全球最热一天纪录诞生,但这样的夏天在未来或许是常态

2023.7.30 天涯杂谈 5
全球最热一天纪录诞生,但这样的夏天在未来或许是常态 图源:Pixabay

撰文|张天祁 冯灏

7月初,我们刚刚经历了全球最热的一天,而且连续经历了三次。

美国国家环境预测中心 (NCEP) 的数据。7月3日,全球平均气温达到17.01°C,创下仪器观测以来(1850年代以来)最高气温纪录。仅仅过了一天,7月4日全球平均气温记录被打破,平均气温达到17.18 °C[1]。

缅因州大学的非官方记录还显示。7月6日,全球平均气温记录被再次被打破,到达17.23 °C.有记录以来全球平均气温超过17°C的日子,都集中在了这疯狂的一周[2]。

今年还不止有这屡屡突破高温记录的一周,我们刚刚度过了历史上最热的6月。根据NASA 全球气温分析,2023 年6月是有记录以来最热的6月。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的数据显示,今年6月份气温首次比长期平均水平高出 1°C[3]。

今年创纪录的高温吸引了大家的关注。不过回顾下近几年的情况,可以发现今年的情况并非偶然,各类高温纪录在近几年已经频繁被打破。欧盟哥白尼气候变化服务中心的数据显示,过去8年是有记录以来最热的8年。

史上最热一天,未来只是常态

对于今年的高温,有人怀疑是拉尼娜现象转化为厄尔尼诺现象所致,但实际上现在厄尔尼诺还远未发力。

复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院青年研究员袁嘉灿解释,今年6月Nino-3.4指数显示ENSO已转变为厄尔尼诺,然而强度还不强。一般来说ENSO为厄尔尼诺态的时候全球平均气温偏高,但各地温度对厄尔尼诺的响应并不均一。

厄尔尼诺或许对高温有所贡献,却很难被认定为是高温的主因。中国气象局原副局长、中国气象服务协会会长许小峰认为,这次厄尔尼诺事件应该说刚进入起始阶段。

“根据世界气象组织7月4日发布报告的说法,热带太平洋七年来首次形成厄尔尼诺条件,讲得也比较谨慎。按照中国气象局发布的厄尔尼诺形成标准,这次已形成的厄尔尼诺条件会如何进一步发展,还要继续观察。若说这次厄尔尼诺是高温突破的主因,为时尚早,难以下这样的结论。还是应从全球气候变暖的大背景来分析。”许小峰说。

如果担心厄尔尼诺助推高温,或许未来几年的状况更值得关注。许小峰推测,从近年来的具体变化情况看,接下来的五年平均温度高于过去五年的的概率还是较大的。

中国科学院大气物理研究所副研究员满文敏估计,中国科学院大气物理研究所副研究员满文敏估计,明年厄尔尼诺带来的影响可能会更严峻。“因为厄尔尼诺事件一般在秋冬季达到成熟位相,就是说今年冬天可能海温达到最强,结合历史资料来看,它会对次年春夏季中国气候产生很大的影响,也就是2024年夏季,长江流域发生洪涝的概率会比较大,此外,在厄尔尼诺叠加全球变暖的背景下,2024年发生极端高温的概率也会比较大。”满文敏说。

许小峰解释,从过去一些年全球平均气温的演变看,2016年是强厄尔尼诺年,全球平均气温创下历史记录,2019~20年是弱厄尔尼诺年,全球平均气温为历史次高和第三高年份,接下来进入到了持续性拉尼娜周期。若今年开始再次发生厄尔尼诺,温度创下新高的可能性需要关注。

2023 年5月17日世界气象组织(WMO)发布的报告也预测,在温室气体和自然发生的厄尔尼诺事件的推动下,未来五年全球气温可能飙升至创纪录水平。

2023年至2027年之间至少有一年,有98%的可能超过有记录以来最热年份2016年。2023至2027年的五年平均气温,也有98%的可能性高过上一个五年(2018-2022)。

英国气象局专家科学家莱昂·赫尔曼森博士表示“全球平均气温预计将继续上升,使我们越来越远离我们习惯的气候[4]。”

在更长远的未来,我们有很高的可能要面对比现在更热的天气。2022年的一项研究显示,1979-1998年间即使是热带亚热带地区,气温达到危险高温(39.4°C)以上的天数也不超过15%,但2050年,这个比例可能会达到25%到50%。到本世纪末,估计中纬度地区平均也有15到90天超过危险高温,夏季北半球大片地区出现危险高温的概率会增加3到10倍[5]。

美国的第一街基金会发布的报告选出了美国各地最热7天的温度(可以不连续),通过建模计算到2053年这样的高温每年会出现几天。平均而言,2053年美国会有18天温度相当于当下的最热7天,最严重地区能达到34天。现在的最热一周已经难熬,但在未来这样的日子可能足足有一个月[6]。

历史上最热的一天已经出现,但在未来的夏天,这或许只是平凡的一天。

十万年以来最热?

今年的高温不止是有仪器观测以来的纪录。伍德韦尔气候研究中心的科学家詹妮弗·弗朗西斯(Jennifer Francis)甚至表示,这是“至少十万年以来的高温”纪录[7]。

这种说法虽然惊人,也不是没有依据的单纯夸张。2021年IPCC的第六次气候评估报告就提出,全球平均气温正在达到10万多年来前所未有的水平。而在2013年的上一次报告中,只是提出北半球变暖程度达到了至少1400年来最高水平[8]。

不过,将过去温度的长期记录与短期极端温度进行比较,这是古气候学家们不太认可的做法。古气候学家从湖床或海底提取沉积物核心进行分析,这种方法适合重建长期的气温,很难将重建的至少数个世纪的长期气温与近几十年快速变化气温进行比较,更不用说具体某一年某一天了。

北京大学物理学院大气与海洋科学系特聘教授、中国气象学会副理事长胡永云表示,“7月6日是有器测资料以来温度最高,而不是指更早的时间。器测之前,都是使用树木年轮、石笋、地质记录等替代资料重建的,不能与器测相比。”

北亚利桑那大学地球与环境科学教授达雷尔·考夫曼认为,对于7月初几天破纪录的高温“10万年以来的最高温”说法很可能是正确的,但没有追溯到10万年前的详细温度记录,所以无法确定。他更确信的,是以多个世纪的平均温度而言,我们现在已经进入了10多万年来未曾出现的新气候状态[9]。

IPCC新报告说法的改变,主要也是参考了古气候研究的内容。地球的全球平均温度在寒冷的冰期和相对温暖的间冰期之间波动,周期持续约10万年,我们目前正处于大约12000年前开始的间冰期,是一个相对温暖的时期。根据古气候学家的重建结果,工业革命之前的上一个温度峰值出现在6500年前左右,但当时全球平均温度比工业革命前夕高出不到1°C.而在过去10年,平均温度已经高过工业革命前夕1.1°C左右。

根据IPCC第六次报告中的气候模型,不同的排放程度下,到1900到2300年平均气温可能较工业革命前夕上升1.2到4°C.过去10年的气候变化时间太短,但如果这个跨度4个世纪推算准确,那么6500年前的温度峰值显然不过本次全球变暖。也就是说,本次全球变暖的多世纪平均气温水平,在最近12000年左右的间冰期里找不到对手,至少要回顾到10万多年前的上一次间冰期,才可能找到温度相似的时期[10]。

把时间尺度缩小一些,从几十年的变化来看,全球变暖带来的增温同样突出。满文敏告诉《知识分子》。IPCC第六次评估报告第一工作组报告中的重建数据表明,1970年以来全球表面温度的增长速度比过去至少2000年的任何其他50年期间都要快,当前的增暖是过去2000年中前所未有的。2019年最新发表的温度重建资料表明,在全球98%以上的地区,过去2000年最热的时期发生在20世纪。

需要注意的是,全球变暖是就全球平均气温而言,而气温在空间尺度上是不平均的。有些地方在过去的2000年中,仍然有可能有某个时期的温度超过近几十年。但在全球尺度上,对全球绝大部分地区来说,20世纪的变暖都是前所未有的。一些我们熟悉的说法,例如汉唐时期气温偏暖,更可能是地区性的现象。

中国区域过去2000年的温度重建资料表明,20世纪气候增暖在北半球几乎同步,而中国历史上东部和东北部暖期出现实际不一致,并且同期青藏高原的温暖程度极弱。20世纪中国东北部的温度与公元441-540年温度相当,在中国中东部地区,20世纪的温度较1201-1300年偏低。而在青藏高原和西北地区,20世纪的增暖在过去2000年中是史无前例的[11]。

“我们说汉唐时期整体偏暖、小冰期整体偏冷,都是有很大的不确定性的,整体的平均气温可能高一点或低一点,但在空间上是分布不均匀的。而对全球98%以上的地区,20世纪的变暖都是前所未有的,这是比较肯定的。”满文敏说。

关于历史时期的中国气候误解还有很多。满文敏对过去2000年的气候变化做了很多研究,在她看来,一些气候重建研究的结论和对研究的解读可能过于简单。比如汉唐时期的繁荣,明清之交的凋零和气候的联系可能没有那么直接。

例如,过去曾经有研究根据石笋重建了气候,认为中国东部夏季风强弱和朝代兴亡有联系,季风强经济代表气候湿润、农业繁荣。满文敏认为,按照气候学的研究,中国东部的降水是有空间分布的。东部季风强往往不会带来整体的气候湿润,而是季风边缘北推,长江流域降水反而会减少。简单地把一种指标和整体气候甚至朝代更替联系在一起,还是有一定的片面性。

另外,无论是过去2000年的气候,还是更早时间的气候数据,都是气候重建的结果。满文敏表示,有研究指出中国区域温度的重建不确定性范围可达约正负0.3度。因此在谈及资料重建时,也需考虑其不确定性范围。

远未结束的全球变暖

用过去2000年甚至更早的气候重建数据和本次全球变暖做对比,是为了更好地理解地球气候在未来会发生的变化,从作出更合适的决策。

但这种跨时空的“比大小”也会给人带来一种错觉,似乎历史上不乏大尺度的气候变化,沧海桑田,当下的变化也就算不了什么。这犯了一个错误,“谈气候变化,一定要先明确时间尺度,不同时间尺度上的变化,背后的驱动因子是不同的。”满文敏说。

满文敏解释了气候变化的不同时间尺度以及主要的驱动因子。地质时间尺度的气候变化,完全是自然因素作用的结果。在构造尺度上,地质构造运动包括大陆漂移、造山运动、板块运动等,会影响地球气候,其时间尺度是几千万到几亿年。

轨道尺度气候变化,可以用米兰科维奇理论来解释,涉及地球轨道偏心率、黄赤交角和岁差这三大天文因子的变化,时间尺度是万年到百万年的。

重建记录表明,在早始新世时期(发生在距今5300-4900万年之前),大气中的二氧化碳浓度为1150-2500 ppm,相较于1850-1900年平均,全球平均地表温度增暖10-18°C,海平面高度升高70-76米。

在约300万年前的上新世,地球也经历了一段暖期,当时大气中的二氧化碳浓度与现在相似,但地表温度比1850-1900年高2.5°C-4°C,海平面比1850-1900年高5-25米,这是因为除温室气体以外,冰盖等其他外强迫因子也对当时的气候有重要影响。

主导过去2000年气候的,在1850年以前主要是自然强迫因子,尤其是太阳活动和火山活动。植被、轨道参数等因素在模拟试验时也会纳入考虑,但客观影响非常小。现在有越来越多的研究认为,火山活动相比太阳活动影响更大,太阳辐射的波动很小。

至于我们关注的全球变暖,主要是针对工业革命以来这100多年间,在此期间,地球轨道偏心率、黄赤交角、岁差、太阳辐照度等自然因子的变化不大;温升主要来自化石燃料使用导致的温室气体排放。

不同的因子对气候的影响,从本质上来说、从原理上来说也是不一样的。太阳辐射和火山活动主要是影响太阳能的短波辐射,使得太阳入射进地球的能量出现增减。温室气体影响气候,主要是阻挡长波辐射能量射出去。

跨越时间的比较可以带来一些启示,但是简单地把全球变暖和过去的高温时期看作同类,这是一种明显的误解。

袁嘉灿表示,在气候变化的时间尺度上,古气候变化通常涵盖了数千年、数百万年甚至更长时间尺度,而现代气候变暖是从工业革命开始在过去一百多年来发生的相对较快的变化,变暖速率高于古气候变化速率。在气候变化的原因上,古气候变化是由多种自然因素引起,而现代气候变暖主要是由于人类活动导致的温室气体排放增加,尤其是二氧化碳的排放。

全球变暖的过程已经经过了百余年,但现在还远远没到结束的时候。许小峰表示,从IPCC第六次评估报告看,气候变暖的趋势仍在持续,显然不是刚开始,但也还未结束。

IPCC的报告显示,全球变暖至少要持续到2050年左右,气温才会稳定下来,2050之后的气候模式取决于人类的行动。如果能够快速减排,气候变暖有望在本世纪中叶左右停止,稳定在1.5到2°C的水平。

在温室气体排放量没有大幅减少的情况下,未来几个世纪里,全球变暖将至少保持在同样的水平,甚至可能更高?。气温的变化相对较快,但气候系统的某些要素对全球变暖的反应非常缓慢,许多变化将持续数百年或数千年。

比如深海变暖、格陵兰岛和南极洲冰盖融化以及海平面上升等变化,要比大气变暖的反应缓慢,但将持续变化数百年,甚至数千年。这些变化也被称为为“不可逆转”,即使温室气体或全球气温再次下降,这些“慢半拍”的变化也会继续发生。以海平面上升为例:即使未来将全球变暖稳定在1.5°C,海平面仍将在未来2000年上升2-3米,在未来10000年上升6-7米[12]。

澳大利亚气候科学家威尔·史蒂芬(Will Steffen)曾经推测,全球变暖超过2°C可能会是地球温度变化的关键岔路口。升温超过这个程度,地球系统中的生物地球物理反馈可能会主导气候变化过程,产生多米诺骨牌式的连续变化,甚至打破现有的冰期-间冰期循环,地球可能走向“温室地球。”[13]

如果这个推断正确,当下以及未来一段时间,就是决定地球未来气候的关键节点。

参考文献:

[1] Gayle, D. (2023, July 6). Tuesday was world’s hottest day on record – breaking Monday’s record. The Guardian.

[2] Davies, S. (2023, July 7). Earth’s hottest day record set, reset three times this week. NBC 5 Dallas-Fort Worth.

[3] Sutherland, S. (2023, July 19). 2023 now in the running for hottest year after record-shattering June. The Weather Network.

[4] Global temperatures set to reach new records in next five years. (2023, May 17). World Meteorological Organization.

[5] Zeppetello, L. R. V, Raftery, A. E, & Battisti, D. S. (2022, August 25). Probabilistic projections of increased heat stress driven by climate change. Communications Earth & Environment; Springer Nature.

[6] Highlights From. (n.d.). FirstStreet.

[7] Laura Paddison. (2023, July 6).The planet saw its hottest day on record this week. It’s a record that will be broken again and again.CNN

[8] Kaufman, D. S, & McKay, N. P. (2022). Past and future warming–direct comparison on multi-century timescales. Climate of the Past, 18(4), 911-917.

[9]Kaufman, D. Is it really hotter now than any time in 100,000 years? The Conversation.

[10] Gulev, S. K, Thorne, P. W, Ahn, J, Dentener, F. J, Domingues, C. M, Gerland, S, …… & Vose, R. S. (2021). Changing state of the climate system.

[11] 葛全胜, 刘健, 方修琦, 杨保, 郝志新, 邵雪梅, 郑景云。 过去2000年冷暖变化的基本特征与主要暖期[J]. 地理学报, 2013, 68(5): 579-592.

[12] IPCC.(2021).Climate Change 2021:Summary for All

[13] Steffen, W, Rockstr?m, J, Richardson, K, Lenton, T. M, Folke, C, Liverman, D, …… & Schellnhuber, H. J. (2018). Trajectories of the Earth System in the Anthropocene. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(33), 8252-8259.

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