氣候變遷緊急狀況
即使世界日益受到極端天氣的影響,太平洋西北地區 2021 年夏季的熱浪仍然引人注目。 6月下旬的幾天,溫哥華、波特蘭和西雅圖等城市在創紀錄的溫度下烘烤造成數百人死亡。 6 月 29 日,不列顛哥倫比亞省的利頓 (Lytton) 村莊創下了加拿大歷史最高氣溫記錄,氣溫為 121 華氏度(49.6 攝氏度); 第二天,村莊被一場野火燒毀。
一週之內,一個國際科學家小組分析了這種極端高溫,並得出結論,如果沒有人類造成的氣候變化,這種極端高溫幾乎是不可能發生的。 自 1850 年至 1900 年工業化前水平以來,地球的平均表面溫度已上升至少 1.1 攝氏度,因為人們在燃燒煤炭和天然氣等化石燃料以及砍伐樹木時產生的吸熱氣體排放到大氣中。
略高於 1 度的升溫聽起來可能不是很多。 但這已經足以從根本上改變地球上的能量流動方式。 改變的步伐正在加快,其後果無所不在。 冰蓋在格陵蘭和南極洲正在融化,海平面上升,淹沒了低窪島國和沿海城市。 乾旱正在導致農田和養育農田的河流乾涸。 野火正在肆虐。 雨勢越來越大,而且天氣模式正在改變。

對這一氣候緊急情況的認識可以追溯到一個半世紀以前。 但直到 1950 年代,科學家才開始詳細測量大氣中的二氧化碳,以證明人類活動排放了多少碳。 從 20 世紀 60 年代開始,研究人員開始開發全面的電腦模型,這些模型現在可以闡明未來變化的嚴重性。
全球平均氣溫變化,1850–2021

E.奧特韋爾; 資料來源:NASA、NOAA、英國氣象局哈德利中心。 HadCRUT5 資料的基線設定為 1850-1900 年。 NOAA 和 NASA 的數據使用 1981-2010 年的參考期與其垂直對齊。
長期氣候數據顯示,自工業化前時代以來,地球平均表面溫度(陸地和海洋的總和)已上升超過攝氏 1 度。 溫度變化是與 1850 年至 1900 年平均值的差異。
今天,我們知道氣候變遷及其後果是真實存在的,我們對此負有責任。 幾個世紀以來,人們一直排放到空氣中的排放物——這些排放物使長途旅行、經濟成長和我們的物質生活成為可能——已經讓我們完全走上暖化的軌道。 只有在全球集體意願的支持下大幅削減碳排放才能產生重大影響。
“地球上發生的事情並不常見,”加州拉霍亞斯克里普斯海洋學研究所的地球化學家拉爾夫·基林說,“我們正處於一場地球危機之中。”
— 亞歷珊卓笑話
追蹤格陵蘭冰川
格陵蘭赫爾海姆冰川的崩解前緣流向大海,最終碎裂成冰山,從 1970 年代到 2001 年,其位置大致保持不變(左圖,崩解前緣位於影像的最右側)。 但到 2005 年(右),它已向源頭後退了 7.5 公里。


美國太空總署
第一批氣候科學家
1850 年代的一天,居住在紐約州北部的業餘科學家兼女權運動家尤尼斯·牛頓·富特 (Eunice Newton Foote) 將兩個玻璃罐放在陽光下。 一種含有普通空氣——氮氣、氧氣和包括二氧化碳在內的其他氣體的混合物——而另一種只含有二氧化碳2。 兩人身上都裝有溫度計。 當太陽光線照射下來時,富特觀察到二氧化碳罐2與含有普通空氣的材料相比,單獨的材料加熱得更快,冷卻得更慢。

結果促使富特思考 CO 與 CO 之間的關係2、行星和熱量。 「這種氣體的大氣層會為我們的地球帶來高溫,」她在書中寫道。1856 年的一篇論文總結了她的發現。
三年後,愛爾蘭物理學家約翰·廷德爾(John Tyndall)獨立工作,顯然沒有意識到福特的發現,他更詳細地展示了相同的基本想法。 他用一套管道和裝置來研究熱的傳遞,發現二氧化碳2氣體和水蒸氣比單獨的空氣吸收更多的熱量。 他認為,這些氣體會捕獲地球大氣中的熱量,就像溫室中的玻璃板捕獲熱量一樣,從而調節氣候。 他在 1862 年寫道:“正如在河流上建造的水壩會導致河流局部加深一樣,我們的大氣層也會作為陸地射線的屏障,導致地球表面的溫度局部升高。”

如今,廷德爾因發現了現在所謂的溫室氣體如何使地球升溫而受到廣泛讚譽,這為他在氣候科學史上贏得了顯著的地位。 富特逐漸變得相對默默無聞——部分原因是她的性別,部分原因是她的測量結果不太敏感。 然而,他們的發現幫助啟動了更廣泛的科學探索,即地球大氣中的氣體成分如何影響全球溫度。
碳氾濫於
十九世紀初,工業革命在英國興起,人類開始對大氣產生重大影響。 工廠燃燒了數噸煤; 以化石燃料為燃料的蒸汽機徹底改變了運輸和其他產業。 此後的幾十年裡,包括石油和天然氣在內的化石燃料被用來推動全球經濟。 所有這些活動都會向空氣中排放氣體。
然而,當瑞典物理化學家 Svante Arrhenius 在 1800 年代末開始思考大氣二氧化碳的變化時,他並不擔心工業革命。2水平。 相反,他對冰河時期感到好奇,包括火山爆發是否會減少,這會使二氧化碳排放量減少。2進入大氣層,將導致未來的冰河時期。 離婚後,阿累尼烏斯感到無聊和孤獨,他開始了數月的艱苦計算,涉及不同緯度地區大氣中的水分和熱量傳輸。1896年他報道二氧化碳排放量減半2大氣中的二氧化碳確實會帶來冰河時期——而二氧化碳濃度會增加一倍2將使全球氣溫升高約攝氏5至6度。
這是一個非常有先見之明的工作發現,出於必要,它將地球複雜的氣候系統簡化為只有幾個變數。 今天,估計二氧化碳濃度增加一倍會使地球變暖多少2— 一種稱為氣候敏感度的衡量標準 — 範圍在攝氏 1.5 度到 4.5 度之間。 (範圍仍然很寬,部分原因是科學家現在將他們對行星反饋的理解納入了比阿倫尼烏斯時代認識的更多的行星反饋中。)
但阿倫尼烏斯的發現並沒有引起當時其他科學家的注意。 氣候系統似乎太大、太複雜、太惰性,無法在與人類社會相關的時間尺度上以任何有意義的方式改變。 例如,地質證據表明,冰河時期從開始到結束需要數千年的時間。 有什麼好擔心的呢? 其他實驗室實驗(後來被證明是有缺陷的)似乎表明二氧化碳水平的變化2對大氣吸熱影響不大。 大多數了解這項工作的科學家都相信阿累尼烏斯的觀點被證明是錯誤的。

不過,一位研究人員認為這個想法值得追求。 英國工程師兼業餘氣象學家蓋伊·斯圖爾特·卡倫達爾 (Guy Stewart Callendar) 統計了一段時間內的天氣記錄,結果足以確定全球 147 個氣象站的平均氣溫正在上升。 1938年,在一篇論文中在皇家氣象學會期刊上,他將這種氣溫上升與化石燃料的燃燒連結起來。 Callendar 估計化石燃料燃燒已排放約 1500 億噸二氧化碳2自19世紀末開始進入大氣。

和他那個時代的許多人一樣,卡倫達爾並不認為全球暖化是個問題。 額外的二氧化碳2肯定會刺激植物生長並允許在新地區種植農作物。 「無論如何,致命冰川的回歸應該無限期推遲,」他寫道。 但他的工作重新引發了追溯到廷德爾和阿累尼烏斯關於行星系統如何響應大氣中氣體含量變化的討論。 它開始將對話轉向人類活動如何推動這些變化。
第二年第二次世界大戰爆發,全球衝突重新改變了科學研究的格局。 雷達和原子彈等極其重要的戰時技術為「大科學研究」奠定了基礎,這些研究將各國聚集在一起解決全球範圍內的高風險問題。 這使得現代氣候科學得以出現。
基林曲線和氣候變化
戰後的一項重大努力是國際地球物理年,在 1957 年至 1958 年期間歷時 18 個月,其中包括廣泛的科學領域活動包括北極和南極洲的探索。 在IGY 期間,氣候變遷並不是一個高度研究重點,但在拉霍亞斯克里普斯海洋學研究所的羅傑·雷維爾(Roger Revelle) 的帶領下,加州的一些科學家利用這筆資金開始了一個他們一直想做的專案。 目標是測量二氧化碳2準確且一致地測量世界各地不同地點的水平。

這項工作落到了地球化學家 Charles David Keeling 的肩上,他將超精確的 CO2在南極洲和夏威夷莫納羅亞火山進行監測。 維持南極記錄的資金很快就耗盡了,但冒納羅亞山的測量仍在繼續。 因此,科學界最具標誌性的數據集之一誕生了——追蹤大氣二氧化碳上升的“基林曲線”2。 當基林於 1958 年開始測量時,CO2佔全球大氣的百萬分之 315。 在短短幾年內,我們就可以清楚地看到,這個數字正在逐年增加。 因為植物吸收二氧化碳2當它們在春季和夏季生長並在秋季和冬季分解時釋放CO2濃度每年都以鋸齒狀模式上升和下降,但疊加在該模式之上的是穩定上升。
月平均二氧化碳2莫納羅亞天文台的濃度

自 1958 年以來在夏威夷莫納羅亞火山連續收集的大氣二氧化碳測量結果顯示,由於人類活動,二氧化碳濃度上升。 可見的鋸齒圖案是由於季節性植物生長造成的:植物吸收二氧化碳2在生長季節,然後在秋季和冬季分解時釋放它。
「圖表到處閃爍——這真是一幅引人注目的圖像,」查爾斯·大衛·基林的兒子拉爾夫·基林說。 多年來,隨著曲線不斷走高,“歷史上它在喚醒人們認識氣候變遷問題方面發揮了非常重要的作用。” 基林曲線出現在無數的地球科學教科書、國會聽證會以及戈爾 2006 年關於氣候變遷的紀錄片中,一個難以忽視的真相。 曲線逐年上升:2016 年二氧化碳濃度超過 400 ppm2大氣中的濃度是在 9 月典型的年度最低值期間測量的。 2021 年,年度最低濃度為 413 ppm。 (工業革命之前,CO2幾個世紀以來,大氣中的濃度一直穩定在 280 ppm 左右。
在基林的測量開始前後,雷維爾也幫助提出了一個重要論點,即 CO2人類活動產生的污染物在地球大氣層中累積。 1957 年,他和當時也在史克里普斯的 Hans Suess 發表了一篇追蹤放射性碳流動的論文穿過海洋和大氣層。 他們顯示海洋沒有能力吸收那麼多的二氧化碳2正如之前所想的; 這意味著大部分氣體肯定會進入大氣中。 雷維爾和蘇斯在論文中寫道:“人類現在正在進行大規模的地球物理實驗,這種實驗在過去不可能發生,在未來也不會重複。” 這是地球科學史上最著名的句子之一。


“人類現在正在進行大規模的地球物理實驗,這種實驗在過去不可能發生,在未來也不會重複。”
這是現代氣候科學的見解:大氣二氧化碳2正在增加,而人類正在造成這種累積。 雷維爾和蘇斯成為了斯萬特·阿倫尼烏斯和約翰·廷德爾的謎題的最後一塊。
「我告訴我的學生,要了解氣候變遷的基礎知識,你需要掌握 1860 年代的尖端科學、1890 年代的尖端數學和 1950 年代的尖端化學,」Joshua Howe 說道,俄勒岡州波特蘭里德學院的環境歷史學家。
環保意識增強
隨著這幅科學圖景在 20 世紀 50 年代末期開始出現,科學新聞是關於這個故事的。1958 年 3 月 1 日的文章在科學通訊,“天氣可能變暖”,描述了北半球的溫暖冬季。 它提出了三種理論,其中包括「蓬勃發展的工業文明向大氣中排放的二氧化碳可能導致了這種增加。 自 1900 年以來,人類燃燒了約 1000 億噸煤炭和石油,人類本身可能正在改變氣候。 到 1972 年,該雜誌正在報告努力將全球大氣溫室氣體監測擴展到基林工作之外; 兩年後,美國國家海洋暨大氣總署推出了自己的二氧化碳2監控網絡,目前是世界上最大的。

在 20 世紀 60 年代和 1970 年代,人們對其他問題的環境意識有所增強。 1962 年,雷切爾卡森 (Rachel Carson) 出版了一系列雜誌,隨後又出版了一本書,推動了現代美國環保運動,寂靜的春天,譴責農藥 DDT 的生態影響。 1970 年慶祝第一個地球日1973 年,在美國和其他地方,以及在印度,一群婦女領導了一系列廣泛宣傳的反對砍伐森林的抗議活動。 Chipko 運動明確地將環境保護與保護人類社區聯繫起來,並幫助催生了其他環保運動。
在整個 20 世紀 70 年代,全球能源供應的脆弱性也變得更加明顯。 由於美國政府對以色列的支持,石油輸出國組織的阿拉伯成員國切斷了石油供應,嚴重依賴其他國家石油進口的美國在 1973-74 年陷入了天然氣短缺。 短缺促使更多人思考自然資源的有限性以及地球負擔過重的可能性。
— 亞歷珊卓笑話

氣候變遷證據堆積如山
整個 20 世紀下半葉收集的觀測資料幫助研究人員逐漸了解人類活動如何改變地球。 「這是一種證據和擔憂的緩慢積累,」里德學院的歷史學家約書亞·豪說。
過去的環境記錄,例如樹木年輪和冰芯,顯示當前的氣候變遷與最近的過去相比是不尋常的。 然而,這些古氣候學數據也表明,氣候在遠古時期發生了迅速變化——是由人類活動以外的觸發因素驅動的,但也為我們提供了地球轉變可能是多麼突然的教訓。
從冰蓋(例如格陵蘭島頂部的冰蓋)中提取的冰芯為了解過去的氣候變遷提供了一些最有說服力的見解。 每年雪落在冰上並壓縮成一層新鮮的冰,代表其形成時的氣候條件。 冰中氧和氫的某些形式或同位素的豐度使科學家能夠計算其形成的溫度,冰中捕獲的氣泡揭示了當時大氣中二氧化碳和其他溫室氣體的含量。 因此,鑽入冰原就像閱讀一本歷史書,越深入,就越能回溯過去。

科學家在 20 世紀 60 年代初開始閱讀這些頁面,使用在格陵蘭島西北部的美國軍事基地鑽取的冰芯。 與過去氣候穩定的預期相反,核心暗示過去 10 萬年發生了突然的氣候變遷。 到 1979 年,一個國際研究小組從格陵蘭島的第二個地點提取了另一個深層冰芯,這也顯示過去曾發生過突然的氣候變遷。 1980年代末和90年代初兩個由歐洲和美國主導的鑽探項目從冰蓋頂部附近取回更深的核心,將過去的溫度記錄推回了 25 萬年。

與其他資訊來源(例如從海底鑽出的沉積岩芯和古代岩石中保存的分子)一起,冰芯使科學家能夠非常詳細地重建過去的溫度變化。 其中許多變化發生得快得驚人。 例如,格陵蘭島的氣候突然升溫超過20倍在過去的八萬年裡,變化發生在幾十年的時間裡。 最近,大約 13,000 年前出現的寒流突然結束大約 11,500 年前,格陵蘭島的氣溫在十年內上升了 10 攝氏度。
如此劇烈的氣候變遷的證據打消了人們揮之不去的想法,即全球氣候變遷將是緩慢的,並且不太可能在人類應該擔心的時間範圍內發生。 “這是一個重要的提醒,提醒我們事情可以變得多麼‘脆弱’,”圖森亞利桑那大學的古氣候學家傑西卡·蒂爾尼說。
更多全球變化的證據來自地球觀測衛星,它們為 20 世紀 60 年代開始的全球暖化帶來了新的全球視野。 從天空中的角度來看,衛星測量到了全球海平面的穩定上升(目前每年上升 3.4 毫米,並且隨著海水變暖和冰蓋融化而加速),以及北冰洋上漂浮的冰的迅速下降。季節結束時。 重力感應衛星「稱量」了南極和格陵蘭冰原從上圖可以看出,自 2002 年以來,每年有超過 4,000 億噸冰流失。
世界各地氣象站進行的溫度觀測也證實,我們正生活在有紀錄以來最熱的年份。 10 號有紀錄以來最溫暖的年份始於 1880 年的事件全部發生於 2005 年後。
更重要的是,極端天氣正在重創地球越來越頻繁。 例如,2021 年太平洋西北地區的熱浪只是未來的預兆。
— 亞歷珊卓笑話
氣候模型的令人擔憂的預測
到了 20 世紀 60 年代,無可否認,地球正在變暖。 但了解這些變化的後果——包括對人類健康和福祉的威脅——需要的不僅僅是觀察數據。 展望未來取決於電腦模擬:對能量如何流經行星系統的複雜計算。 這種氣候系統模型對於預測我們對溫室暖化的預期至關重要。

建立氣候模型的第一步是將日常天氣觀測與預測未來氣候的概念連結起來。 第一次世界大戰期間,英國數學家劉易斯·弗萊·理查森(Lewis Fry Richardson) 設想有數以萬計的氣象學家致力於預測天氣,每個人計算一小部分大氣的狀況,但共同拼湊出全球預測。 理查森於 1922 年發表了他的作品,評論稱這個想法「近乎堂吉訶德式的大膽」。

但直到第二次世界大戰後,運算能力才將理查森的夢想變成了現實。 盟軍的勝利依賴於準確的天氣預報,從計劃諾曼第登陸到確定投擲原子彈的時間和地點,美國領先的數學家從聯邦政府獲得了資金來改進預測。 1950 年,由新澤西州普林斯頓高級研究所氣象學家 Jule Charney 領導的團隊使用 ENIAC(第一台通用可程式電子計算機)來生產第一個電腦驅動的區域天氣預報。 預報速度緩慢且初級,但它建立在理查森的想法之上,即將大氣劃分為正方形或單元格,併計算每個單元格的天氣。 加上晦澀難懂的標題“正壓渦度方程式的數值積分”報告結果的論文為隨後數十年的氣候建模奠定了基礎。
到了 1956 年,查尼團隊的成員諾曼·菲利普斯 (Norman Phillips) 製作了世界上第一個大氣環流模型,該模型捕捉到能量如何在海洋、大氣和陸地之間流動。 菲利普斯在一台只有 5 KB 內存的計算機上進行了計算,但它能夠重現低層大氣中的每月和季節性模式。 這意味著科學家可以開始開發更現實的模型來了解地球如何應對溫室氣體排放等因素。 氣候建模領域誕生了。
這項工作一開始很基礎,因為早期的電腦根本沒有太多的運算能力來模擬行星系統的各個面向。 「人們認為嘗試透過三維模型研究溫室暖化問題是愚蠢的,因為它花費了太多的電腦時間,」氣象學家 Syukuro Manabe 告訴物理歷史學家 Spencer Weart在 1989 年的口述歷史中。
失去冰塊
氣候模型根據不同的溫室氣體排放情境預測了格陵蘭冰蓋伊盧利薩特地區到 2300 年可能會損失多少冰。 這些模型與 2008 年(第一張圖片)進行了比較。 在最好的情況下,排放量在本世紀中葉達到峰值,冰川將冰送入海洋的速度(第二張圖)比最壞的情況要低得多,在最壞的情況下,排放量以高速率(第三張圖片)。
NASA 科學視覺化工作室
1967 年,一項重要的突破出現了,Manabe 和Richard Wetherald(兩人都在普林斯頓大學地球物理流體動力學實驗室(該實驗室是查尼小組的誕生))在《自然》雜誌上發表了一篇論文。大氣科學雜誌那模擬地球表面和大氣之間的聯繫並計算了二氧化碳的變化將如何影響地球的溫度。 真鍋和韋瑟拉爾德是第一個建立一個電腦模型來捕捉驅動氣候的相關過程,並準確模擬地球如何響應這些過程。 (真鍋分享2021年諾貝爾物理學獎表彰他在氣候建模方面的工作; 韋瑟拉德於 2011 年去世。
氣候模型的興起使科學家能夠更準確地預見全球暖化的影響。 1979 年,查尼和其他專家在麻薩諸塞州伍茲霍爾會面,試圖就二氧化碳濃度增加的影響達成科學共識。2對地球意味著。 他們分析了真鍋子和美國太空總署詹姆斯漢森的氣候模型。 由此產生的「查尼報告」得出的結論是,二氧化碳排放量上升2大氣中的污染物將導致額外的重大氣候變遷。 科學家寫道,海洋可能吸收了大部分熱量,但“看來變暖最終會發生,而相關的區域氣候變化對於評估社會經濟後果非常重要,很可能會產生重大影響。”
此後的幾十年裡,氣候模型變得越來越複雜。 科學家根據減排的嚴格程度,制定了未來碳排放量可能改變的多種情境。 建模者利用這些情景來預測全球氣候和天氣將如何變化,從中國更炎熱的農田到喜馬拉雅山脈融化的冰川。 氣候模擬也使研究人員能夠確定人類影響的指紋透過比較包含人類活動影響的場景與不包含人類活動影響的場景,對已經發生的極端天氣進行研究。
隨著氣候科學的鞏固和最戲劇性的後果變得清晰,政治鬥爭愈演愈烈。
— 亞歷珊卓笑話
氣候科學遇上政治
隨著氣候科學的發展可以追溯到冷戰初期,全球暖化科學捲入更廣泛的社會和政治鬥爭也許不足為奇。 幾十年前,科學已經清楚地表明人類正在從根本上改變地球的大氣層,政治、國家和商業利益的複雜交織使社會陷入了關於氣候變遷的現實以及如何應對氣候變遷的爭論。

社會以前曾齊心協力應對南極臭氧空洞等全球環境議題。 1974 年,加州大學歐文分校的化學家馬裡奧·莫利納(Mario Molina) 和F.舍伍德·羅蘭(F. Sherwood Rowland) 報告稱,噴霧罐和製冷劑等產品中使用的氯氟碳化學品會引起一系列反應,侵蝕了大氣層的臭氧保護層。 由此產生的臭氧空洞每年春天在南極洲上空形成,使更多來自太陽的紫外線輻射穿過地球大氣層到達地表,從而導致皮膚癌和眼睛損傷。
各國政府最終在聯合國的主持下制定了 1987 年《蒙特利爾議定書》,該議定書嚴格限制氯氟烴的生產。 在接下來的幾年裡,臭氧空洞開始癒合。 但事實證明,應對氣候變遷更具挑戰性。 氯氟烴是一組用途相對有限的化學品,可以輕鬆找到替代品。 但導致全球暖化的溫室氣體源自於各種人類活動,從能源開發到森林砍伐。 改造整個能源部門以減少或消除碳排放比更換一套工業化學品困難得多。

然而,1980 年,研究人員在聯合起來綜合對氣候變遷的科學認識並引起國際政策制定者的關注方面邁出了重要的一步。 它始於奧地利菲拉赫的小型科學會議。 在那裡,專家們在世界氣象組織、國際科學聯盟理事會和聯合國環境規劃署的主持下舉行會議,討論氣候變遷的嚴重性。 在會議結束回家的火車上,瑞典氣象學家伯特·博林(Bert Bolin)與其他與會者討論如何需要更廣泛、更深入和更國際化的分析。 1985年,在菲拉赫召開了第二次會議,強調了緊迫性。 博林是其第一任主席。
IPCC 成為一個極具影響力和獨特的機構。 它不進行原創性科學研究; 相反,它綜合並總結了大量氣候科學文獻,供政策制定者考慮——主要是透過每隔幾年發布的大量報告。 這第一份政府間氣候變遷專門委員會報告1990年,他預測,由於大氣中溫室氣體的增加,下個世紀地球全球平均氣溫的上升速度將比過去一萬年中的任何時候都要快。 政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)的連續報告顯示,人們對溫室氣體排放與全球氣溫上升之間的聯繫越來越有信心,並探討了社會如何緩解和適應即將發生的變化。
IPCC 報告在為各國討論如何穩定溫室氣體濃度提供科學資訊方面發揮了關鍵作用。 這個過程開始於1992年裡約地球高峰會,從而產生了《聯合國氣候變遷綱要公約》。 應對氣候變遷的聯合國年度會議促成了第一個減少排放的國際承諾,京都議定書1997 年。2和其他溫室氣體。 到 2007 年,政府間氣候變遷專門委員會 (IPCC) 宣布,現實情況是氣候變暖是“明確的””; 該組織因在氣候變遷方面的工作而與戈爾一起獲得了當年的諾貝爾和平獎。

IPCC 進程確保政策制定者在討論減排問題時擁有最好的科學依據。 馬薩諸塞州劍橋憂思科學家聯盟的氣候政策專家雷切爾·克萊特斯 (Rachel Cleetus) 表示:“如果你回顧一下聯合國最初的氣候變遷框架,你就會看到其中所體現的科學核心。”各國不必遵守這一科學——而且他們往往也沒有這樣做。
在整個 2000 年代和 2010 年代,國際氣候會議討論的核心科學問題較少,而討論的公平問題較多。 中國和印度等國家指出,它們需要能源來發展經濟,而美國等歷史上排放量最大的國家需要在減少溫室氣體排放方面發揮領導作用。 同時,一些最脆弱國家的居民,例如受到海平面上升威脅的低窪島嶼,在國際談判論壇上獲得了知名度和影響力。 「在這個集體行動問題中,圍繞公平的問題一直是非常獨特的挑戰,」克萊圖斯說。
到了2015年,世界各國在《京都議定書》規定的減排方面取得一些進展,但仍不足以實現全球大幅減排。 那一年,在巴黎舉行的一次重要的聯合國氣候會議達成了一項國際協議努力將全球暖化限制在攝氏2度以內,最好比工業化前水準高出 1.5 攝氏度。

每個國家都有自己的應對氣候變遷挑戰的方法。 在美國,大約 80% 的能源來自化石燃料,對科學的淡化和批評的複雜努力導致了氣候行動的嚴重拖延。 幾十年來,埃克森美孚等美國化石燃料公司一直致力於影響政客,讓他們盡可能少採取減排行動。 與一小群有影響力的科學家合作,這資金充足、精心策劃的活動正如歷史學家 Naomi Oreskes 和 Erik Conway 在他們的書中所記錄的那樣,其許多策略借鑒了早期煙草行業的努力,以質疑吸煙與癌症之間的聯繫懷疑的商人。
也許美國氣候否認主義的頂峰出現在 20 世紀 80 年代末和 20 世紀 90 年代——大約在瑞典物理化學家斯萬特·阿倫尼烏斯闡述向大氣中排放過多二氧化碳的後果之後一個世紀。 1988年美國太空總署科學家詹姆斯漢森向立法者作證關於全球暖化的後果。 「現在這已經發生了,」漢森總結了科學家早就知道的事情。
漢森證詞的高調性質,加上他在美國太空總署的專業知識,使全球暖化以前所未有的方式進入美國公眾的視野。 里德學院的歷史學家約書亞·豪說:“這確實擊中了公眾的要害,他們能夠理解金星很熱而火星很冷是有原因的。” “如果你用同樣的推理,我們就會對地球上正在發生的事情感到擔憂。” 但漢森也引發了一系列關於人為造成的氣候變遷現實的激烈公開鬥爭,這些鬥爭持續了多年。
氣候懷疑論者的常見方法是攻擊氣候科學基礎的環境數據和模型。 1998 年,當時在馬薩諸塞大學阿默斯特分校的科學家邁克爾·曼(Michael Mann) 及其同事發表了一份詳細的溫度記錄,該記錄構成了後來被稱為“曲棍球棒”圖的基礎,之所以如此命名是因為該圖顯示了急劇上升的情況在一個漫長而平坦的時期(曲棍球棒)結束時的溫度(曲棍球底板)。 懷疑論者很快就要求曼恩提供用於創建圖表的數據和軟體處理工具。 部落客和自稱為公民科學家的人創建了一個以「審計」為幌子質疑新氣候科學論文的家庭手工業。 2009 年,駭客闖入了位於英格蘭諾威奇的領先氣候研究中心東安格利亞大學的伺服器,並洩露了氣候科學家之間的 1000 多封電子郵件。 這起「氣候門」醜聞據稱揭露不當行為就研究人員而言,但一些評論很大程度上證明了科學家的清白。
發動氣候懷疑論攻擊的圖表
這張著名的圖表由科學家邁克爾·曼 (Michael Mann) 及其同事製作,隨後在政府間氣候變遷專門委員會 2001 年的一份報告中重現,它戲劇性地捕捉到了溫度隨時間的變化。 氣候變遷懷疑論者使其成為對氣候科學全面攻擊的中心。

這種策略無疑成功地助長了美國政客對氣候行動的拖延,其中大部分來自共和黨。 喬治·W·布希總統2001年將該國退出《京都議定書》; 唐納川普2017年同樣拒絕了《巴黎協定》。 直到2015 年,參議院環境委員會主席、俄克拉荷馬州的詹姆斯·英霍夫(James Inhofe) 在寒冷的冬日帶著雪球進入國會,以繼續他的論點,即人為造成的全球變暖是一個「騙局」。 在澳大利亞,右翼否認主義和化石燃料利益的類似組合使氣候變遷承諾不斷變化,因為總理是在關於國家應如何應對氣候變遷的激烈辯論中選出和罷免的。
然而其他國家已經向前邁進。 德國等一些歐洲國家積極尋求風能和太陽能等再生能源,而瑞典青少年格蕾塔·通貝裡(Greta Thunberg)等積極分子——青年行動運動——向政府施壓,要求提供更多。
近年來,中國和印度的發展中經濟體在氣候行動討論中佔據了中心地位。 兩國都認為,必須給予它們額外的時間來擺脫對化石燃料的依賴,以繼續經濟成長。 他們指出,從歷史上看,美國是迄今為止最大的碳排放總量。
1850-2021 年各國二氧化碳排放總量

E.奧特韋爾; 資料來源:全球碳專案、CDIAC、我們的資料世界、碳監測、HOUGHTON 和 NASSIKAS (2017) 以及 HANSIS 資料的碳簡要分析等人(2015)
自1850 年以來,這20 個國家的二氧化碳累積排放量最高。 。
中國每年的二氧化碳22006年,中國的排放量超過了美國,並宣佈在2021年採取多項溫和的減排措施,包括停止在海外建造燃煤電廠。 印度宣布其目標是到 2070 年實現淨零排放,這是該國首次為此目標設定日期。
然而,這樣的承諾仍然受到批評。 在蘇格蘭格拉斯哥舉行的 2021 年聯合國氣候變遷會議上,印度因沒有承諾完全淘汰煤炭而受到全球批評——儘管中國和美國這兩個最大排放國本身並未承諾逐步淘汰煤炭。 「這不公平,」東英吉利大學能源經濟學家阿尤什·阿瓦西 (Aayushi Awasthy) 表示。
— 亞歷珊卓笑話
面對更溫暖的未來
氣候變遷會逐漸影響社會,除非情況並非如此。 例如,海平面的緩慢上升會導致水域逐漸升高年復一年在海岸線。 但當一場大風暴來臨時——由於氣候變化,這種風暴可能會更頻繁地發生——其後果就會變得更加明顯。 風暴潮迅速淹沒社區並造成不成比例的損害。 這就是為什麼紐約市在 2012 年的災難之後在其地鐵和隧道系統中安裝了水閘超級風暴桑迪以及為什麼太平洋島國圖瓦盧要求澳洲和紐西蘭做好接收因海平面上升而逃離的難民的準備。

這氣候影響清單這種情況一直在發生——在許多情況下,變化的速度比科學家幾十年前的預想還要快。 海洋隨著二氧化碳的吸收而變得更加酸性,損害了微小的海洋生物,而這些生物會形成保護性的碳酸鈣外殼,並且是海洋食物網的基礎。 海水變暖導致珊瑚礁白化。 氣溫升高正在驅使動植物物種進入它們以前不居住的地區,增加了許多動物和植物物種滅絕的風險。 「這不再是對未來的影響,」憂思科學家聯盟的氣候政策專家雷切爾‧克萊圖斯說。 “這是關於美國此時此地以及世界各地正在發生的事情。”
地球上沒有一個地方不受影響。 在許多地區,氣溫升高導致嚴重乾旱,導致植被枯竭,並為野火提供了額外的燃料,例如那些已經發生的野火。滿目瘡痍的澳大利亞近年來,地中海和北美西部。 科羅拉多河,美國西部數千萬人的水源2021年,史上首次陷入缺水警報。
然後是北極,那裡的氣溫上升速度是全球平均的兩倍以上,社區處於變化的最前線。 永久凍土正在融化,破壞建築物、管線和道路的穩定性。 馴鹿和馴鹿牧民擔心寄生蟲對其動物健康的風險增加。 由於可用來緩衝海岸免受風暴侵蝕的海冰減少,阿拉斯加希什馬里夫的因紐特人村莊面臨崩塌入海的風險。它需要從沙障島轉移到大陸。
「我們知道這些變化正在發生,泰坦尼克號正在下沉,」路易斯法誇森說,她是費爾班克斯阿拉斯加大學的地貌學家,負責監測阿拉斯加周圍的永久凍土和海岸變化。 和許多北極科學家一樣,她正在與原住民社區合作,了解他們正在經歷的變化,以及當建築物開始倒塌和供水開始耗盡時可以採取哪些措施。 「一個重要的部分是傾聽社區成員的意見並了解他們所看到的變化,」她說。

在地球各地,那些依賴完整生態系統生存的人們面臨氣候變遷的最大威脅。 以及那些適應氣候變遷資源最少的國家是最早感受到的人。
「我們將會變暖,」加州勞倫斯伯克利國家實驗室的氣候科學家克勞迪婭·特巴爾迪說。 “這是毫無疑問的。 我們唯一能做的就是變暖得慢一點。
這就是為什麼IPCC 2021年報告發布重點關注全球暖化的預期水準。 地球暖化1.5度與2度或2.5度之間有很大差異。 考慮到我們現在的二氧化碳排放量至少比工業化前高 1.1 度2並且已經看到了氣候的巨大變化。 有鑑於此,將全球氣溫進一步升高保持在盡可能低的水平將對地球面臨的氣候影響產生重大影響。 「每變暖一度,一切都會變得更加激烈,」古氣候學家傑西卡·蒂爾尼說。 “沒有時間再拐彎抹角了。”
歷史和預測的全球溫度變化

E.奧特韋爾; 資料來源:政府間氣候變遷專門委員會
溫室氣體排放未來可能變化的各種情境有助於科學家預測未來的氣候變遷。 該圖顯示了模擬的歷史溫度趨勢以及基於政府間氣候變遷專門委員會的五種情境對全球表面溫度的未來預測。 溫度變化是與 1850 年至 1900 年平均值的差異。
未來取決於有多少國家願意承諾減排以及它們是否遵守這些承諾。 這是一種世界前所未見的地緣政治平衡行為。
科學能夠而且必須在未來發揮作用。 改進後的氣候模型將闡明區域範圍內預計發生的變化,以幫助官員做好準備。 政府和產業也可以發揮關鍵作用。 他們可以投資碳封存等技術,以幫助經濟脫碳並使社會轉向更多的再生能源。 「我們可以解決這些問題——大多數工具已經存在,」哥倫比亞大學地理學家 Cascade Tuholske 說。 “我們只需要這麼做。”
仍然存在巨大的問題。 選民是否願意要求政府進行重大能源轉型? 商界和軍事領導人如何在推動氣候行動方面發揮更大作用? 低碳能源應該發揮什麼作用也有缺點,例如核能? 發展中國家如何在不成為溫室氣體排放大國的情況下提高人民的生活水準? 我們如何防止最弱勢群體在極端事件中受到過度傷害,並將環境和社會正義納入我們的未來?
這些問題一年比一年變得更加緊迫,因為 CO2積聚在我們的大氣中。 地球現在的二氧化碳含量較高2比過去 300 萬年中的任何時候都要多。 然而拉爾夫·基林 (Ralph Keeling) 是追蹤大氣中二氧化碳濃度上升的標誌性莫納羅亞紀錄的保持者2,已經在樂觀地思考如果世界實際上開始每年減少幾個百分點的排放量,科學家將如何能夠發現經濟放緩。 「這就是政策制定者希望看到的——他們所做的事情產生了一些大規模的影響,」他說。

在 2021 年格拉斯哥舉行的聯合國氣候會議上,來自世界各地的外交官同意更緊急地努力減少使用化石燃料。 然而,他們並沒有製定足夠嚴格的目標來將全球氣溫上升控制在攝氏 1.5 度以下。 斯萬特·阿倫尼烏斯認識到向大氣中排放額外二氧化碳的後果已經有一個多世紀了,但世界領導人尚未齊心協力避免氣候變遷最危險的後果。
時間不多了。
— 亞歷珊卓笑話
氣候變遷事實
我們知道氣候變遷及其後果是真實存在的,我們對此負有責任。 這是科學告訴我們的。
過去一個世紀地球暖化了多少?
自 1850 年至 1900 年工業化前水準以來,地球平均表面溫度已上升至少 1.1 攝氏度。
是什麼導致了氣候變遷?
人們在燃燒煤炭和天然氣等化石燃料以及砍伐森林時,向大氣中排放二氧化碳和其他吸熱氣體。
氣候變遷有哪些影響?
格陵蘭島和南極洲的冰蓋正在融化,海平面上升,淹沒了低窪島國和沿海城市。 乾旱正在導致農田和養育農田的河流乾涸。 野火正在肆虐。 雨勢越來越大,天氣模式也在改變。
什麼是溫室效應?
19世紀,愛爾蘭物理學家約翰廷德爾發現二氧化碳氣體以及水蒸氣比單獨的空氣吸收更多的熱量。 他認為,這些氣體會捕獲地球大氣中的熱量,就像溫室中的玻璃板捕獲熱量一樣,從而調節氣候。
什麼是基林曲線?
基林曲線是所有科學領域最具代表性的資料集之一,它追蹤大氣二氧化碳的上升2。 1958 年,地球化學家查爾斯·戴維·基林 (Charles David Keeling) 開始對科羅拉多州夏威夷莫納羅亞火山進行測量2佔全球大氣的百萬分之 315。 曲線逐年上升:2016 年二氧化碳濃度超過 400 ppm2大氣中的濃度是在 9 月典型的年度最低值期間測量的。 2021 年,年度最低濃度為 413 ppm。
是不是一年比一年熱?
全球平均氣溫每年都會波動,但世界各地氣象站進行的溫度觀測證實,我們正生活在有紀錄以來最熱的年份。 10 號有紀錄以來最溫暖的年份始於 1880 年的事件全部發生於 2005 年後。
哪些國家排放的二氧化碳最多?
迄今為止,美國是最大的二氧化碳排放國,其次是中國和俄羅斯。 中國年二氧化碳排放量22006年排放量超過美國。
編者註:本文發表於 2022 年 3 月 10 日。