秦大河 來源：國情與發(fā)展論壇 2019-07-01
目前，地球處于不斷變暖的過程，這主要由兩個(gè)因素導(dǎo)致。第一是自然變暖，第二是人類活動(dòng)排放溫室氣體和各種化學(xué)物質(zhì)以及土地利用造成的總效應(yīng)而變暖，兩者相比以后者為主。全球變暖就像一把“雙刃劍”，它將給地球和人類帶來復(fù)雜的潛在的影響，其中既有正面的,也有負(fù)面的?？傮w而言，其負(fù)面影響大于正面影響，導(dǎo)致災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。數(shù)據(jù)顯示，全球變暖自上世紀(jì)末本世紀(jì)初開始日益嚴(yán)重，跟1750年相比，全球平均地表氣溫已經(jīng)上升約1攝氏度。
地球氣候系統(tǒng)變暖已是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。氣候變化要注意幾點(diǎn)，第一是尺度問題，包括時(shí)間尺度和空間尺度，其中，時(shí)間尺度是指1750年以來，特別是上世紀(jì)中葉1950年之后，空間尺度是指全球和區(qū)域；第二是系統(tǒng)問題，氣候系統(tǒng)由大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈和人類社會(huì)，這五個(gè)圈層和一個(gè)系統(tǒng)組成，是自然和社會(huì)的交融。
根據(jù)最新公告，工業(yè)化革命前大氣中CO2的平均濃度為278 ppm。2017年全球大氣中的CO2平均濃度已上升至406 ppm，達(dá)到了工業(yè)化前水平的145%。過去十年中，CO2濃度以每年2.2 ppm的速率增加，2016-2017年是增速最快的一年。CO2等溫室氣體濃度的增加稱之為長壽命周期的溫室氣體增加，這些氣體對(duì)于全球變暖起到?jīng)Q定性作用。
根據(jù)報(bào)告，2018年是自有記錄以來第四個(gè)最熱的年份，雖然這一年是以“拉尼娜”為開端，通常為低溫的一年，但還是第四最熱的高溫年份，證明大氣圈仍然在持續(xù)升溫。中國區(qū)域內(nèi)除了西北部分地區(qū)，大部分都是3~5度的溫升，與1960~1990年的平均氣溫相比。同時(shí)，水圈也存在溫度上升的問題，今年1~7月全球平均海平面比上年同期相比，上升了2~3 mm，是一個(gè)相對(duì)較高的速率。
人類活動(dòng)排放溫室氣體以及其他活動(dòng)造成的額外熱量到哪里去了？IPCC第五次評(píng)估報(bào)告結(jié)果指出，93%人類活動(dòng)排放溫室氣體以及其他活動(dòng)造成的額外熱量被海洋吸收，上層海洋占60%，700m以下占了30%。而根據(jù)調(diào)查，2018年7~9月的平均值顯示，90%以上多余的熱量進(jìn)入了海洋，其中700~200m之間的上層海洋吸收熱量最多。這一現(xiàn)象會(huì)影響海洋濤動(dòng)，進(jìn)而影響全球氣候變化。后續(xù)還需要做大量的研究工作。
水圈有海洋酸化問題。海洋溶解了人類排放的二氧化碳25%左右，造成海洋酸化。這一現(xiàn)象會(huì)影響漁業(yè)生產(chǎn)，影響海洋生物、軟體動(dòng)物、碳酸鹽建造等，造成非常大的危害。
大氣圈今年表現(xiàn)非常異常，全球有連續(xù)4個(gè)月的極端高溫，非洲溫度上升到51度，這是有史以來最高的溫度。還有森林火災(zāi)，前兩天的加尼福尼亞森林大火造成人員傷亡、失蹤是有史以來最嚴(yán)重的，甚至北歐寒冷地區(qū)的森林火災(zāi)也有發(fā)生，這都與全球變暖有密切關(guān)系。因此，世界氣象組織（WMO）認(rèn)為極端天氣頻發(fā)與溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化有關(guān)。長期來看，極端高溫和降水增多這一趨勢(shì)，毫無疑問是氣候變化引起的。
世界熱帶氣旋也存在異常，今年熱帶氣旋異常頻發(fā)。上海解放以來一共發(fā)生過5次臺(tái)風(fēng)，今年就有兩次，過去六、七十年代只有3個(gè)，所以臺(tái)風(fēng)的頻率很高。大西洋上正在同時(shí)形成的9個(gè)大臺(tái)風(fēng)、熱帶氣旋和熱帶風(fēng)暴，其中進(jìn)入中國最有名的“山竹”臺(tái)風(fēng)，2018年8月15日登錄山竹，造成經(jīng)濟(jì)損失20多億元。另外一個(gè)中等規(guī)模的臺(tái)風(fēng)“飛燕”進(jìn)入日本，造成近半個(gè)日本癱瘓，關(guān)西機(jī)場(chǎng)被迫關(guān)閉10天以上。氣候變化、自然災(zāi)害和人類可持續(xù)發(fā)展相互緊密聯(lián)系。
冰凍圈工作有賴于技術(shù)進(jìn)步，美國冰衛(wèi)星使用ICESat-1技術(shù)，2003~2009年冰衛(wèi)星一號(hào)做了很多工作，但2009年以后冰衛(wèi)星失效，直到2018年9月11日ICESat-2才升空。衛(wèi)星拍的格陵蘭冰蓋全圖就是該衛(wèi)星用一種特殊的傳感器拍攝的，測(cè)量光子從地球測(cè)到衛(wèi)星往返時(shí)間的長度來計(jì)算高度，測(cè)高儀設(shè)置為每秒發(fā)射一萬次光子數(shù)，精度測(cè)算5mm，冰蓋表面的變化精度得到了很大提高。但美國發(fā)射的這個(gè)衛(wèi)星完全是由美國自己來掌握，只發(fā)布結(jié)果，他人很難拿到一手資料。
根據(jù)資料判斷今年海冰的情況，海冰是冰凍圈重要的組成部分。北冰洋的海冰范圍2018年8月15日是570萬km2，預(yù)估2018年9月海冰范圍是最小的，處于過去40年以來第九個(gè)最低點(diǎn)。根據(jù)過去幾個(gè)月消融，國際雪冰中心給出的資料顯示，2018年9月初北極海冰最低的值為420萬km2到500萬km2。各國的數(shù)據(jù)都不一樣，英國氣象局給出的數(shù)據(jù)就比這個(gè)數(shù)據(jù)大。
相比2018年7月初海冰最低值，英國氣象局的結(jié)果就比我國結(jié)果要高。海冰范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平均值，北極海冰三十年以前的范圍大約是1000-1200萬km2，現(xiàn)在只有400-500萬km2。南極海冰在三十年前大概是1800-2000萬km2，現(xiàn)在也減到約1000萬km2。9月中旬北極海冰范圍英國氣象局的數(shù)據(jù)顯示540萬km2，這個(gè)數(shù)據(jù)比國際海冰結(jié)果誤差10%左右。所以，盡管中國、英國、美國、日本這些國家衛(wèi)星的資料結(jié)果不是很一致，但海冰范圍和數(shù)量都在減少。資料顯示1979年到2017年北冰洋海冰的量，單位是1000km3（立方公里），揭示了海冰不僅面積縮小，海冰的厚度也減少了。到了2017年9月海冰體積大概只有300km3，以前最大的時(shí)候大概有將近1800km3，減少了三分之一，范圍減少一半多，冰量減少三分之二，所以北冰洋的變化是非常大的。
北冰洋的變化直接關(guān)系到氣候問題、航運(yùn)問題和資源問題。所以我們把這個(gè)漩渦起名叫“死亡漩渦”，美國科學(xué)家描述“死亡漩渦”為海冰覆蓋范圍正在呈螺旋裝的減少，一旦越過這個(gè)閾值，人類就可能面臨一個(gè)夏季、甚至全年沒有冰的一個(gè)北冰洋。這個(gè)情況將會(huì)帶來天氣、災(zāi)害、地緣、資源和領(lǐng)土爭(zhēng)分等一系列重大問題，被稱為“死亡漩渦”。
中國對(duì)北極十分關(guān)注，中國發(fā)表了北極白皮書，對(duì)海洋運(yùn)輸至關(guān)重要。北冰洋臨海還有經(jīng)濟(jì)區(qū)，真正的公海面積只剩280萬km2，且被各國瓜分得差不多了。2015年俄羅斯提出北冰洋120萬km2的海底面積是他們的開采地區(qū)，其中蘊(yùn)含巨大的油氣資源。其依據(jù)是俄羅斯延伸到北極點(diǎn)的區(qū)域都是它的領(lǐng)土，可以從此看出競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。
中國比較關(guān)注的是北冰洋，除了陸上絲綢之路、海上絲綢之路之外，還有北極航道的問題，人們稱之為“冰上絲綢之路”，冰凍圈的研究這非常關(guān)心北極航道問題。該航道夏季部分時(shí)間開通，東北部稱“東北航道”，西部稱“西北航道”。其中，“東北航道”又稱“俄羅斯航道”，“西北航道”又稱“美國航道”。如果整個(gè)冰凍圈海冰在夏季或全年消失的話，“中央航道”將會(huì)開通，這將會(huì)大大節(jié)約能源、時(shí)間、資金，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)帶來巨大的地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。近期有報(bào)紙指出，北極航道對(duì)中國具有巨大的經(jīng)濟(jì)和政治價(jià)值，實(shí)際這條航道的開通對(duì)中國的地緣政治和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要的作用。
氣候變化還會(huì)帶來一些其他問題。目前全世界人口大約有74億，預(yù)計(jì)2050年達(dá)到90億，人口迅速增加，印度將取代中國成為第一人口大國。一萬年之前，野生動(dòng)物和人分別占99%和1%，現(xiàn)在野生動(dòng)物只占1%，其他99%是人和家畜，情況發(fā)生了本質(zhì)上的變化。自二十世紀(jì)中葉，對(duì)地球的影響除了流水影響了地貌以外，環(huán)境變化成為地球系統(tǒng)變化的主要驅(qū)動(dòng)力。地球系統(tǒng)變化率取決于三點(diǎn)A、G、I，A是天文因素，G是地球物理因素，I是地球內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力，比如海洋濤動(dòng)等。
過去四十年以來，對(duì)地球影響的時(shí)間一階導(dǎo)數(shù)變成了工業(yè)化，而A,G,I的影響則趨近于0。人類經(jīng)過幾次工業(yè)革命，科技層次越來越高，這個(gè)情況也越來越明顯。有些人提出人類世，環(huán)境變化必然要和經(jīng)濟(jì)相聯(lián)系比如GDP和人口、社會(huì)結(jié)構(gòu)。所以人類世的環(huán)境變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的巨變是緊密聯(lián)系在一起的，相互作用的。因此科學(xué)家提出人類世的概念，它是地質(zhì)學(xué)名詞，人類世定義為自1750年人類工業(yè)化開始。
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類征服自然環(huán)境的足跡遍布全球，環(huán)境問題也從區(qū)域性問題發(fā)展成全球性問題。人口的增加和城市化進(jìn)程使人類將自己的領(lǐng)地在自然界中無限擴(kuò)張，造成生態(tài)破壞、物種滅絕、帶來了資源消耗加劇、生存空間緊張還有層出不窮的化學(xué)物質(zhì)和材料問題，給環(huán)境造成了難以消滅的污染。國際社會(huì)開始重視這個(gè)問題，提出四大科學(xué)研究計(jì)劃，其中包括WCRP、IGBP、IHDP和DIVERSITAS，這四大科學(xué)計(jì)劃現(xiàn)在演變成了“未來地球”計(jì)劃（Future Earth）。Future Earth是2005-2015年，全球環(huán)境變化可持續(xù)發(fā)展的合作平臺(tái)，它通過協(xié)同設(shè)計(jì)，加強(qiáng)科學(xué)家、科研資助機(jī)構(gòu)以及利益相關(guān)的聯(lián)系，使之成為全社會(huì)的科學(xué)。
Future Earth是以解決問題為導(dǎo)向，為可持續(xù)發(fā)展提供理論的支持和行動(dòng)的組織。它制訂了一個(gè)未來科學(xué)發(fā)展計(jì)劃，即Future Earth 2025戰(zhàn)略計(jì)劃，把環(huán)境問題歸結(jié)為三大主題和八個(gè)交叉問題，三個(gè)主題為動(dòng)態(tài)地球、全球發(fā)展和向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變，八個(gè)交叉領(lǐng)域?yàn)榈厍蛴^測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)、地球系統(tǒng)模式、發(fā)展地球科學(xué)理論、綜合與評(píng)估、能力建設(shè)與教育、信息交流、科學(xué)政策的溝通和平臺(tái)，其中有很多人文和自然相結(jié)合的部分。
其中有幾個(gè)值得注意的問題，“動(dòng)態(tài)地球”關(guān)注的是方法、狀態(tài)和關(guān)鍵地區(qū)，包括寒帶地區(qū)、熱帶地區(qū)以及極地地區(qū)等等。全球發(fā)展關(guān)注的是資源管理、生態(tài)系統(tǒng)管理和公共管理。在可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型中談到的轉(zhuǎn)變過程的創(chuàng)新和變化以及全球和區(qū)域管理。
未來地球計(jì)劃的核心計(jì)劃有很多，且相互交叉，分屬自然科學(xué)和人文科學(xué)兩大類。該目標(biāo)是到2020年要消除自然科學(xué)與人文科學(xué)的隔閡，到2025年使兩者完全貫通。中國國情和發(fā)展和它的目標(biāo)是一脈相承的。
Future Earth有一個(gè)項(xiàng)目，被稱之為“知識(shí)行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)”，它已經(jīng)列出一些課題，比如說城市問題、健康問題、海洋問題等等列成課題。各地有很多出版物引領(lǐng)國際可持續(xù)發(fā)展的結(jié)果和研究，比如全球碳計(jì)劃對(duì)溫室氣體排放的研究。還積極參加國際可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)決策的進(jìn)程，比如參加聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展的17個(gè)目標(biāo)咨詢工作，在尖端雜志上發(fā)表評(píng)論，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的形成，舉行研討會(huì)等等?？沙掷m(xù)發(fā)展有17個(gè)目標(biāo)，并給出了冰凍圈科學(xué)與17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)系，比如消滅貧困、消滅饑餓等等。
隨著對(duì)全球變化問題的深入原有的科學(xué)計(jì)劃逐步顯現(xiàn)出研究對(duì)象片斷化、碎片化，研究方法單一，研究成果內(nèi)部化，很難對(duì)地球系統(tǒng)開展更系統(tǒng)、更全面地觀測(cè)與研究。未來地球計(jì)劃設(shè)定的思路對(duì)國際可持續(xù)發(fā)展相關(guān)工作的啟示就是國內(nèi)的宣傳不夠，包括各種基金發(fā)放都是單一、片段、碎片。聚焦未來地球計(jì)劃的前沿科學(xué)問題要從需求出發(fā)，從國際前沿國家戰(zhàn)略需求討論這一問題，并為共建人類命運(yùn)共同體而努力奮斗。
地理學(xué)可以做的工作有很多，人類處于很危險(xiǎn)的環(huán)境，由于人類活動(dòng)影響、排放污染等各種因素造成全球變暖。自1750年以來，氣候變化可能造成“熱式地球”。如果不堅(jiān)持減排，不堅(jiān)持積極應(yīng)對(duì)氣候變化，我們就會(huì)進(jìn)入“熱式地球”。進(jìn)入“熱式地球”會(huì)使氣溫增加5~6度，后果是不可想象的。
地質(zhì)歷史告訴我們，5000萬年之前，地球CO2濃度是1000 ppm，3000萬年左右，在700~1000 ppm，距今500萬年到300萬年在400~450 ppm之間。值得注意的是，距今500萬年到300萬年，當(dāng)時(shí)氣溫比現(xiàn)在高2~3度，海平面比現(xiàn)在高20m，許多大陸被海水所淹沒。到2030年，科學(xué)家預(yù)估氣溫升高1.5~2.0度之間，如果全球能限制溫室氣體濃度不超過450ppm。因此，全球變暖和我們的可持續(xù)發(fā)展及人類命運(yùn)緊密相聯(lián)系到一起，科學(xué)家要為全人類抑制二氧化碳濃度的升高。
秦大河 中國氣象局 中國科學(xué)院院士
中國國情與發(fā)展論壇秘書處 供稿 2019年7月1日
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