不确定研究仍应成为哥本哈根峰会首要话题

  酝酿已久的2009年12月7日～18日的哥本哈根联合国气候平均状态随时间的变化峰会就要召开了。很多国家为这次峰会的召开作了大量准备。一系列气候平均状态随时间的变化评估报告精确指出，全球增暖已经是一个不争的事实，而且增暖的原因直接与排放有关。世界各地不断发生的持续性异常高温热浪、低温雨雪、风暴、干旱也被认为是全球增暖的产物。一些研究者从不同的侧面阐述，气候平均状态随时间的变化的现实和前景要比IPCC报告预估的严峻得多。于是，国际气候平均状态随时间的变化峰会和各国的准备主题就明确了。这个主题就是“节能减排和应对气候平均状态随时间的变化”。人们在思维中已形成了一个线性正比的关系链：排放增多经济稳步的增长CO2气体增加全球增暖自然灾害加剧。

  每一次的IPCC报告有三个组成部分，第一部分是科学，其次才是减排和应对。现在的一些气候平均状态随时间的变化报告和会议，科学字眼退出了主题词。实际上，科学应该是减排和应对气候平均状态随时间的变化的前提。在一个相当长的时期内，气候变化科学问题的不确定研究仍然需要放在首位。这里从几个维度说明我们的科学研究仍然具有实质性的不确定。

  （1）资料上的不确定。对科学研究，可靠的资料是第一重要的。然而，IPCC第三次评估报告中的千年温度序列就模糊了长期以来科学界探讨的中世纪暖期和小冰期先后持续几百年的研究结果。IPCC第四次评估报告之前的几年，科学界大量探讨了这个资料问题，于是更新的近两千年全球温度序列中中世纪暖期和小冰期的分界清楚了。它们之间的温度突然降低发生在1450年，平均气候降低了0.24℃。这一降温产生的原因仍然是一个谜。更新的全球过去千年温度序列反映出从小冰期向全球增暖期的转折发生在1849年。由于资料的不足和可靠性原因，很多研究主要使用了1880年以来的全球温度资料，由此会失去全球增暖期以来发生在19世纪70年代的一个暖平台。

  （2）解释上的不确定。1849年以来的全球增暖期中存在一个线性增加的趋势。在这个增暖的线年代的暖平台和20世纪末到21世纪初的暖平台，以及20世纪初和20世纪70年代的冷平台。增暖期以来的前2次暖平台和2次冷平台并没有引起人们的广泛注意。2001年的IPCC报告说明，20世纪是过去千年来全球气候最暖的百年，20世纪90年代是过去百年中最暖的10年，1998年是最暖的一年。这三个“最”字凸显出了过去千年地球上从未有过的增温现象。如果我们从千年全球温度序列中滤掉中世纪暖期和小冰期以及近百年来的全球增暖期气候趋势，则年代际的冷暖平台在过去的千年中发生过多次。进一步用数学方法正交分解这些冷暖平台后发现，不同强度冷暖的出现是多个时间尺度振荡频带叠加的结果。在过去的千年中只发现了一次至少有三个时间尺度振荡频带的峰值重叠，即发生的共振现象。这个唯一的共振就发生在20世纪末到21世纪初。所以，最近的全球增暖是过去千年中首次发生的年代际温度变化共振事件，形成的是一次千年一遇的极端年代际气候事件。

  （3）机理上的不确定。全球气候平均状态随时间的变化来自外部强迫和气候系统内部振荡两个方面。天气和气候事件的出现是多时间尺度波动叠加的结果。在天气时间尺度上，台风、气旋大风沙尘、持续高温热浪、低温雨雪冰冻等是大气内部多尺度系统叠加的产物。在年循环的气候尺度上，太阳加热北半球的最大时间在6月底，但大气要素，包括温度最大值的出现要滞后40多天。在年际时间尺度上，海洋温度的异常，如厄尔尼诺事件的发生会直接改变大气环流和全球气候的分布格局，1998年就是这样的。火山活动是气候系统的外强迫，平流层火山灰能够减少太阳到达地面的辐射，使全球年平均温度降低。外强迫有太阳活动的11年周期和火山阶段性活跃期，它们会对全球气候产生一定的影响。年代际气候平均状态随时间的变化主要反映在20～30年和50～70年两个时间尺度上，它们是海洋大气耦合系统中的自然振荡。有研究试图用火山的年代际频繁活动来解释50～70年振荡的气候平均状态随时间的变化，如20世纪的两个冷平台，可是火山频繁活动期都落后于冷平台的出现。百年尺度的气候变化与太阳辐射的百年尺度变化有关，全球气温变化的位相也是落后于太阳辐射变化位相的。人类活动引发的温室气体浓度有助于全球平均温度上升，但大气气溶胶是使全球平均温度下降的。全球温度对多种强迫的响应和气候系统的自然振荡是一个很复杂的问题，机理解释上需要更加多的研究。

  （4）预测上的不确定。如果不明白上述温度波动中的共振现象，仅仅依据20世纪80年代以来的增暖趋势，则21世纪末的全球温度会升高到5℃以上。反之，考虑到多个波动的叠加，则21世纪末的温度相对这次平台只会上升0.3～0.4℃。我们在2002年用千年温度序列分解得到，1998年是最近这个高温平台的峰值年，此后温度下降。预期，21世纪30～40年代是第一个冷平台，21世纪70年代将出现暖平台。2006年我们发表了预测意见，21世纪的温度要在过去百年线性增暖的趋势上叠加这些冷暖平台。最近10年来实际观测到的全球平均温度并没有按照IPCC预期的上升0.2℃，而是出现了一个年代际平台。如果看1998年到2008年全球平均温度的趋势，则11年来全球平均温度有下降的趋势。2009年北半球大部分地区从10～11月份开始提前降温进入冬季，雨雪天气类似上世纪60年代曾出现的情形。据此可以说，到2009年的过去12年全球平均温度在下降。针对20世纪70年代的冷平台，当时有人发表文章怀疑，我们是不是走到了全球增温的边缘。那么，面对当前的暖平台，能否怀疑：我们已走到了全球降温的边缘？

  （5）推论上的不确定。来自上述几方面的不确定，形成推论上的很多不确定是能够理解的。根据20世纪后20年全球增暖与发展中国家，特别是中国和印度的经济稳步的增长、能源的使用成正比的现象，有推断认为，全球增暖的加快与发展中国家的经济稳步的增长和能源使用紧密相关。联合国环境署2009年的报告称：21世纪以来，中国和印度的经济仍然在增长，能源利用仍然在增加，甚至比20世纪90年代增加了三倍。由此能够推论，全球平均温度增加得会更快，可1998年以来全球平均温度却有了下降的迹象。世界上不断出现的区域极端气候事件，如高温热浪、低温雨雪、风暴、干旱等事件被认为是气候变暖造成的。这样的推论也需要科学论证。大气运动是多时间和多空间尺度的。正像极端年代际冷暖平台的出现那样，不同时空尺度大气环流系统的巧合叠加造成了罕见的极端气候事件。天气和气候的异常变化也是多尺度振荡相互作用与巧遇的结果。

  （6）理解上的不确定。全球增暖是一个百年尺度以上的趋势或者更长时间尺度的波动。这样长时间尺度的波动与稳定的大尺度天气波动之间有什么联系，是需要理解的。全球增暖以北半球中高纬度为主，北半球的增暖又以西伯利亚和北美西北部最明显。天气波动就是旋转地球上流体运动的涡旋。缓慢旋转下的地球和北半球北冷南暖温差小的时候形成的天气波动少，移动慢，但空间尺度大，维持的时间长，对应局部地方能形成持续的异常天气和气候。相反，快速旋转和南北温差大的地球流体，大气呈现混沌的快速涡旋，天气系统频繁，尺度小、强度弱。

  最近十多年来的全球平均温度持平，甚至会降低，标志着一个新的年代际温度平台的形成。这次全球平均温度平台是过去千年中唯一的多个时间尺度频带叠加的共振结果。全球气温变化中高温平台的出现，给哥本哈根高峰会议提出了新的科学问题。