進入2014年，北半球的東西兩邊呈現出冰火兩重天的景象。北美入冬以來的平均氣溫較常年同期明顯偏低，特別是美國中西部和加拿大大部分地區氣溫偏低更為明顯。2014年元旦之後，強暴風雪襲擊了全美三分之一以上的地區，美國東北部和中西部部分地區積雪厚度達60釐米，多個地區刷新最低氣溫歷史記錄。與此同時，歐亞北部地區整體大幅偏暖，在強風暴雪肆虐美國大部分地區的2014年1月2日，俄羅斯莫斯科的平均氣溫為2℃，而通常莫斯科1月份的日平均氣溫為-10℃左右。我國新疆北部、內蒙古北部和東北部、東北西部等地的氣溫也較常年偏高，部分地區偏高4℃以上。在氣溫偏高的背景下，華北地區的降水異常偏少，較常年同期偏少8成以上，是1951年以來的歷史第二低值。北京地區自2013年秋季以來連續100多天沒有有效降水出現，2014年1月1日元旦當天的氣溫更是高達13℃，是自1951年有氣象記錄以來的最熱元旦，比去年同日偏高近16℃。
從更長的時間尺度看，氣候系統的各種觀測資料都表明，近百年來的全球氣候變暖已經是無可爭辯的事實。
2013年9月，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布了第五次氣候變化評估報告第一工作組報告，報告用來自大氣、海洋、冰川的多種指標從多方面證實了全球氣候變暖的事實，這些事實是在全面分析多種觀測數據的基礎上所得出的確鑿結論，也已得到國際社會和科學界的廣泛認同。IPCC第五次評估報告第一工作組報告各章引用文獻總計超過1萬篇，其中被引用的「最古老」的論文發表於1896年。這篇論文的題目是「論空氣中碳酸對地面溫度的影響」，作者是瑞典科學家阿倫尼烏斯。當時的科學界把大氣中的二氧化碳稱為碳酸。這篇論文之所以重要，是因為這是人類歷史上首次量化計算大氣中二氧化碳濃度對溫度變化的影響。這一開創性的工作進行得非常辛苦，花費了阿倫尼烏斯大約1年時間。
大氣中二氧化碳濃度增加能帶來多大幅度升溫
事實上，阿倫尼烏斯這篇論文的初始目的並不是為了解決大氣中二氧化碳濃度增加引起的全球變暖問題。這是因為，以當時人類向大氣中排放二氧化碳的速度來計算，大氣中二氧化碳濃度增加50％需要3000年時間：阿倫尼烏斯估計當時每年由於人類活動排放到大氣中的二氧化碳只佔大氣中二氧化碳總量的千分之一，並且人為排放的二氧化碳中又有六分之五被海洋吸收，只有六分之一滯留在大氣中。阿倫尼烏斯進一步計算得出，這3000年內大氣中二氧化碳濃度增加50％將引起3℃多的增溫，相當於人類活動造成的增溫為每年0.001℃。因此，阿倫尼烏斯認為，儘管他的計算還存在不足之處，如由於對一些碳循環的過程缺乏定量了解導致尚不能精確給出地面溫度升高的速度，但大氣中二氧化碳含量的增加是事實，這有可能影響到許多代以後的子孫後代的環境。
阿倫尼烏斯沒有料到的是，後來大氣中二氧化碳濃度增加的速度遠比他預測的快得多。1896年前後大氣中的二氧化碳濃度還不到300ppm（大約295ppm左右），一個世紀之前的1800年前後，大氣中的二氧化碳濃度約為280ppm，相當於100年內增加了5％左右；而一個世紀之後的2012年，全球大氣中二氧化碳的平均濃度達到了393ppm，100多年的時間內增加了30％以上。如果與工業化前的1750年相比，則在不足300年的時間內大氣中二氧化碳的平均濃度增加了40％以上，這比阿倫尼烏斯所計算的3000年增加50％的速度快了近10倍。
那麼，阿倫尼烏斯發表這篇論文的最初目的是什麼？我們知道大氣中的二氧化碳是一種溫室氣體，這種溫室氣體具有「溫室效應」，也就是說它像玻璃溫室一樣，可以讓太陽輻射穿透並加熱溫室內部，卻對溫室內輻射的長波具有阻擋作用，從而使溫室內部保持較高的溫度。雖然阿倫尼烏斯並不是第一個提出溫室效應概念的科學家，但他的這篇論文在人類歷史上第一次量化計算出了二氧化碳濃度變化後所引起的全球溫度變化幅度。促使他從事這項研究的目的是為了解釋歷史上冰期和間冰期循環的機制問題。現在我們知道，地球歷史上存在10萬年左右的冰期和間冰期循環，這主要是由於地球軌道參數的變化引起的，因為地球軌道參數的變化決定了地球接收太陽輻射的多少，太陽輻射變化會通過各種機制引發周期為10萬年左右的冰期和間冰期循環。
但阿倫尼烏斯認為，地球軌道參數的變化不是引起冰期和間冰期循環的原因，大氣中二氧化碳濃度的變化才是冰期和間冰期變化的主要原因。當時有一種科學觀點認為，冰期和間冰期之間的溫度差要求大氣中的二氧化碳濃度至少存在50％以上的變化，但這需要相關的資料和模型來計算驗證。阿倫尼烏斯計算後最終得出的結論是：如果大氣二氧化碳濃度下降三分之一，則全球溫度將下降3℃以上；如果大氣中二氧化碳濃度增加50％，則全球溫度將升高3℃以上；如果大氣中二氧化碳濃度增加100％，則全球溫度將升高5℃以上。他的計算還表明，如果大氣中二氧化碳濃度增加，則地球上陸地與海洋之間、赤道和溫帶之間、夏季和冬季之間、白天和夜晚的溫差都會減小。
阿倫尼烏斯的計算結果表明，大氣中的二氧化碳若以幾何級數增加，則全球溫度將以算術級數增加，即大氣中二氧化碳濃度增加50％引起3℃的平均升溫等同於大氣中二氧化碳濃度減少33％引起3℃的平均降溫。據此外推，可得到大氣中二氧化碳濃度增加一倍將引起5℃以上的平均升溫，增加兩倍後將引起8℃以上的平均升溫。
當然，由於受觀測資料和模型的限制，阿倫尼烏斯在計算中對水汽的反饋和二氧化碳的輻射效應都存在不同程度的高估。但不管如何，他根據不完全的數據所得出的計算結果表現出了驚人的真實性。直到20世紀60年代之後，計算機技術的發展使得人們開發複雜的氣候模式進行海量計算變為可能，科學家才根據氣候模式計算了大氣二氧化碳增加所引起的全球增溫幅度，現在一般稱大氣二氧化碳濃度加倍所引起的全球增溫幅度為「平衡氣候敏感性」，也就是大氣二氧化碳濃度增加1倍達到平衡狀態後會引起的全球平均升溫幅度。1967年，美國大氣海洋管理局（NOAA）的科學家真鍋首次使用自己所開發的全球大氣輻射對流模型得出大氣二氧化碳濃度增加1倍後會引起全球升溫2.3℃；20世紀70年代，真鍋又開發出了三維全球大氣環流模式（GCM）對氣候敏感性進行計算，這種三維氣候模式考慮了水文要素變化的作用，如雪蓋和海冰對氣候變化的反饋作用。該三維模式的計算結果表明，在考慮了雪蓋和海冰對氣候變化的反饋作用後所計算的氣候敏感性為3℃左右，稍大於根據輻射對流模型所得出的計算結果。
1979年，美國科學院委託麻省理工學院著名的氣象學家查尼建立了一個特別工作組對二氧化碳與氣候變化的關係進行評估，後來發表的評估報告（又被稱為查尼報告）認為：大氣二氧化碳濃度增加1倍會引起3℃的升溫（不確定性範圍為上下各1.5℃，即升溫範圍在1.5℃～4.5℃）。在此之後的30多年來，全球各地的科學家利用各種模型對氣候敏感性進行了大量的計算。IPCC從1990年發布的第一次評估報告起也每次都評估氣候敏感性的大小，但所有研究得出的結論基本上相差不大：1990年發布的IPCC第一次評估報告的評估結論是全球升溫3℃（不確定性範圍為上下各1.5℃，即升溫範圍在1.5℃～4.5℃），2013年發布的IPCC第五次評估報告給出的評估結論仍是全球升溫3℃（不確定性範圍為上下各1.5℃，升溫範圍在1.5℃～4.5℃）。
氣候變暖的觀測事實：全球變暖毋庸置疑
那麼，觀測到的氣候變暖事實是怎樣的呢？世界氣象組織（WMO）於2014年2月5日指出，就全球陸地和海洋表面平均溫度而言，2013年全球陸地與海洋平均溫度比1961～1990年的平均值高0.5℃，比2001～2010年的平均值高0.03℃。2013年與2007年並列為1850年有現代氣象記錄以來的第六暖年。全球有氣象記錄以來最暖的14個年份中，有13個都出現在21世紀（1998年除外），其中2010年和2005年並列為全球氣溫最高的年份，比1961～1990年的平均值高0.55℃。
在全球氣候變暖的同時，世界也經歷了前所未有的極端氣候事件，這些極端氣候事件產生了深遠的影響。它們都給人類社會帶來了巨大的人員傷亡和財產損失。
IPCC第五次評估報告第一工作組報告也以來自大氣、海洋、冰川的多種指標從多方面證實了全球氣候變暖的事實。報告指出，1880～2012年全球地表平均溫度升高了0.85℃，其中2003～2012年這10年的平均氣溫比1850～1900年的平均氣溫上升了0.78℃。總之，100多年來全球地表平均溫度升高了0.8℃是確鑿的事實，並且呈現出陸地比海洋增溫快、高緯度地區增溫比中低緯度地區大、冬半年增溫比夏半年明顯的趨勢。在21世紀的前10年裡，北極海冰、格陵蘭島及南極冰蓋和各大冰川也不斷消融，大面積的冰川融化及海水熱膨脹使全球海平面的平均值以每年3毫米左右的速度不斷上升，這一速度大約是20世紀海平面上升速度的兩倍。
我國的氣候變化趨勢與全球較為一致。根據中國氣象局發布的《2013年中國氣候公報》，2013年我國平均氣溫較常年偏高0.6℃，較2012年偏高0.8℃，為1961年以來的第四暖年。
氣候變暖的原因：人類活動是主要影響因素
現在我們反過來看另一個問題：觀測到的氣候變暖是由什麼原因引起的？我們已經知道大氣中二氧化碳濃度的升高會引起全球溫度的升高，但影響全球溫度變化的因子並不只有二
氧化碳濃度這一項。人類在向大氣排放二氧化碳等溫室氣體的同時，還向大氣中排放了大量具有降溫作用的氣溶膠。氣溶膠一方面將太陽輻射直接反射回去，另一方面作為雲的凝結核導致雲的反射率增加，這都能起到降低地表氣溫的作用。例如，科學家很早就注意到火山噴發產生的火山雲氣溶膠具有降溫作用，多種記錄也顯示了大規模火山噴發與緊接著的第二年夏天的低溫和中緯度地區農作物減產之間存在經驗關係。1991年夏天菲律賓的皮納圖博火山噴發造成接下來的兩三年內全球地表氣溫出現較為明顯的下降，直到1995年全球地表平均氣溫才恢復上升。此外，還有很多自然因素也會影響全球溫度的變化，如太陽活動的變化、氣候系統內部變率的變化等。
IPCC第五次評估報告評估了1951年以來各種因素對氣候變化的作用，評估結論認為：1951～2010年因大氣中二氧化碳等溫室氣體所產生的增溫作用可能為0.5℃～1.3℃；包括氣溶膠降溫效應在內的其他人為作用的貢獻可能為-0.6℃～0.1℃；氣候變化自然因素的貢獻很小，大約為-0.1℃～0.1℃；因此，綜合來看，所評估的這些自然和人為因子的貢獻與這一時期所觀測到的約0.6℃～0.7℃的全球變暖幅度是非常一致的。我們也可以這樣理解：1951～2010年溫室氣體產生的溫室效應造成的地球升溫幅度在0.9℃左右，氣溶膠及其他人為作用造成的降溫幅度在-0.25℃左右，其他自然因素對這一時期氣候變化的貢獻基本上為0，所以最終計算下來，1951年以來人類活動對氣候變化的影響程度是增溫0.65℃左右。因此，IPCC在第五次評估報告中給出了一條重要的結論：人類活動極可能導致了20世紀50年代以來一半以上的全球氣候變暖（這裡的「極可能」指的是信度水平超過95％）。或者我們可以這樣理解：「人類活動導致了20世紀50年代以來一半以上的全球氣候變暖」這一結論的可靠性水平超過了95％。也就是說，如果我們認為「人類活動導致了20世紀50年代以來一半以上的全球氣候變暖」，那麼我們犯錯誤的可能性低於5％。
當然，這裡所說的90％以上或95％以上都指的是信度水平，即人類活動導致全球氣候變暖這一結論的可靠程度；不能將其理解為「全球氣候變暖的90％以上或95％以上是人類活動造成的」。也就是說，在90％以上的信度水平下，如果我們相信「人類活動造成了全球氣候變暖」這一結論，我們犯錯誤的可能性將不超過10％。這裡有個小笑話可以幫我們理解90％以上的可能性和90％百分比的區別：一位病人在上手術臺之前非常緊張，他對醫生說：「我聽說這種手術失敗的可能性在90％以上。」醫生說：「你不應該緊張，我應該恭喜你：我之前做的9個手術都失敗了。」換而言之，如果90％是百分比，那麼這位病人確實應該高興，但這個90％是可能性，也就是說，第10次手術失敗的可能性仍然是90％以上。
大氣中二氧化碳濃度突破400 ppm之後
觀測事實、科學分析和模式研究都表明，大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度持續增加主要是由於化石燃料燃燒、毀林及生物質燃燒、化肥施用、各種工業過程等人類活動造成的。自1750年工業革命以來，人類通過化石燃料燃燒等方式向大氣中排放的二氧化碳累積量約為2萬億噸，其中大氣累積了8794億噸，海洋吸收了5679億噸，自然陸地生態系統累積了5862億噸。也就是說，其中約有45％被海洋和陸地生物圈吸收，約有55％留存在大氣中，導致大氣中二氧化碳濃度逐年上升。2013年5月9日，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）稱夏威夷莫納羅亞山觀測站所觀測到的二氧化碳日均濃度數據為400.03ppm。同年5月14日，世界氣象組織也發布消息稱該組織全球大氣監測網多個監測站的監測數據顯示大氣中二氧化碳日均濃度已超過400ppm。我國青海省瓦裡關全球大氣本底站也測得了超過400ppm的二氧化碳濃度數據。
全球各地所測得的大氣二氧化碳濃度超過400ppm再一次向人們敲響了氣候變化的警鐘。當然，上述觀測到的400ppm這一數值並不是年平均值，2012年的全球平均大氣二氧化碳濃度值為393.1ppm，比工業化革命前（1750年）增加了41％，比2011年增加了2.2ppm，高於2010～2011年的平均增量（約2ppm/年）和20世紀90年代的平均增量（約1.5ppm/年）。IPCC第五次評估報告第一工作組報告也指出，當前主要溫室氣體的濃度是過去80萬年以來最高的，溫室氣體濃度增加的速度也是過去2.2萬年以來最快的。根據當前大氣中二氧化碳濃度的增加速度計算，2015年或2016年全球平均的大氣二氧化碳濃度就會超過400ppm。
未來全球平均溫度還將繼續上升。IPCC第五次評估報告第一工作組報告指出：與1986～2005年相比，2016～2035年全球平均表面溫度可能升高0.3℃～0.7℃；2081～2100年可能升高0.3℃～4.8℃。
應對氣候變化，時不我待。
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IPCC第五次評估報告第一工作組報告關於氣候變化觀測事實的主要結論
來自大氣、海洋、冰川的多種指標從多方面證實了全球氣候變暖的事實。IPCC第五次評估報告第一工作組報告明確指出：1880～2012年全球地表平均溫度升高了0.85℃；2003～2012年這10年的平均氣溫比1850～1900年的平均氣溫上升了0.78℃；過去的3個10年連續比之前自1850年以來的任何一個10年都偏暖；在北半球，1983～2012年這30年可能是過去1400年中最暖的30年。1971～2010年海洋上層75米以內深度的海水升溫幅度達到了每10年0.11℃。1971～2009年全世界冰川的冰量損失平均速率為每年2260億噸，而在1993～2009年達到每年2750億噸。每1000億噸冰融化為水相當於使全球海平面升高了0.28毫米（根據全球海洋面積為3.6億平方千米計算得出），僅冰川冰量損失即可每年為全球海平面升高貢獻0.8毫米。格陵蘭冰蓋和南極冰蓋的冰量損失平均速率也都大幅增加。1979～2012年北極年均海冰範圍也在縮小，縮小速率達到每10年3.5％～4.1％。全球平均海平面上升速度逐漸加快，1901～2010年為每年1.7毫米，1971～2010年為每年2毫米，1993～2010年達到每年3.2毫米。上述觀測事實表明：全球氣候變暖不是僅限於大氣溫度，而是發生在氣候系統的各個圈層內。
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IPCC評估報告編寫背景知識
政府間氣候變化專門委員會（IPCC）由世界氣象組織和聯合國環境署於1988年聯合建立，其目的是對全球範圍內氣候變化相關科學、技術、社會經濟領域公開發表的成果進行評估，為國際社會採取共同應對氣候變化的行動提供科技支持。迄今為止，IPCC發布的4次評估報告已經成為國際社會建立合作應對氣候變化機制、採取應對行動最重要的科學基礎。
根據IPCC秘書處的安排，IPCC第五次評估報告各工作組報告、綜合報告和TFI溫室氣體清單工作組報告將於2013年9月～2014年10月陸續編寫完成並發布。