气候变化中关键科学问题的释疑.ppt

CO2排放率目前大大超过它的清除率，缓慢而不完全的清除意味着，CO2小到中程度的减排将不会造成CO2浓度的稳定，而只是在未来几十年中使其增长率减少。 对于有确定生命期的痕量气体情况完全不同。对有100年生命的N2O而言，需要50%以上的减排才能稳定在今天的浓度水平（图6b）。常值排放要稳定浓度需几百年。对于短生命气体，今天的损失约占排放的70%，不到30%的减排仍会造成浓度短时期增加，但不同于CO2，它可在几十年中使浓度稳定（图6c）。这种气体浓度稳定水平的降低，直接正比于减排状况。因而这种气体大于30%的减排可使其稳定在明显低于今天的水平之下。如完全没有排放，在不到1个世纪将导致回到工业革命之前的浓度（对于10年生命期的气体）。 盖阿理论（J.Lovelock）及其争议 盖阿（Gaia，希腊地球神）理论将地球与生物当做一个可以自我调节的整体，强调生物圈对全球环境的作用。不能把生物仅仅作为环境的附属品，而片面强调环境对生物进化的制约，（达尔文进化论强调生物对环境的适应）生物在自身进化的同时，也积极调节着全球环境，使之更有利于生物进化。生物圈是联系地球各圈层的关键环节（图7）。 Gaia的自我调节由生物反馈作用实现，主要是负反馈作用，抑制地球偏离原状态。这种生物反馈由达尔文的自然选择（或适者生存）产生。在地质事件之后，通过生物集体作用可以调节地球演化过程中发生的突变性变化，使之回复正常，以适应生物生长，即“生命造就生命” 图7 生物与和环境共同演化（引自孙枢，王成善，2008） 盖阿理论的提出者用雏菊世界来说明地球早期的生命。由于起初的世界比雏菊世界要复杂的多，因而，盖阿假说导致了许多争议。 雏菊世界和地球早期的生命 雏菊世界是一个假想的行星，它自转，并围绕着一个很像太阳的恒星转动。只有雏菊生长在雏菊世界，他们有两种颜色，黑色和白色。雏菊对温度非常敏感，他们在20℃生长最好，低于5 ℃他们便不能生长，高于40 ℃他们会枯萎死亡，雏菊通过自己吸收和放出辐射而影响他们自己的温度，褐色雏菊吸收更多的阳光，因而比白色雏菊保持更暖的温度。 在雏菊世界历史的早期，太阳相对较冷，比较适合于黑色雏菊，因为通过吸收太阳辐射，他们能将自己的温度维持在接近20 ℃，大部分白色雏菊死掉了，因为它们反射太阳光，而不能使其温度维持在临界温度5 ℃.可是，在行星历史的后期，太阳变得热起来，现在白色雏菊也能茁壮成长，两种雏菊都很茂盛。再往后，当太阳变得更热，白色雏菊占主导地位，因为条件对黑色雏菊来说变得太暖和。最终，如果太阳继续增加其温度，即使白色雏菊也不能使其温度维持在临界温度40 ℃以下，所有的雏菊都死掉了。 雏菊世界是Lovelock采用的一个简单模式，用来解释在地球上生命系统内部发生的复杂得多的一种反馈和自我调节。 Lovelock提出了一个相似的简单模式，作为对地球上的生命早期历史的一个可能描述，如图8中虚线表示一个没有生命，而有一个像我们现在大气层的大气（大部分为氮，有大约10%的二氧化碳）的行星上应具有的温度，由于太阳在这一期间逐渐变热，因而温度上升，大约在35亿年前出现了原始生命。 Lovelock在他的模式中只假定了两种生命形式，一种是厌氧光合作用细菌，他们利用二氧化碳组成他们的身体，但不放出氧气；另一种是具有分解作用的细菌，将有机物转换成二氧化碳和甲烷。当生命出现时，温度降低，伴随着温室气体二氧化碳浓度的减少，在大约23亿年前的末期，出现了更复杂的生命。 由于存在过剩的自由氧，甲烷的丰度下降到低值，从而导致温度的另一次下降（甲烷也是个温室气体）。这些生物过程的整体影响是，在这一期间为地球维持了一个稳定的可以承受的温度（图8）。 雏菊世界 图8 地球早期历史的模式（Lovelock提出） 盖阿假定中强调：地球的反馈和自我调节是如此之强，以至于我们人类不需要关心我们创造的污染—盖阿有足够的调控能力来做我们可能要做的一切事件。这个观点没有认识到大量的扰动对地球的作用，特别是环境在适应人类活动方面的脆弱性。 气候变化中关键科学问题的释疑 目录 气候模式的预测是否可靠？ Charney的气候敏感性及以后的争议 气候突变有可能发生吗 云的作用－长期争论的一个科学问题 温室气体排放一定会引起温室气体大气浓度和气温增加吗？ 盖亚理论（J.Lovelock）及其争议 气候模式的预测是否可靠？ 气候模式的发展之所以受到很大的重视，主要在于它对未来的气候条件能够提供有物理依据、比较可信的客观、定量的预测结果，尤其是对大尺度气候异常和变化的预测可信度较高。 气候模式的信度来自三个原因 一是构建气候模式的基础是一套描述地球系统特征的物理或定律和数学方程组，它们在物理学和数学或计算数学领域中是完全被证明和公认的。 第二个原因来自于它模拟或复制现代气