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人们有关大气温室气体浓度与升温幅度之间的对应关系的探讨，就充满着虚与实。在这个问题上呢，丁仲礼院士有一个总结。他说： 气候变暖是事实，人类活动导致的二氧化碳等温室气体排放增加，确实是气候变暖的主要因素之一，但这不意味着，气候变化的程度和幅度已经成为定论，也不等于大气温室气体浓度与气候升温幅度，形成了精确的对应关系，这更不意味着等待我们的是一场世界末日。 我觉得这个说得非常到位，完全表达了我想说的内容。 那么，我们来看看历史上是如何虚虚实实探讨这个问题的？最早探讨温室效应的，是法国人傅立叶，他当时就发现，仅仅依靠太阳光的照射，地球表面温度不应该是现在这个温度，应该更冷一些，于是他就提出几个假说。其中一个就是：在大气中的气体，可形成稳定的隔热层，就像玻璃之间的空气。虽然他并没有指出具体是什么气体，但他对于这个问题的思考，那是非常清晰，也是非常科学的，我们后来使用温室效应来指大气的这种过程，应该就与他这个比喻有关。 然后是丁达尔，他与傅里叶一样，也注意到了这个问题，然后他就做了很多的实验，用实验证明了：含有二氧化碳和水蒸气的气体，可以吸收热量。他还准确测量了大气中各种气体对于红外辐射的吸收，这种测量给温室效应假说~提供了非常有力的实验证据。 之后，另外一名科学家阿伦尼乌斯，他就更进一步，计算了二氧化碳含量与地球温度的关系，并利用这个关系，解释了为什么地球曾经有冰河期：因为那时的二氧化碳含量很低！他还计算了，如果二氧化碳翻倍，北极圈温度会升高3~4摄氏度，这些结果现在来看，还相当靠谱。所以，现代气候模型的时代，也就从这个时候开始了。 这是一幅经常被用来讨论的图。左边的图，是包括人为和自然强迫的模拟结果与实际观测值的比较。其中，黑色线条是观测值，黄色是各种不同模型模拟的结果，红色是这些模型结果的平均值，模型值与观测值吻合得非常好。右边，是仅仅考虑自然强迫的情况，模型值与观测值相差就越来越远。所以，只有考虑人类活动引起的强迫，才能够完全重现实际的温度记录。从这幅图还可以看到，火山爆发事件，明显驱动了全球气温的下降。 但是，气候系统实在是太复杂了，气候模式其实很难预测的。如果不考虑各种反馈，仅仅是二氧化碳翻倍，造成的温度升高大概也就1摄氏度左右。但是，二氧化碳升高后，导致温度升高，这个时候会让大气中的水汽也大幅增加，我们前面说了，水汽也是一种温室气体，结果，气温会因为这个反馈而升高更多，这就是水汽反馈。另外，水汽形成的云，在大气温度变化后，同样会发生变化，这就是云反馈。 我们对于未来气候变化的预测，最大的不确定性，就来自于这些不同的反馈。现在用最完美的气候模式，计算出来二氧化碳翻倍后，全球平均温度会增加1.5~4.5度，那么，这就有一个很大的幅度范围，充分说明了其中的不确定性。 不仅变化幅度有差异，还有更多的情况，导致不同区域的升温差异。大陆变暖比海洋更强烈，两极和寒冷地区的变化比较明显，而寒冷季节的北极地区、温暖季节的中纬度地区又更为明显。还有一种自放大机制，或者叫做正反馈：冰雪消融，降低了地表太阳辐射的反照率，增加升温；另一方面，因为增温导致土壤干化，没有足够的水来蒸发冷却，增温也是加快的。所以，这样看来，世界上某些地区的温度，实际上早已高出工业化前的水平1.5°C以上了。 对于海洋来说，变化又是另外一种情形，这主要是基本物理因素所驱动的。比如，海洋的热膨胀，意味着即便将全球升温限制在1.5°C，没有冰川融化，仅仅因为热胀冷缩，海平面也会继续上升。过量CO2溶解到海洋中，一定会导致其酸度增加，对于海洋贝类来说，可能是致命的，因为这些贝壳在酸化的环境中，可能会变得很软，或者被溶解。
可见，利用气候模型，很多不确定性难于预料，难于模拟。那么，除了利用气候模型，我们还有另一个手段，就是研究过去气候的变化。地球只有一个，气候历史也只有一个，我们不能做实验，但是我们可以分析曾经的气候变化与二氧化碳的关系，而且二者过去都经历过剧烈的变化。我们刚才也展示过一张过去40万年来的变化情况，那么在更早的过去呢？
地球历史上的三个不同时期，7.5亿年前、6.35亿年前和5.8亿年前，地球曾经变成雪球。这个时代，是没有生命之前的世界，或者与现代意义的生命相差迥异的时代，我们不过多考虑。
现代大气形成后，也就开始了现代生命的演化，地球的气候就在“冰窖”和“温室”两种状态之间交替变化。在过去5亿年里，地球经历了四次大温暖期和四次大凉爽，或者是寒冷期。在凉爽或寒冷期间，陆地上存在极地冰和大冰块，全球平均气温很低。而在温暖期，陆地上很少或者根本就没有极地冰，甚至没有冰块的存在。
如果把冰期与CO2的变化放在一起，就是这样一幅图。我们来看一下，这里不同颜色的曲线，是通过不同的数据源和模型获得的大气二氧化碳浓度。蓝色的柱子是大陆冰盖所覆盖的古代纬度的范围。范围越宽，表明气候越寒冷，范围越窄，表明气候越温暖。这个很明显，温暖期一般与较高的大气二氧化碳浓度相关，而冰窖期与较低的大气二氧化碳浓度相关。
这是过去1亿年间的温度变化情况。我们可以看到，温度有很大的变幅。
到了新生代，也就是6500万年前，温度短暂上升之后开始下降，然后就到了我们刚才看到的40万年前开始的周期性波动。温度与二氧化碳之间的关系也非常吻合。
这种波动，称为米兰科维奇循环，目前的解释是：地球轨道变化改变了季节之间的热平衡。
而最近的一项研究，对米兰科维奇循环提出了挑战，认为：我们现代的变暖，与过去1万年相比，大相径庭。这也就是我前面为啥说二氧化碳与温度的因果关系，与现代全球变暖不同。不知道大家注意到没有，我们对过去温度和二氧化碳浓度的测量，在不同的时间，其时间分辨率是不一样的。越古老的时代，保留下来的东西越少，更多是间接测量的，而越是接近现代，数据越多，分辨率越来越高。
特别是近现代，数据太多，情况就显得越来越复杂。导致我们现在的任何气候模式都禁不起这些复杂情况的考验。正如丁仲礼院士所说：大气温室气体浓度与气候升温幅度并不是精确的对应关系。我们看到，从1998 到2014年间，全球温度基本没有增加，为此共有不下十种不同的假说来解释这种情况，有的说，是太阳黑子活动下降的，有认为是中国污染物的功劳，还有认为小火山活动的、平流层里水汽变化的、海洋大量吸收热量的，因为水的比热高嘛。这些情况其实都是很难在这些气候模式中进行精确模拟的。 地球上的物质，基本上我们应该看作是守恒的，并没有什么理由会引起太多的损失或者是增加。也就是说，任何变化都是某些物质放在什么地方的问题。碳也一样。
但我们现在关心的是，在这些变化中，人的作用究竟有多大？IPCC认为，主要是人类活动引起的。这并不是信口开河，得出这样的结论，也是经历了很长时间的验证。在IPCC最早的报告中，也就是1990年的报告，并没有任何量化的描述；而在第二次报告中呢，就用到了“可辨别的”这个词；然后在2001年，用了“可能”这个词，并标记为67-90%的可能性；2007年用了“非常可能”，标记为至少90%的可能性；2013年用了“极有可能”，标记为至少95%的可能性。而最近的一次调查，97.1%的科学家认为是人类的影响。从这些数值和字面描述上的变化，我们可以理解，科学家对气候变暖的归因越来越明确，这是因为他们获得的证据越来越强了。
那么，认定了气候变暖的原因，就需要想办法控制。科学家们使用计算机模型，来模拟对应不同变暖水平的温室气体排放。具体的目标，经过科学家们反推，确定了1.5摄氏度和2摄氏度的目标，称为碳倒计时。不同的可能性通常被称为“温室气体排放路径”。然后就设定1.5摄氏度作为目标，而2摄氏度是不能突破的，描述为“远低于”2摄氏度的水平。
之后的《巴黎气候协定》，这个由全球178个缔约方共同签署的气候变化协定，对2020年后全球应对气候变化的行动作出了统一安排。《巴黎气候协定》的长期目标是：将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上远低于2摄氏度之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5摄氏度之内。
那么，如何将升温控制在1.5°C的水平呢？其实并不存在单一且明确的路径。比如，这里的两个例子，左边显示的，全球温度稳定在比工业化前水平高出1.5°C或低于1.5°C的水平。右边显示的：本世纪中叶，升温超过1.5°C，持续最长几十年时间，并在2100年前降回到1.5°C以下，这称为“过冲”路径。我们可以理解到的， “过冲”过程的尺度越大、时间越长，对减少排放源，以及大气中CO2移除实践，或者是技术的依赖性，也就越大。
那么，我们距离1.5°C还有多远呢，这里有一组数据。在2006年~2015年这十年间，相对于1850年~1900年，变暖达到了0.87°C，这主要是由于人类活动增加了大气中温室气体的含量。目前，全球温度每十年上升0.2°C，到2017年，因人类活动引起的变暖，就已经达到了比工业化前水平高1°C。如果继续以这种速度变暖，到2040左右就达1.5°C。我们还有不到20年的时间。
但前不久的调查，又刷新了记录，说世界已经变暖了约1.2℃。也就是说，在短短15年内，我们就可能会超过1.5℃。这意味着，如果不立即采取行动大幅减少温室气体的排放，《巴黎气候协定》的目标可能无法实现。
这是最近Science上的一篇文章，就是在COP26气候峰会期间所发表的，对于在这次气候峰会上的新承诺进行了评判，风险依然很大。而且其中的这个说法，也非常耐人寻味：没有一个国家进展足够快，但许多国家正在向前迈进。说明大家有遏制气候变化的共同意愿，但行动力仍然不足。  虽然道路很艰难，但是我们还是不得不去解决问题。其中，碳中和迫在眉睫！要畅想我们碳中和的未来，必须知道我们已有的东西是什么，可见的东西是什么，又有哪些东西我们知道它在那里，会有助于我们人类的未来。 |
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