260ppm的二氧化碳；我们在新生代二氧化碳部分提供了260ppm是自然全新世二氧化碳水平的证据。今天人类引起的GHG强迫已经超过了使南极脱冰所需的水平，如果这样的强迫长时间保持不变的话。我们并不是预测人们关心的时间尺度内南极的完全脱冰——而是我们强调今天的气候与如今GHG水平之间的不平衡有多严重。这是衡量人类对气候系统推动强度的一个指标。稳定气候需要通过减少人为气候强迫来消除这种不平衡。一个危险是，如果允许脱冰过程顺利进行，那么防止海平面大幅上升可能会变得困难或不太可能。

图2全球深层海洋δ18O。黑色线条：Westerhold等人的数据，直到34百万年前以5千年的间隔，之后以2千年的间隔。绿色线条：Zachos等人的数据，分辨率为1百万年。左下角：印度板块的运动速度。PETM=古新世-始新世极热期；EECO=早始新世气候最适宜期；Oi-1标志着南极洲开始结冰的过渡；MCO=中新世气候最适宜期；NAIP=北大西洋火山省。

图3根据Westerhold等人的δ18O估算的新生代二氧化碳。黑色线条适用于ECS=1.2℃/W/m2；红色和绿色曲线（ECS=1.0和1.4℃/W/m2）是1百万年的平滑处理。蓝色曲线（过去800000年）是南极洲冰芯数据。

图4与2022年人为温室气体强迫相比，在当今太阳辐照度下产生新生代温度所需的强迫

气候变化的特点是响应延迟和放大反馈。响应延迟迫使人为气候成为当今公众和未来世代的威胁，因为一旦后果变得明显，就很难逆转这种强迫。反馈作用决定了气候对任何施加强迫的敏感性。我们发现地球的气候非常敏感——比政府间气候变化专门委员会的最佳估计还要敏感——这意味着有很大一部分气候变化“正在酝酿中”。为了减少全球变暖并避免对人类和自然造成极为不利的后果，我们需要采取非凡的行动来减少净人为气候强迫。

世界能源和气候路径有其合理性：化石燃料推动了工业革命，提高了生活水平。化石燃料仍然提供了世界大部分的能源并且产生了大部分的二氧化碳排放。世界上的许多地方仍然处于经济发展的早期或中期阶段。能源是必需的，而化石燃料是方便、经济的能源来源。一加仑（3.8升）的汽油（燃料）提供的劳动量相当于一个健康成人的400多个小时的劳动。这些好处是持续高排放的基本原因。新冠疫情在2020年对排放产生了影响，但2022年全球排放量达到了创纪录的高水平。成熟经济体的化石燃料排放由于能源效率的提高、无碳能源的引入以及成熟经济体向新兴经济体的制造业出口而开始下降。然而，到目前为止，这些减少被发展中国家日益增长的排放所抵消。

二氧化碳的上升有可能对人类构成严重威胁，因此，1979年的查尼报告确认，21世纪的气候可能对预期的二氧化碳水平非常敏感。20世纪80年代，人们发现，气候的高敏感性意味着大气成分变化与气候的全面反应之间存在较长的延迟。冰芯数据揭示了气候反馈放大的重要性。以延迟响应和放大反馈为特征的气候尤其危险，因为公众和决策者在看到明显的威胁证据之前，不太可能对世界能源系统做出根本性改变。因此，科学家有责任尽快向公众阐明这一情况，科学缄默现象会使这项任务变得更加复杂。

图5全球能源消耗和二氧化碳排放

图6成熟经济体和新兴经济体的化石燃料二氧化碳排放量。中国被视为新兴经济体。

作者信息：James EHansen, Makiko Sato, Leon Simons, Larissa S Nazarenko, Isabelle Sangha, Pushker Kharecha, James C Zachos, Karinavon Schuckmann, Norman GLoeb, Matthew B Osman, Qinjian Jin, George Tselioudis, Eunbi Jeong, Andrew Lacis, Reto Ruedy, Gary Russell, Junji Cao, JingLi

题目：Global warming in the pipeline

期刊：Oxford Open Climate Change, Volume3, Issue1, 2023, kgad008

https://doi.org/10.1093/oxfclm/kgad008

https://academic.oup.com/oocc/article/3/1/kgad008/7335889

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