The Innovation | 气候变化的自然科学基础:IPCC报告的新认知

2021年8月9日联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了第六次气候变化评估报告(AR6)第一工作组报告《气候变化2021:自然科学基础》。这是自2013年IPCC第五次评估报告(AR5)和后续三份特别报告SR1.5、SRCCL和SROCC发布以来,科学界对气候变化知识最全面的更新。那么最新的IPCC AR6提供了哪些新认知呢?

图1 与工业化前(1850~1900年)相比,全球平均地表气温升幅在1.5、2.0、3.0、4.0ºC时,年平均地表气温变化的空间分布。红色阴影越深表明增暖越强。(基于IPCC在线绘图系统绘制和加工:https://interactive-atlas.ipcc.ch/)

随着8月9日IPCC AR6第一工作组报告《气候变化2021:自然科学基础》的发布,和10月5日气候学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)与克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)被授予本年度诺贝尔物理学奖,日益严峻的全球变暖问题再次成为全球焦点(图1)。真锅淑郎和哈塞尔曼是全球变暖科学基础的重要奠定人。真锅淑郎先生早在1960年代就用简化的气候模式,可靠地预测了后工业化时代全球最重要的现象之一——全球变暖,之后又组织研发了复杂的三维气候系统模型,用于气候变化的历史模拟和预估。哈塞尔曼先生则发展了气候变化检测归因理论,为寻找人类活动影响气候的“指纹”奠定了理论基础。正是在他们的理论基础上,整个气候科学界经过几十年来对观测资料、观测技术和气候模式的改进,科学认知水平大幅度提高。IPCC AR6首次明确指出:“毋庸置疑,人类活动的影响使大气、海洋和陆地变暖。大气、海洋、冰冻圈和生物圈都发生了广泛而快速的变化。

那么围绕气候变化以及人类活动影响等关键科学问题,AR6第一工作组报告提供了哪些新认知呢?中国科学院大气物理研究所周天军研究员进行了深入解读。他认为,围绕全球变暖的观测事实、检测归因和未来预估等问题,AR6新认知的亮点如下(图2):

图2 气候变化的自然科学基础示意图。蓝色框为IPCC AR6新认知,红色框为作者建议的未来待加强的研究方向。

1. 给出全球变暖的最新观测事实

基于更丰富、更可靠的观测资料和证据,采用更科学的分析方法,给出了更准确的全球升温估算,指出过去十年(2011~2020年)较工业化前(1850~1900年)增暖了1.09(0.95~1.20)°C。

2. 气候变化归因拥有更多的证据

有更多的检测归因证据表明,人类活动已经影响到全球许多地区极端天气/气候事件的变化,包括热浪、强降水、干旱等,归因信度有所提升,首次从归因的角度指出人类活动影响全球尺度的干旱(高信度)。

3. 未来气候预估更为可靠

AR6首次基于观测约束方法,更可靠地预估了未来全球平均温度、海洋热含量和海平面高度这三个要素的变化结果。

4. 气候敏感度的估计更为精准

气候敏感度用来衡量气候系统对CO2的增加有多敏感。平衡态气候敏感度(ECS)是指当CO2浓度升高到工业化前2倍时,气候系统达到平衡后全球平均地表气温增加的度数。升温越高,说明气候对CO2的增加越敏感。当科学界越来越确定人为排放的CO2增加是工业化以来气候变暖的主要原因后,气候敏感度有多大就成为气候变化研究的核心问题之一。随着对气候过程的认识的提高和更多的古气候重建证据,AR6给出平衡态气候敏感度ECS的最佳估计值为3ºC,可能范围为2.5~4ºC(高信度),不确定性范围比AR5(1.5~4.5ºC)减少。

5. 提出了“产生影响的气候因子(CID)”这一概念用来评估气候变化的影响

CID是指影响社会或自然生态系统的自然气候系统状态(如平均值、极端值、事件频率等),涵盖了冷热、干湿、风、冰雪、海岸、海洋以及其他类型共7大类。CID将气候变化与其产生的社会、生态影响联系起来,是连接IPCC第一工作组(自然科学基础)和第二工作组(影响、适应和脆弱性)之间的桥梁,能更有效地为应对区域气候变化提供科学依据。

6. 首次给出“小概率高影响”(LLHI)事件的预估结果

LLHI事件包括冰盖垮塌、海洋环流突变、复合型极端事件、以及增暖可能比预估的最大可能范围更强等这样一些“尽管发生的概率很低但不能完全排除、且一旦发生其影响极大”的事件,旨在面向决策者提供更为全面的风险评估信息。

7. 提供了更多的未来气候变化情景,包括碳中和排放情景

与AR5相比,AR6提供了更多的未来共享社会经济发展路径(SSPs),包括极低的碳排放情景(SSP1-1.9),该情景与1.5ºC升温目标相一致,在2050年代达到CO2净零排放。

8. 基于新方法估算全球升温1.5ºC时间

AR6估算,未来20年内,与工业化前(1850~1900年)相比的全球温度升幅将达到或超过1.5ºC。

与此同时,也应看到,要更好地理解过去、现在和未来的气候变化,在一些关键领域尚存在有待深入研究的科学问题。笔者认为,至少以下领域的研究工作需要加强(图2):(1)观测资料的进一步挖掘和发展,特别是在观测记录不足的地区,这包括代用资料和古气候资料;(2)发展高分辨率模式乃至对流解析模式,进一步提升气候归因和预估的信度;(3)发展观测约束的新方法,针对更多气候要素给出更可靠、更准确的区域气候预估信息,特别是在人口密集和脆弱性高的东亚地区;(4)进一步提高对气候敏感度估算的准确性,这对于应对气候变化的政策制定工作(如控制全球升温水平、剩余碳排放空间的估算)至关重要。

总结和展望

应对地球可持续发展面临的气候与环境挑战,需要将知识转化为行动。IPCC AR6指出,若进行快速的温室气体减排并在2050年达到CO2净零排放,本世纪末全球升温低于2ºC是极可能的,使升温低于1.6ºC并在本世纪末降低到1.5ºC以下也较为可能。今年11月1-12 日,联合国气候变化大会COP26将在英国格拉斯哥召开,会议的目标是完成《巴黎协定》实施细则遗留问题的谈判,促进《巴黎协定》全面、平衡和有效实施,推动构建一个公平合理、合作共赢的全球气候治理体系。业已发生的气候变化无法挽回,但气候的未来可以改变,我们今天的行动,决定着地球气候的未来。

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https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00098-9

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第四期以Editorial发表的“New physical science behind climate change: What does IPCC AR6 tell us?” (投稿: 2021-08-25;接收: 2021-10-08;在线刊出: 2021-10-13)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100173

引用格式:Zhou T. (2021). New physical science behind climate change: What does IPCC AR6 tell us? The Innovation. 2(4),100173.

作者简介

周天军,理学博士,博士生导师,中国科学院大气物理研究所研究员。主要从事气候动力学和气候模拟研究。曾获国家杰出青年科学基金资助。现任世界气候研究计划(WCRP)耦合模拟工作组WGCM委员,曾任国际CLIVAR计划季风委员会联合主席、SPARC计划科学指导委员会委员等。是IPCC第一工作组第五次(2013)和第六次(2021)评估报告的主要作者。2014~2020年连续入选“Elsevier中国高被引学者榜单”;2018~2020年连续入选科睿唯安(Clarivate Analytics)地球科学“全球高被引科学家”。

个人主页:http://zhoutj.lasg.ac.cn

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