工業(yè)革命前的10000年里，地球的全球氣溫是不斷升高,，還是有所降低,？這還真是個(gè)問(wèn)題。圖片來(lái)源：wallgang.com

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change）最近要求,，在他們的年度報(bào)告中繪制一幅圖表,，以顯示全球氣溫在過(guò)去10000年間的變化趨勢(shì)。據(jù)美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的官方網(wǎng)站報(bào)道,，該校氣候研究中心教授劉征宇聽(tīng)到這個(gè)消息時(shí)的第一反應(yīng)是——這下可麻煩了,。

劉征宇和他的學(xué)生、同在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的朱江,，與來(lái)自世界各地的其他一些科學(xué)家合作,，一直在利用物理學(xué)模型來(lái)模擬氣候變化,。8月11日，他們?cè)凇睹绹?guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上發(fā)表了一篇研究論文,，描述了他們所用的3種氣候模式得出了一致的趨勢(shì)：在所謂的全新世（Holocene）,，也就是我們當(dāng)前所處的地質(zhì)年代，全球氣溫一直在上升,。

然而,，這一結(jié)論與美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)的肖恩·馬考特（Shaun Marcott）2013年在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的另外一項(xiàng)研究相矛盾。那項(xiàng)研究調(diào)查了其他科學(xué)家從全球73處地點(diǎn)采集的冰芯及浮游生物沉積物等樣本,，收集了從中分析得出的溫度數(shù)據(jù),。由此得出的結(jié)論是，全球從大約7000年前開(kāi)始進(jìn)入了一段降溫期,，直到工業(yè)革命人類(lèi)開(kāi)始大規(guī)模影響氣候變化,。

“研究氣候變化最主要的手段有兩種：一是對(duì)氣候變量，比如溫度,，進(jìn)行直接或者間接的觀測(cè),；二就是利用全球氣候模式，對(duì)氣候變量進(jìn)行數(shù)值模擬,?！敝旖诮邮芄麣ぞW(wǎng)采訪時(shí)說(shuō)，“我們的研究團(tuán)隊(duì)首次系統(tǒng)地提出,，這兩種手段對(duì)全新世全球溫度變化趨勢(shì)得出的結(jié)論截然相反：氣候代用資料表明全球平均溫度降低了約0.5℃,；氣候模式結(jié)果表明溫度升高了約0.5℃?！?/p>

“現(xiàn)在,，我們遇到了一個(gè)頑固的矛盾，”在校方發(fā)布的新聞稿中,，劉征宇表示,，“觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示全球在變冷。物理模型卻顯示全球在升溫,?！?/p>

這些科學(xué)家把這個(gè)問(wèn)題稱(chēng)為“全新世溫度變化之謎”（the Holocene temperature conundrum），這也是他們?cè)凇睹绹?guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的那篇論文的標(biāo)題,。

氣候代用資料

“全球氣溫的可靠測(cè)量始于1856 年,，而高覆蓋的衛(wèi)星觀測(cè)僅始于1978年?！敝旖瓕?duì)果殼網(wǎng)解釋說(shuō),，“對(duì)于更早的溫度變化，我們只能利用一些環(huán)境記錄來(lái)反演，比如樹(shù)木年輪（tree ring）,，冰芯（ice core）和珊瑚（coral）中的稀有同位素,，海洋沉積物中浮游性有孔蟲(chóng)（Planktonic foraminiferal）外殼的鈣鎂比值，以及海洋沉積物中長(zhǎng)鏈烯酮（Alkenone）的不飽和度等等,。這些資料稱(chēng)為‘代用資料’,，因?yàn)樵谀撤N程度上，我們可以利用它們間接推測(cè)出溫度變化的趨勢(shì),?！?/p>

“不難想象，氣候代用資料有很大的不確定性,?！敝旖硎荆耙愿∮涡杂锌紫x(chóng)外殼的鈣鎂比值為例,，這個(gè)比值常被用來(lái)反演海表溫度。實(shí)際上,，鈣鎂比值除了和有孔蟲(chóng)生長(zhǎng)時(shí)的環(huán)境海水溫度密切相關(guān),，還與海水鹽度以及碳酸離子濃度有關(guān)。此外,，我們反演出的海水溫度,，更多地代表了浮游性有孔蟲(chóng)生長(zhǎng)季節(jié)的海水溫度，而并不是嚴(yán)格意義上的年平均溫度,?！?/p>

在2013年發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的那項(xiàng)研究中，馬考特等人調(diào)查了其他科學(xué)家從全球73處地點(diǎn)采集的冰芯,、浮游生物沉積物等樣本,，并收集了從中分析得出的數(shù)據(jù)。但是,，他們收集的數(shù)據(jù)有時(shí)候相互矛盾,，特別是在北半球。

由于解釋這些代用資料非常復(fù)雜,，劉征宇及其同事相信,，它們或許無(wú)法恰當(dāng)?shù)靥峁┮粋€(gè)全局圖景。舉例來(lái)說(shuō),，從夏季沉積的巖芯中采集的生物樣本,，與同一個(gè)地點(diǎn)在冬季沉積的巖芯中采集的樣本，或許就會(huì)存在差異,。這是去年那項(xiàng)研究的作者都承認(rèn)的一個(gè)局限性,。

藍(lán)色為氣候代用資料表示的溫度變化（Marcott et al., 2013 and Shakun et al., 2012）。黑色和黃色為氣候模式模擬的溫度變化（平均方式略有不同）。紅色表示考慮氣候代用資料可能的季節(jié)偏差訂正后所得到的全球平均溫度,。摘自Liu et al., 2014.

氣候模式

“全球氣候模式是用來(lái)模擬大氣,、海洋、陸地和海冰,，以及它們之間相互作用的數(shù)學(xué)模型,。”朱江繼續(xù)解釋說(shuō),，“氣候模式被廣泛應(yīng)用于氣候和古氣候變化研究,，也被大量用于預(yù)測(cè)將來(lái)的氣候情景，尤其是考慮到大氣中二氧化碳等溫室氣體的濃度即將達(dá)到過(guò)去幾百萬(wàn)年來(lái)從未有過(guò)的高值,?！?/p>

朱江對(duì)果殼網(wǎng)說(shuō)：“在這項(xiàng)研究中，我們使用了3個(gè)來(lái)自不同研究中心的氣候模式,，分別模擬了全新世的氣候變化,。”這些模擬考慮了諸多影響氣候的因素,，包括地球上接受的陽(yáng)光強(qiáng)度,，全球溫室氣體的濃度，冰蓋的覆蓋率以及融水的變化等等,。每個(gè)模型都顯示,，過(guò)去10000年來(lái)全球在變暖。

劉征宇也在校方發(fā)布的新聞稿中表示,，過(guò)去的10000年來(lái),，大氣中的二氧化碳水平在20世紀(jì)之前升高了20 ppm（1 ppm為百萬(wàn)分之一），末次冰盛期（Last Glacial Maximum）的大規(guī)模冰蓋也一直在消融,。這些物理變化暗示,，全球年平均溫度應(yīng)該是在持續(xù)升高——雖然地球上某些局部地區(qū)經(jīng)歷過(guò)降溫，比如16世紀(jì)和19世紀(jì)之間歐洲經(jīng)歷的小冰期（Little Ice Age）,。

按照劉征宇及其同事目前的認(rèn)識(shí),，他們不相信過(guò)去10000年間有任何物理量能夠強(qiáng)大到足以逆轉(zhuǎn)上述氣候變暖的趨勢(shì)。他們?cè)谘芯恐兴玫臍夂蚰Ｊ揭诧@示,，這是不可能的,。

套用劉征宇在新聞稿中的話來(lái)說(shuō)，“基本物理定律說(shuō)溫度會(huì)上升,，那就必定會(huì)變暖,。”

當(dāng)然,，氣候模式也存在一些已知的不足,，比如模型中沒(méi)有考慮火山活動(dòng)的影響,，而火山噴發(fā)可能導(dǎo)致降溫。不過(guò)這些研究者指出,，沒(méi)有證據(jù)表明全新世發(fā)生過(guò)劇烈的火山活動(dòng),。此外，模型也沒(méi)有考慮塵埃和植被的影響,，它們也都可能導(dǎo)致降溫,。

歸根到底，過(guò)去10000年來(lái),，全球是在升溫還是在降溫,？換句話問(wèn)，到底誰(shuí)說(shuō)得對(duì)呢,？劉征宇說(shuō)：“或許,，我們?nèi)疾煌耆_。部分問(wèn)題可能出在數(shù)據(jù)上,，因?yàn)?013年那項(xiàng)研究中有些數(shù)據(jù)本身就相互矛盾,。也有可能部分問(wèn)題出在模型上，因?yàn)槟Ｐ蜎](méi)有考慮所有的物理機(jī)制,?！?/p>

不過(guò),，朱江特別強(qiáng)調(diào),，他們的這一研究結(jié)果,，跟工業(yè)革命以來(lái)人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的全球變暖并無(wú)沖突?！拔覀儾捎玫?個(gè)模式都能較好地模擬出過(guò)去100多年的全球增暖，增暖幅值和全球氣溫的直接觀測(cè)大致相當(dāng),。而且,，模式研究都表明，人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的溫室氣體排放是如今全球變暖的主要原因,?！?/p>

“古氣候模擬結(jié)果和代用資料的矛盾，不能簡(jiǎn)單地用來(lái)否定氣候模式對(duì)當(dāng)今氣候的模擬能力,?！敝旖f(shuō)，“因?yàn)橐环矫?，古氣候代用資料有很大的不確定性,，不能用來(lái)作為評(píng)估古氣候模擬的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面,，我們對(duì)于當(dāng)今氣候強(qiáng)迫量的認(rèn)識(shí)完備性,，也要遠(yuǎn)超對(duì)古氣候強(qiáng)迫量的了解,。”

氣候科學(xué)家計(jì)劃在今年秋天召開(kāi)會(huì)議,，共同探討全新世的這一溫度變化之謎,。（編輯：Calo）

參考文獻(xiàn)：

Liu, Z., J. Zhu, Y. Rosenthal, X. Zhang, B. L. Otto-Bliesner, A. Timmermann, R. S. Smith, G. Lohmann, W. Zheng, and O. Elison Timm (2014), The Holocene temperature conundrum, Proceedings of the National Academy of Sciences, In press, doi:10.1073/pnas.1407229111.

Marcott, S. A., J. D. Shakun, P. U. Clark, and A. C. Mix (2013), A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years, Science, 339(6124), 1198-1201, doi:10.1126/science.1228026.