· 正 · 文 · 來 · 啦 ·
前面兩節，我們學習了全球氣候變化的歷史脈絡。在沒有人類的地球，氣候變化的驅動完全是受自然所控制的。那么人類來到地球后的世界呢？我們這節課就要討論這個問題。
氣候變化的人類影響。
有時候，有關溫室效應的形象解釋，我們也用這樣一幅圖來說明。地球大氣，肯定不是一直吸收太陽的熱量，如果那樣，地球大氣只會越來越熱。所以，大氣吸收熱量和散失熱量肯定是一種平衡。左邊就是這樣的一種平衡，進水的速度與出水的速度一樣；而右側，進水速度不變，出水速度降低了，那就有越來越多的水被積累起來。當然，進水管也不會是可以無限放大的，總有一個極限。對地球溫室氣體來說，那就是，是否存在著一種飽和呢？我們之后再談這個問題。
地球，只有保持全球輻射平衡，才能保證能量的穩定。到達大氣頂的入射太陽輻射為343W/m2，其中三分之一被云層和地表反射回太空，只有240W/m2被地球氣候系統所吸收。大氣本身對太陽輻射的直接吸收很少，大部分被陸面、海洋、冰面所吸收，使它們溫度升高。為了維持地球的氣候長期不變，根據輻射平衡的原理，必須在大氣頂被地球自身發射的紅外輻射所平衡，其量值也應該是240W/m2。全球輻射平衡是維持穩定地球氣候的基本原理，不論何種原因，如果這種平衡一旦被破壞，則全球輻射平衡不能維持，地球系統將獲得或損失能量，從而導致地球氣候的變化。
若大氣中CO2濃度增加一倍，大氣頂輻射平衡受到破壞，地表升溫1.2℃，隨之，大氣中水汽將增加，進一步加強溫室效應，地表的實際增溫為2.5℃。
有人認為大氣CO2吸收帶已經飽和，因而溫室效應就已經達到飽和，即使將來CO2濃度再增加也不會產生明顯的溫室效應。但是，這種說法其實是沒有試驗依據的。而真正的，許多紅外光譜與大氣輻射的研究表明，CO2的吸收作用或溫室效應在15μm的中心波段確實已經達到飽和，但二氧化碳有至少6個吸收波段，其他一些波段還遠未達到飽和，最近的將來也不會達到飽和。
溫室氣體的另一個特性，是它們在大氣中停留的時間(生命期)相當的長。這些氣體一旦進入大氣，幾乎無法回收，只有靠自然的過程讓它們逐漸消失。由于它們在大氣中的長生命期，溫室氣體的影響是長久的而且是全球性的。從地球任何一角落排放至大氣的二氧化碳分子，在它長達一、兩百年的生命期中，有機會遨游世界各地，影響各地的氣候。即使，人類立刻停止所有的人造溫室氣體的排放，從工業革命之后，累積下來的溫室氣體仍將繼續發揮它們的溫室效應，影響地球的氣候。
輻射強迫，是對某個因子改變地球–大氣系統輻射平衡的一種度量。正強迫使地球表面增暖，負強迫則使其變冷。IPCC報告中的輻射強迫值，是相對于工業革命前，也就是1750年的差值，并以每平方米的瓦數為單位進行表述。改變輻射強迫的方式，要么是入射到大氣頂的太陽短波輻射量發生改變，要么是射出長波輻射的變化。前者包括太陽活動本身的變化或太陽常數的變化、地球軌道參數的變化，就是我們前面所講的即米蘭科維奇循環，還有大氣中的云層覆蓋面積或大氣氣溶膠顆粒物含量發生變化，改變了反照率；后者，主要包括大氣中的水汽，O3和溫室氣體等能捕獲或攔截地球和大氣向外射出的長波輻射，使射出的長波輻射減少。全球氣候變化是對輻射強迫的響應，通過這種響應過程，地球系統改變自身的氣候狀況，以重新恢復原來的或建立新的全球輻射平衡。在這個過程中，由于氣候系統中各圈層響應的快慢不一樣，其所表現出的氣候變化狀況就不一樣。
自工業化時代前以來，人為溫室氣體的排放量已經上升，現在科學家們越來越有把握確認，這主要是由于經濟和人口的增長所推動的。2000-2010年溫室氣體的排放量達到歷史最高水平。自1750年以來，溫室氣體二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的濃度均已大幅增加，分別為40%、150%和20%。這是過去80萬年以來前所未有的水平。
這張圖顯示了混合均勻的溫室氣體，也就是WMGHG的輻射強迫，其他人為強迫，總人為強迫和自然強迫。其他人為強迫包括氣溶膠、土地使用地表反照率和臭氧變化。自然強迫包括太陽和火山效應。
1750-2011年期間，總人為輻射強迫的變暖效應為2.3W/m2，自1970年以來，該項增加的速率比之前的各個年代都要快。所以，對于1750-2011年間的輻射強迫~及其自1970年以來的趨勢來講，二氧化碳是最大的因素。在其他人為輻射強迫中，來自氣溶膠的輻射強迫有兩個互相抵消的組成部分：大多數氣溶膠以及所形成的云層是以冷卻效應為主的，黑碳吸收太陽輻射造成的變暖效應則會部分抵消前一種作用。1750–2011年間的氣溶膠輻射強迫~估計為–0.9W/m2。太陽輻射和火山氣溶膠的變化當然會導致自然輻射強迫的變化。在大型火山爆發后的若干年內，平流層火山氣溶膠的強迫作用~對氣候系統有很大的冷卻效應。根據計算，與1750年相比，總太陽輻射的變化~只對2011年的總輻射強迫做出了約2%的貢獻。
我們對于總太陽輻射的連續直接觀測~至今只有30多年的時間，結果表明，太陽輻射具有確定的11年周期變化，其輻射量的變化幅度只有0.08%，并且目前無顯著增長的趨勢，工業化前后也無太大的變化，輻射量變化的主要原因~是太陽黑子和耀斑的變化，所以太陽輻射的變化不是引起近代氣候變暖的主要原因。
這是全球人為CO2排放的變化圖，包括化石燃料燃燒、水泥生產和空燒，土地覆被和土地利用變化等原因所造成的變化。我們可以看到，1850年代，是第一次工業革命與第二次工業革命的過渡期，自此之后，人為溫室氣體的排放出現了上升，當前已達到最高水平，這主要是由于經濟和人口增長造成的。二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的濃度增加到了至少是過去80萬年以來前所未有的水平。
這是一幅經常被用來討論的圖。左邊的圖，是包括人為和自然強迫的模擬結果與實際觀測值的比較。其中，黑色是觀測值，黃色是各種不同模型模擬的結果，紅色是這些模型結果的平均值。我們可以看到，模型值與觀測值符合得非常好。右邊是僅僅考慮自然強迫的情況，我們可以看到，模型值與觀測值相差越來越遠。表明，只有考慮人類活動引起的強迫，才能完全重現實際的溫度記錄。從這幅圖，大家還可以看到，氣溫變化的軌跡，還顯示了驅動全球氣溫下降的主要火山爆發事件。
但有時候，有些圖是比較詭異的。比如如果我們將全球變暖與CO2濃度疊加在一起，探討其因果關系。我們看到，CO2濃度變化滯后于溫度的變化。什么意思呢，這似乎說明，是全球氣候變化導致了CO2濃度的變化，也就是說，全球氣候變化是因，CO2濃度變化是果。你如何理解呢？
現代全球氣候變化的原因從物理上講，除了自然的外強迫因子之外，還增加了由于人類活動因素造成的影響。隨著人類活動引起的溫室氣體排放的增加，這種人為產生的強迫作用可能會不斷增強。氣候模式的模擬和預測表明，它的作用在將來可能會超過自然的因素，使地球的氣候不斷的變暖，至少在21世紀人類將進入一個更加變暖的世界。得到這個結論的科學基礎~就是近200年大氣中溫室氣體和地球溫度不斷增加的事實與溫室效應的物理原因。
