常问的问题9.2 : 能用自然变率解释20世纪的
常问的问题9.2
能用自然变率解释20世纪的变暖吗？
很不可能用自然原因来解释20世纪的气候变暖。20世纪末期已呈现异常变暖。古气候重建结果表明，20世纪后半叶可能是最近1300年间北半球最暖的50年。这种快速的变暖与气候如何对过去一百年间发生的温室气体快速增加做出响应的科学认知相一致；但这种变暖与气候如何对外部自然因子(如太阳辐照度变率和火山活动)做出响应的科学认知不一致。气候模式为研究对地球气候的各种影响提供了合适的工具。当把温室气体增加的影响以及外部自然因子的影响纳入模式时，模式可做出对过去一百年间发生变暖的很好模拟。当仅使用自然因子运行时，模式不能再现观测到的变暖。当把人为因子纳入其中时，模式还可以模拟出类似于最近几十年间发生的全球温度变化的地理分布型态。这种空间分布具有北半球高纬度变暖较大的特征，它不同于最重要的自然气候变率的分布型态，后者与内部气候过程(如厄尔尼诺)相关。
地球气候在一段时间内的变化是由内部的自然过程(如厄尔尼诺)，以及外部影响的变化造成的。这些外部影响在来源上可能是自然的，如火山活动和太阳辐照度的变化，或者是由人类活动造成的，如温室气体排放、人为源的气溶胶、臭氧破坏，以及土地利用的变化。内部自然过程的作用可以通过研究观测到的气候变化，以及通过运行气候模式而不改变任何影响气候的外部因子来进行估算。外部影响的作用可以通过改变这些因子，以及通过利用对所涉及过程的物理认知来进行估算。内部自然变率和外部自然因子的组合影响还可以根据树木年轮、冰芯，以及工业时代以前其它类型的自然“温度表”中记录的气候信息进行估算。
影响气候的外部自然因子包括火山活动和太阳辐照度的变化。爆发性火山喷发有时会从高空向大气中喷射出大量的尘埃和硫酸盐气溶胶，暂时遮蔽住地球，以及返回太空的反射太阳光。太阳辐照度具有11年的周期，可能还有更长期的变化。过去100年间的人类活动，尤其是燃烧化石燃料，造成了大气中二氧化碳和其它温室气体的迅速增加。在工业时代以前，这些气体始终保持在一个接近稳定的浓度上，时间长达数千年之久。人类活动还造成大气中细微反射颗粒，或“气溶胶”的增加，尤其是在20世纪50年代和60年代。
虽然内部自然气候过程(如厄尔尼诺)可能在相对较短的时期内引起全球平均温度的变化，但分析表明，这种变化中的相当大一部分是由外部因子造成的。短暂的全球变冷发生在较大的火山爆发之后，如1991年的皮纳图博火山。在20世纪初期，全球平均温度上升，在这段时间里温室气体的浓度开始上升，太阳辐照度或许有所增加，有过小规模的火山活动。在20世纪50年代和60年代，全球平均温度平缓，这是因为来自化石燃料和其它来源的气溶胶的增加使地球变冷。1963年阿贡火山也曾向高层大气喷发过大量的反射尘埃。自20世纪70年代起观测到的快速变暖发生在一个以温室气体增加为主的时期，其主导地位超过了所有其它因子。
利用气候模式进行了多次试验，以确定20世纪气候变化的可能原因。这些试验表明，当模式仅考虑太阳辐照度的变化和火山活动时，它们不能再现最近几十年里观测到的快速变暖。然而，如图1所示，当模式中采用了所有最重要的外部因子时，包括诸如温室气体和外部自然因子等来源的人类影响，它们能够模拟出观测到的20世纪的温度变化。模式估算的对这些外部因子的响应在20世纪的全球气候中，以及在每块大陆上都是可检测的，南极洲除外，那里的观测资料不足。在过去半个世纪中，人类对气候的影响在全球平均地表温度方面很可能超过了所有其它变化原因。
不确定性的一个重要来源是由于对某些外部因子(如人为源的气溶胶)的认知不足。此外，气候模式本身还不完善。尽管如此，所有模式模拟出的对人类活动引起温室气体增加的响应型态与观测到的变化型态相似。这种分布型态包括陆地的变暖大于海洋的变暖。这种变化型态不同于与内部自然变率(如厄尔尼诺)相关的温度变化的主要型态，它有助于把对温室气体的响应与对外部自然因子的响应区分开来。模式和观测结果还表明，大气的较低部分(对流层)变暖，而大气的较高层变冷。这是另一个变化的“迹象”，它揭示出人类影响对气候的作用。例如，如果太阳辐照度的增加是最近气候变化的主要原因，则对流层和平流层都应当变暖。此外，人类影响和自然外部影响在时间上的差异有助于区分气候对这些因子的响应。上述考虑提高了以下结论的可信度：人为因子、而非自然因子是过去50年里观测到的全球变暖的主要原因。
根据自然“温度表”(如树木年轮，其宽度或密度随温度的变化而变化)和历史天气记录对过去一到二千年北半球温度所做的估算提供了更多的证据，表明20世纪的变暖不能仅用内部自然变率和外部自然强迫因子来解释。这些估算的可信度有所增加，因为在估算所表明的工业时代以前北半球平均温度的变化中，有大部分可以用大规模火山爆发造成的阶段性变冷，以及太阳辐照度的变化来解释。其余部分的变化大体上与气候模式中不含自然因子和人为诱发的外部因子时模拟出的变率相一致。尽管在估算过去温度方面存在着不确定性，但估算结果表明，20世纪后半叶很可能是最近1300年间最温暖的50年周期。估算的由自然因子引起的气候变率小于20世纪的强势变暖。