气候专家：人类影响是全球变暖主因，需持续关注
近日，联合国世界气象组织（WMO）发布了最新的《温室气体公告》，指出2020年地球大气中的温室气体浓度创下新高，比工业化前的1750年高49%，而2021年大气中CO2浓度仍在上升。
本文综述了近些年有关人类影响引起全球变暖证据的科学研究成果，发现人类影响几乎肯定是引起近百年特别是近50年全球变暖的主因，地球系统5个圈层与全球变暖有关的证据都与人类影响有密切联系。10月5日，诺贝尔物理学奖揭晓，奖项的一半由美国日裔气象学家Syukuro Manabe和德国海洋学家、气候建模师Klaus Hasselman共享，以表彰他们“对地球气候进行物理建模，量化可变性，并可靠地预测了全球变暖”。
上世纪60年代，Syukuro Manabe开发出了可以根据物理定律在计算机上再现并预测地球气候的数值模型，首次明确证明了大气中CO2浓度升高同地球表面温度升高的相关性。
Klaus Hasselmann则创建了一个将天气和气候联系起来的模型，而他所开发的“指纹法”迄今仍在被使用，用于证明大气温度的升高是由于人类排放的CO2。
现在，越多的研究已经证实，人类影响是引起全球变暖趋势的主因，而全球变暖已经和继续影响人类社会与经济发展、健康、人口移徙、粮食安全、水资源及陆地和海洋生态系统等方面。
研究方法和工具
指纹法
在做归因分析时，以观测结果作为衡量的标准（基准）指纹，用全球气候模式在各种强迫下所做的模拟结果作为各种需要对比的指纹，与观测结果作对比，其模拟结果最接近观测结果的，相对应的强迫即是主要归因。
全球气候模式
用指纹法做归因分析中一个主要工具是全球气候模式，现阶段的主要手段为模式比较计划第5和第6阶段的地球系统模式（CMIP5和CMIP6）。
与观测对比检测表明，现在使用的全球气候模式具有较好的模拟全球多种变量的平均值、距平和趋势等的模拟能力，对于极端事件的模拟效果也有明显的进步。
全球观测资料
做归因分析所用的指纹法中，标准（基准）指纹是观测资料，包括实际的全球观测资料、经过全球气候模式加工的全球多层细网格的含有大量变量的再分析资料、代用资料。
观测资料的空间尺度涉及到全球范围，应用几万个观测台站；时间尺度长短不一，一般为50~75年。
需要指出的是，不同来源的全球观测资料给出的观测结果存在一定的差异，因此需要判断多种观测结果的一致性。
归因分析基本思路
考虑地球系统5个圈层中的某一个变量的总变化可以分解为：自然强迫引起的变化+人类影响引起的变化+地球系统内部的变化。
归因分析是找出人类影响引起的变化占总变化的比例，如果占比例很大，则认为总变化的主因是人类影响。
人类影响归因分析的时间尺度一般是年到百年，经过归因分析得到人类影响的作用，其可信度需要作信度检验。
信度判断标准
在归因分析中需要给出可信度，在IPCC报告中一般采用归因分析的可能性分级标准，是统计分析定量标准。
可能性检验主要用在对多种观测资料的结果的可靠性的判断以及对人类影响的可能性归因判断上。
在IPCC报告中还采用定性判断标准（即可信度），根据一致性程度和专家评定进行定性分级判断。
人类影响引起全球
表面气温变暖的证据
长期以来，研究全球变暖主要采用全球年平均表面气温作为衡量标准，在各种强迫中检验其中人类影响的作用，近10年来逐渐发展到检验更广泛的与气温相关的指标。
01人类影响几乎肯定是引起近百年全球气温变暖的主因，特别是近50年。
观测2019年全球气温变暖（1.1±0.1）℃，而全球气候模式考虑人类影响引起变暖1.0℃，即观测全球变暖的90%是人类影响引起。
观测2010-2019年全球气温，相对于1850-1900年极可能变暖1.0~1.3℃，绝大多数全球气候模式考虑人类影响造成全球气温可能变暖0.8~1.4℃。
02观测到的暖日/暖夜出现的频率增加且强度更暖，冷日/冷夜出现的频率减小且趋缓，而大多数模式考虑人类影响得到与观测一致的特征。
03观测到的热浪/暖期频率增加且强度增强和持续时间加长，而多数气候模式考虑人类影响证实极可能造成全球尺度热浪和暖期的增强和增多。
观测出现破记录的高温增加，从全球气候模式考虑人类影响也检测出破记录的高温增加。
04观测到的寒潮/冷期频率减小且强度减弱和持续的时间缩短，而多数模式考虑人类影响得到与观测一致的特征，观测到严寒强度减弱，全球模式考虑人类影响也证实了其主导作用。
05以20年一遇的全球陆地日极端最高温为例，20世纪90年代相对于60年代，观测计算发现更容易遇到极端高温，全球气候模式考虑所有强迫减少到17年一遇，而人类影响引起16年一遇。
人类影响引起全球
5个圈层变暖的更多证据
由于5个圈层涉及到广泛的领域，这里给出的只是模式可计算的且与公众密切相关的可靠性较高的变量和现象的证据。
人类影响引起全球变暖不仅是表面气温变暖，而且是全球大气低层几公里都变暖，同时陆地表层温度到下层温度以及海洋表面水温到下层温度都变暖。
以海洋热容量为例，观测计算1850-2017年海洋0~700 m热容量明显增加，多模式模拟表明其中人类影响约占65%。
02人类影响引起海水变暖，海水热膨胀，造成海平面上升。
多模式模拟证实：1900-2018年全球海平面平均上升0.19 m很可能由人类影响引起；1950-2005年全球0~700 m热膨胀海平面上升的87%由人类影响造成；1970-2005年冰融化和热膨胀引起海平面上升的70%受人类活动影响。
03人类影响引起海冰特别是北冰洋海冰融化加速，陆冰如格陵兰冰盖以及冰川融化加速。
9月北冰洋海冰明显减少，多气候模式模拟其中自然强迫和气候系统内部变率联合只不足42%，而人类影响约占58%。
04人类影响引起陆地积雪融化加速和多年冻土融化。
多模式模拟表明，自1950年以来北半球春季积雪减少人类影响很可能起主要作用。
05人类排放CO2增加，引起海洋吸收更多的CO2，从而造成海洋酸度增加。
06人类影响引起表面湿度增加，自1950年以来高纬度和热带降水量增加，全球陆地强降水事件强度增强。
07人类影响引起全球陆地霜冻期缩短，生长季延长，开花期提前。
08有些与公众密切相关的变量，如一些区域干旱、洪涝、较强热带气旋等的强度和频率增加，目前尚没有充足的证据说明同人类影响的关系。
观测可检测到全球海域较强热带气旋近40年有增加的趋势，其中人类影响作用的信度为低。
09观测到有些区域性多种灾害联合发生，如热浪与干旱、洪涝与低温同时出现，其与人类影响的关系尚在研究中。
结论
全球变暖与全球环境与生态系统以及人类社会与经济等诸方面有紧密关系，需要采取各种对策与策略，减缓或减少不利影响，而控制人类排放和形成有序的人类活动是需要极其关注的问题。
现在有几十个地球系统模式，由于采用的水平和垂直分辨率不同，对许多物理、化学、生物等过程的各种参数化方案不同，造成多模式对有些变量的模拟结果的不一致或发散，使得一些证据的可靠性降低。
此外，地球系统5个圈层有些变量缺少足够的观测资料，也影响了全球气候模式的发展。
随着对地球系统的科学认知的加深、计算技术的发展、人工智能的应用、地球系统模式和更先进的工具的发展，会获得更多的人类影响引起全球变暖的证据。
21世纪20年代后，如果人类排放温室气体继续增加，由人类影响引起全球继续变暖和与之相应的其他现象，需进一步研究相应的对策。
本文作者：赵宗慈，罗勇，黄建斌
作者简介：赵宗慈，清华大学地球系统科学系、中国气象局国家气候中心，研究员，研究方向为全球气候变化；罗勇，清华大学地球系统科学系，教授，研究方向为全球气候变化。
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