气候变化:科学和影响概况介绍

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气候变化科学和影响事实说明插图图标

地球气候

气候变化正在改变温度、降水和海平面,并将对人类和自然系统产生不利影响,包括水资源、人类住区和健康、生态系统和生物多样性。在过去50年里,气候变化空前加速,全球气候模式的可信度不断提高,进一步证明气候正在受到人类活动排放的温室气体(GHG)影响。2

气候的变化不应与天气的变化相混淆。天气是在特定地点以小时或天为单位观测的,具有高度的可变性,而气候是短期天气模式的长期平均值,例如年平均温度或降雨量。3.在气候稳定的情况下,入射的短波太阳辐射和出射的长波红外辐射之间存在能量平衡。太阳辐射穿过大气层,大部分被地球表面吸收。然后表面以红外辐射的形式重新发射能量,其中一部分逃逸到太空中。大气中温室气体浓度的增加减少了地球表面辐射到太空的能量,从而使地球变暖。4

地球的温室效应1
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地球的温室效应

气候营力

  • 地球输入和输出能量平衡的扰动被称为正或负气候强迫。正强迫(如温室气体)对地球产生变暖影响,而负强迫(如硫酸盐气溶胶)则产生冷却影响。5
  • 人为源温室气体浓度的增加增加了红外辐射的吸收,增强了自然温室效应。甲烷和其他温室气体更有效,但CO2由于其普遍存在,对全球变暖的贡献最大。5
  • 到目前为止,人为温室气体排放所造成的气候压力大约相当于太阳能净吸收能量的1%,或相当于每分钟燃烧1300万桶石油。6

气候反馈和惯性

  • 气候变化还受到地球对强迫的反应的影响,即气候反馈。例如,随着变暖而发生的水蒸气增加进一步增加了气候强迫和蒸发,因为水蒸气是一种强大的温室气体。5
  • 海洋的体积导致了巨大的热惯性,减缓了气候变化对强迫的响应;能源平衡变化导致气候反应滞后,但势头强劲。7
  • 随着极地冰的融化,反射的阳光越来越少,海洋吸收了更多的太阳辐射。5
  • 由于温度升高,冻结在亚北极永久冻土中的大量有机质将融化和衰变,释放额外的CO2还有甲烷。82020年6月是有记录以来最热的一年,北极(尤其是西伯利亚)的极端温度导致了大规模野火和永久冻土的进一步融化。据估计,仅火灾就释放了5900万吨二氧化碳2进入大气层。9
  • 如果今天完全消除温室气体排放,气候变化的影响仍将持续几个世纪。10地球温度需要25到50年才能达到其平衡响应的60%。11
  • 今天的排放将影响子孙后代;有限公司2在大气中存在数百年。12

人类对气候的影响

  • 单独地,无论是自然强迫(如火山活动和太阳变化)还是人为强迫(如温室气体和气溶胶)都不能完全解释自1850年以来经历的变暖。13
  • 只有同时考虑自然和人为强迫时,气候模式与观测到的温度趋势最吻合。13
  • 2013年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)得出结论:“人类影响极有可能(95%肯定)是自20世纪中期以来观测到的变暖的主要原因。”5

模拟和观测的全球平均气温14
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模拟和观测温度

观察到的影响

物理系统

  • 2021年的全球平均气温比20世纪的平均水平高出0.84摄氏度(1.51华氏度)。15
  • 自1880年有记录以来,有记录以来最热的一年是2016年,2020年排名第二。2020年全球陆地平均温度创历史新高,而2016年全球海洋温度仍为历史最高水平。自1880年以来最热的七个年份都发生在2014年之后,2021年全球气温连续45年高于平均水平。15
  • 2021年北极年度气温比1981-2010年的平均气温高出1.1摄氏度。北极海冰正在变得更年轻、更薄、更不膨胀。2021年的冰覆盖面积达到了自1979年以来的第12低,为492万平方公里。16
  • 自1901年以来,美国年平均降水量增加了4%,但极端降水事件的强度和频率增加得更多,预计这一趋势将继续下去。17
  • 在20世纪,全球平均海平面上升了17至21厘米,而在此前的几千年里,海平面一直相当稳定。5
  • 北半球的积雪面积明显减少。从1967-2012年,6月积雪面积减少约53%,3月和4月减少约7%。5

阿拉斯加西北冰川融化,1940-200518
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阿拉斯加西北冰川融化,1940-2005

生物系统

  • 已经发生的变暖正在影响植物和动物群落的生物时间(物候)和地理范围。19捕食者-猎物之间的相互作用等关系受到这些变化的影响,特别是当物种之间的变化不均匀时。20.
  • 自20世纪初以来,连续48个州的平均生长季节延长了近两周。21

预测的变化

增加温度

  • IPCC预测,到2035年,气温将上升0.3-0.7oC (0.5 - -1.3oF).从长期来看,全球平均地表温度预计将上升0.4-2.6oC (0.7 - -4.7oF) 2045-2065和0.3-4.8oC (0.5 - -8.6oF) 2081-2100年,相对于1986-2005年的参考时段。自1970年以来,全球平均气温以1.7摄氏度的速度上升oC每世纪的平均下降速率显著高于0.01oC在过去7000年里。5日22
  • 全球变暖不仅会导致白天平均气温升高,极端高温天气的频率和强度也会增加。22

预计全年平均气温变化(°C), 21世纪5
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2081-2100年相对于1986-2005年的预测年平均气温变化

海洋的影响

  • 模型预测海平面上升26 - 77厘米oC温度升高。海平面上升的原因是海洋变暖造成的热膨胀,以及冰川和冰原融化导致的海水增加。22
  • 海洋吸收了约27%的人为二氧化碳2排放,导致酸度增加。即使按照保守的预测,珊瑚礁也会受到严重影响。23

对人类和自然系统的影响

  • 气候变化的影响将因地区而异,但很可能造成成本,而成本将随着全球气温的升高而增加。10
  • 本世纪,气候变化、相关干扰和其他全球变化驱动因素史无前例地结合在一起,可能会超过许多生态系统的恢复能力。24物种灭绝、粮食不安全、人类活动限制和有限的适应性是与2100年或高于预测温度的变暖相关的风险(4)oC或7oF高于工业化前水平)。10
  • 全球平均气温上升2oC,几乎每个夏天都会比近年最热的5%还要热。25
  • 由于地区差异,海平面上升2英尺将导致德克萨斯州加尔维斯顿的相对上升3.5英尺,华盛顿州尼亚湾的相对上升1英尺。2
  • 气温升高、降水变化和气候变化将改变蚊子等生物传播疾病的地理范围和季节性。25
  • 尽管CO更高2浓度和轻微的温度升高可以提高作物产量,变暖对植物健康和土壤湿度的负面影响导致在较高温度下产量下降。温度和降水变化造成的土壤和水资源恶化加剧,将进一步给某些地区的农业带来压力。25
引用作为

可持续系统中心,密歇根大学,2021。《气候变化:科学与影响概况》酒吧。不。CSS05-19。

  1. 改编自国家公园管理局W. Elder的图片。
  2. 美国全球变化研究计划(USGCRP)(beplayer官网入口2009)全球气候变化对美国的影响
  3. 美国国家海洋和大气管理局(NOAA)(2019)“天气和气候之间的区别是什么?”
  4. 美国国家航空航天局(2010)地球辐射预算。
  5. 政府间气候变化专门委员会(IPCC)(2013)气候变化2013:自然科学基础。
  6. CSS的计算基于联合国环境规划署(UNEP)和联合国气候变化框架公约(UNFCCC)(2003)气候变化资料套的数据。
  7. 美国环境保护署(EPA)(2016)美国气候变化指标,2016。
  8. 联合国环境规划署(2012)冻土变暖的政策影响。
  9. Cappucci, M.(2020)“西伯利亚前所未有的高温使地球成为有记录以来最热的6月,与去年持平。”华盛顿邮报。
  10. IPCC(2014) 2014年气候变化综合报告。第一、第二和第三工作组对政府间气候变化专门委员会第五次评估报告的贡献。
  11. Hansen, J.等(2005)地球的能量不平衡:确认和影响。科学通报,29(3):457。
  12. Archer, D.等(2009)化石燃料二氧化碳的大气寿命。地球与行星科学,37:117-34。
  13. UNEP和GRID-Arendal(2005)重要气候变化图表。
  14. 摘自USGCRP(2009)《全球气候变化对美国的影响》。
  15. NOAA(2022)气候状况:2021年全球气候报告。
  16. NOAA(2021年)北极报告卡2021。
  17. USGCRP(2018)第四次全国气候评估。
  18. 图片由国家冰雪数据中心/世界冰川数据中心提供。
  19. 生物多样性公约秘书处(2010年)《全球生物多样性展望》
  20. 国家研究委员会(2beplayer官网入口009)气候变化的生态影响。
  21. 美国EPA(2021)气候变化指标:生长季节长度。
  22. IPCC(2018)全球变暖1.5摄氏度:决策者总结,第1章。
  23. Cao, L., et al.(2014)海洋酸化对大气CO2逐渐增减的响应。环境科学学报,28(2),1beplayer官网入口-9。
  24. IPCC(2007) 2007年气候变化:影响、适应和脆弱性。第二工作组对IPCC第四次评估报告的贡献。
  25. 国家研究委员会(2beplayer官网入口011)气候稳定目标:几十年到几千年的排放、浓度和影响。

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