|
公历农历对照
气候变化

气候变化小百科


 
 
 

 

米兰科维奇循环

塞尔维亚天文学家米卢廷.米兰科维奇在二十世纪初提出地球围绕太阳运行时的三个轨迹几何参数会影响地球冰河时期的始末兴衰。第一个参数是地球环绕太阳公转轨迹的形状,轨迹有时较接近圆形,但有时却呈椭圆形,而这个参数的变化周期约为100,000年。轨迹的改变会影响在不同季节抵达地球的太阳能量。

图一

图一   左:圆形轨道;右:椭圆轨道(来源:美国太空总署)

  

第二个参数是地球自转轴心的倾斜角度,它会在22.1度至24.5度之间变化,周期约为40,000年。这个参数的变化不会改变抵达地球的太阳能量,但会影响日照在不同纬度的分布。

图二

图二   地球自转轴倾斜角度的变化(来源:美国太空总署)

  

最后一个参数是地球自转轴心的进动,亦即地球轴心的摇晃,变化周期约为26,000年。地球轴心的摇晃同样会影响日照在不同纬度的分布。

图三

图三   地球自转轴的进动(来源:美国太空总署)

  

米兰科维奇认为这三个参数对抵达北半球高纬度地区的日照影响至为重要,因为地球大部份的冰雪面都集中在这些地区,而冰雪面的变化可以引致一些「正回馈」作用。举例当北半球高纬度地区所接收的日照减少,夏季的升温不足以融化上一个冬季的冰雪,全年整体的冰雪便会增长,把更多的阳光反射回太空,减少地球接收到的热力,帮助冰雪进一步增加,造成恶性循环。年复一年的冰雪增长最终会把地球推进冰河时期。

经过科学家的反覆检视,米兰科维奇的理论终于在二十世纪后期获得接纳。

  

 

南极洲西部的冰川融解已不能遏止?

2014年5月有科学家声称南极洲西部阿蒙森海区域的冰川流失已走上了不归路(见网志「走上不归路」),换句话说冰川最终会全部融化。

这些备受关注的冰川的基岩位于海平面以下,冰川流过接地线后便成为浮在海水上的冰架。研究人员分析过去二十年的卫星数据,发现这些冰川的接地线正迅速地往内陆方向后撤,原因可能与浮冰下较暖的洋流有关。由于冰川基岩在海平面以下,并且往内陆向下倾斜,随着接地线后撤,较暖洋流得寸进尺,冰层更容易受到侵蚀。通常往外流失到海洋的冰会随着接地线上冰层的厚度而增加。而这里接地线上的冰层厚度正是随着前者后撤而增加,意味着有更多冰流向海洋。唯一可以打破接地线后撤和冰川流失的恶性循环,是在基岩某一点出现高耸的阻挡地势,但可惜这也是南极洲西部地貌所欠缺的天然屏障。

  

陆地上的冰盖流向海洋。(来源:IPCC)

  

 

科学家是如何重构过去数万年的气温呢?

随着雪在两极地区一年复一年的累积,表面的积雪会渐渐被新降下的雪所掩盖,并压成固态的冰,故此冰盖底层的冰较表面的古老。从格陵兰和南极冰盖中钻探出来的冰芯内,有能够估计过去地球气温的替代数据。

自然存在的氧(O)主要有两种(化学上称为同位素),一是有八颗质子和八颗中子的O16,另一是有八颗质子和十颗中子的O18。O16的重量比O18轻且较常见,两种氧同位素都能与两颗氢原子合成水分子(H2O)。O18与O16的比例在温暖气候时段会较高,因为有更多的能量去蒸发含O18较重的水份子,它们随着大气环流抵达极区并凝结成雪降下。在较冷的气候里,会有较少含较重O18的水份子能被蒸发,其中很多会在抵达极区前便凝结成雨或雪降下,能够抵达极区的就更少了。因此,科学家从冰芯内的O18与O16的比例便可大约知道地球过去的气温情况。

有很多方法为冰芯定年。最直接的方法是数算O18与O16比例的年际变化(在夏季时稍高而在冬季较低)。另一个有用的方法是从其他气候记录中(例如树木年轮和沉积记录等),辨认出一些特别的事件(例如火山爆发),利用这些事件以校正冰芯记录的时间尺度,从而重建出过去数万年的气温时间序列。

  

参考

Petit, J.R., D. Raynaud, C. Lorius, J. Jouzel, G. Delaygue, N.I. Barkov, and V.M. Kotlyakov. 2000: Historical isotopic temperature record from the Vostok ice core. In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn., U.S.A. doi: 10.3334/CDIAC/cli.006

Australian Antarctic Division, Ice Cores
http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/fact-files/climate-change/ice-cores

  

一位科学家正测量冰芯 (来源: NASA A global change master directory portal)

  

从南极Vostok站钻探到的冰芯所重构的温度时间序列。温度的变化是相对于南极现时的表面温度-55.5oC。 (来源: Petit et al., 2000)

  

 

什么是中世纪暖期?

中世纪暖期(Medieval Warm Period)一般是指大约在公元900至1300年在北半球一些地区(例如北大西洋、格陵兰南部、欧亚大陆的北极地区和北美部分地区)的温暖时期。由于缺乏公元1600年以前的数据,中世纪暖期的确实持续时间、温暖地区的分布范围,以及它是否一个全球现象仍在研究当中。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第四份评估报告和最近一些研究指出,现时仍没有充分的证据支持中世纪暖期的整体温度能与20世纪相比。根据 IPCC第四份评估报告,在20世纪后期的变暖遍及全球,而20世纪后期的北半球平均温度很可能是在过去1300年中最高的。

中世纪暖期和20世纪后期的变暖原因也截然不同。中世纪暖期主要由自然因素引起,例如太阳活动和火山活动。然而,正如IPCC第四份评估报告指出,20世纪的变暖很有可能是由人类活动造成大气中温室气体浓度增加所引致的。

  

各颜色线分别代表12种气候代用记录(树木年轮、钻孔、冰芯/冰钻孔等)所重建过去1300年的北半球温度变化记录,而黑色线则是利用仪器记录的温度变化资料。 (来源: IPCC第四份评估报告,第一工作组,图6.10)

  

参考:

IPCC AR 4, Working Group I, 2007: Chapter 6: Palaeoclimate.

Mann, M. E., Z. Zhang, S. Rutherford, R.S. Bradley, M.K. Hughes, D. Shindell, C. Ammann, G. Faluvegi and F. Ni, 2009 : Global Signatures and Dynamical Origins of the Little Ice Age and Medieval Climate Anomaly. Science, 326, 1256-1260.

P. A. Stott, S. F. B. Tett, G. S. Jones, M. R. Allen, J. F. B. Mitchell, and G. J. Jenkins, 2000 : External Control of 20th century temperature by natural and anthropogenic forcings. Science, 290, 2133-2137.

National Research Council (U.S.), Committee on Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years, 2006 : Surface temperature reconstructions for the last 2,000 years, National Academies Press, ISBN 9780309102254.

Koch J. and J. J. Clague, 2011: Extensive glaciers in northwest North America during Medieval time. Climatic Change, 107, 593-613.

  

 

「天气」与「气候」有什么不同?

虽然「天气」与「气候」同样是形容大气状态的名词,但它们所描述的时间尺度有很大分别。 「天气」是指一个地区瞬时或较短时间内(几小时到几天)的大气综合状态(包括风速、云量、温度、降雨、气压等气象要素)。 「气候」是指一个地区在一段较长时期里的平均气象状况及变化特征。简单来说,「气候」可以解作“平均的天气”。根据世界气象组织(WMO)的定义,用作气候统计的参考年期为不少于30年。

有关香港的气候特征及资料,可浏览以下天文台的「气候资料服务」网页:

http://www.weather.gov.hk/cis/climat_c.htm

 

 

什么是气候变化?

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC),气候变化是指气候随时间的任何变化,无论其原因是自然变率,还是人类活动的结果。这有别于联合国气候变化框架公约(UNFCCC)中的用法。在公约中,气候变化是指直接或间接归因于改变全球大气成分的人类活动,所引起的气候变化,这种变化是叠加在同期观测到的气候自然变率之上的。

 

 

IPCC是什么?

IPCC是政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)的英文简称,它是世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)底下的一个科学组织,专责评估人类活动引致气候变化所带来的风险。气候变化是一个非常复杂的课题,决策者需要多方面的客观资讯,包括气候变化的成因,对环境、社会和经济的潜在影响,以及应对这些影响的调适和减缓方案。这是1988年成立IPCC作为气候变化权威机构的主要原因。

IPCC的主要工作是定期编写评估报告。1990年发表的第一份评估报告对《联合国气候变化框架公约》的确立发挥了决定性的作用。1995年发表的第二份报告为《京都议定书》的谈判提供了重要参考资料。2001年发表的第三份评估报告和多份特别报告为《联合国气候变化框架公约》及《京都议定书》的发展提供了相关资讯。2007年发表的第四份评估报告确认全球气候暖化是无庸置疑的。2013年发表的第五份评估报告除了重申这个结论外,更指出人类的影响极有可能是自20世纪中期以来所观测到的暖化现象之主要原因。

相关连结:

政府间气候变化专门委员会

《联合国气候变化框架公约》

《京都议定书》

联合国与气候变化

 

 

 

 

人类活动如何引起气候变化?

自18世纪开始,经济及工业活动急速发展,人类大量耗用地球上的能源和资源,尤其是燃烧会释放大量温室气体的化石燃料。大气中人为温室气体浓度增加,引致温室效应增强,并带来全球变暖。人类对气候的影响已超过了其他自然因素,例如太阳和火山活动。

人类活动所产生的主要温室气体包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮,它们会在大气中逗留数十年甚至多个世纪,暖化气候的作用及其影响是深远的。正因如此,很多科学家及政策决策者都认为全球变暖是人类现在及未来都要面对的最严重问题。

三大人为温室气体

排名

温室气体

主要人为排放源

1

二氧化碳 (CO2)

使用化石燃料及土地利用变化

2

甲烷 (CH4)

农业活动及使用化石燃料

3

氧化亚氮 (N2O)

农业活动

 

 

0-2005年主要人为温室气体(包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮) 在大气中的浓度  (来源:IPCC, 2007)

 

 

极端天气事件是否越来越多?

 

 

在全球气候变暖的背景下,为什么在某些地区间中仍出现雪灾和严寒天气?

在某地某时(例如:一星期或一个月)出现的寒冷天气事件只是天气,并不是气候。全球气候变暖是指在自然的气候变率下,自20世纪因人类活动造成的长期全球平均气温上升情况。雪灾和严寒天气是在全球升温背景下的极端气候事件。这些事件是自然气候变率的一部分,并不会因全球气候变暖而不再发生。不过,全球气候变暖在过去数十年间减低了严寒天气出现的频率。如果全球升温持续,严寒天气出现的频率会继续减少。

 

 

能用自然因素解释20世纪的变暖吗?

请参阅以下网志:

沉寂的太阳可会遏止地球暖化?
不断伸延的曲棍球球棍
火山、天气与气候

 

 

海洋也在变暖吗?

人类活动令大气中温室气体浓度上升,引致温室效应增强,令整个地球累积额外的热能。大部份额外的热能都进入了海洋。暖化并不局限于海洋表面,观测数据显示从海洋表面到2000米以下亦有暖化迹象。海洋暖化的一个直接后果是海平面高度上升。根据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第五份评估报告,在1993至2010年间,海水受热膨胀对全球平均海平面上升的贡献是每年约1.1毫米。

  

 

由不同观测资料得出的全球海面温度距平 (相对于1961-1990年) (来源:IPCC, 2013)

 

 

什么是「两度目标」?

欧盟(European Union)于1996年根据政府间气候变化专门委员会第二次评估报告书(1995)中的影响评估报告,首次提出「两度目标」这个概念。欧盟在1996年于卢森堡举行的第1939次会议中指出,假如能将全球表面平均气温维持在不超过工业革命前2℃或以下的水平,便能避免人类及自然生态系统因气候变化而遭到严重冲击。在1990-2000年时,全球平均气温已较工业革命前(1750年代或1850年代)高约0.6℃,亦即是说离开「两度目标」只剩下1.4℃的空间。

「两度目标」后来被一些国家所采用,而且这目标也被很多研究学者、绿色组织及机构视作为全球暖化的可接受上限。

关于欧盟「两度目标」更多的资料可到以下网站浏览:
http://ec.europa.eu/environment/climat/pdf/brochure_2c.pdf (只有英文版本)

 

什么是温盐环流?

温盐环流是大尺度的海洋环流,由温度和含盐度的差异所致,也受风力和潮水所推动。在北大西洋,温盐环流的表面暖水向北流动,而深海冷水向南流动 (见附图),造成净热量从热带向北输送,为欧洲高纬地区送暖。

有人担心与气候变化相关的降雨增加和陆上冰雪融化可能会令到海洋的含盐度改变,使温盐环流减慢,甚至停止。直至20世纪末,部分大西洋温盐环流显示出很大的年代际变化,但是从观测资料上看不出它的强度有一致的变化趋势。根据政府间气候变化专门委员会的第四份评估报告,预料在21世纪,大西洋的温盐环流很有可能减慢,但不大可能出现突变。

  

 

输送洋流的简化示意图(源自:气候变化2001-综合报告, IPCC)

 

气候变化与极端降雨事件:两者是否有关连?

虽然个别极端降雨事件不能单单归因于气候变化,但有科学研究指出,长期来看,气候变化有可能影响极端降雨事件的发生频率。这是由于人为的温室气体使对流层暖化,令大气的持水量增加,并可能加速水循环和使大气的不稳定性上升。一个较不稳定和持水量较高的大气会为强降雨事件发生提供有利的条件。

除此以外,一些研究指出城巿化效应也可能是令巿区出现较大雨的部分原因。这是因为城市热岛效应加强了城市地区的对流活动,同时城市化令城巿地面粗糙度增加,使风暴的移动速度减慢。而且各种城市活动增加了空气悬浮粒子浓度,令雨云更容易形成并发展。

本港方面,一项极端降雨事件的研究显示,过去120多年以来在香港发生的大雨事件频率有所增加。

 

参考资料:

Weather extremes in a changing climate: Hindsight on Foresight, World Meteorological Organization, WMO-No. 1075, 2011

Min, S.K., X. Zhang, F.W. Zwiers and G.C. Hegerl, Human contribution to more-intense precipitation extremes, Nature 470, 378–381, 2011

Allan, R. P. and B. J. Soden, Atmospheric warming and the amplification of precipitation extremes, Science 321, 1481–1484, 2008

IPCC AR 4, WG1, Chapter 3, Section 3.4.2.1 : Surface and Lower-Tropospheric Water Vapour, page 272-273, 2007

Shepherd, J. M., H. Pierce, A. J. Negri, Rainfall modification by major urban areas: observations from spaceborne rain radar on the TRMM satellite, J. Appl. Meteor. 41, 689-701, 2002

Cao, K., Z. Ge, M. Xue and Y. Song, Analysis of Urban Rain Island Effect in Shanghai and Its Changing Trend, Water Resources and Power 27 (5), page 31-33, 54, 2009

Wong, M.C., H.Y. Mok and T.C. Lee, Observed Changes in Extreme Weather Indices in Hong Kong, Int. J. Climatol., October 2010, DOI: 10.1002/joc.2238, HKO Reprint No. 941

附注 : 降水泛指降雨、降雪及其它由云降下的固态或液态水。

 

火山比人类活动释放更多二氧化碳吗?

由火山释放到大气的二氧化碳,是造成古气候变化的自然因素之一。然而,各项研究显示在过去一个世纪每年由人类活动排放的二氧化碳重量,远远超过由陆地和海底火山所释放的总和。在2010年由人类活动引起的二氧化碳排放量估计约为 350亿吨,是全球火山二氧化碳估计排放量(约每年2.6亿吨)的100倍以上。

参考:

U.S. Geological Survey, Volcanic Gases and Climate Change Overview.

Gerlach, T., 2011 : Volcanic versus anthropogenic carbon dioxide. EOS, Transactions, American Geophysical Union, 92(24), 201-208.

 

什么是碳循环?

 

 

 

 

 

 

回到页顶