地球/4l. 地球的气候及其变化
简而言之，天气和气候之间的区别在于时间。天气是指地球大气层在短时间内存在的条件，而气候是指大气条件在长时间内的变化情况。在科学上，气候是多年研究中天气的平均模式。由于地球的天气模式每天、季节性地以及几十年来都会发生波动，因此气候很重要，因为它可以让您看到可以影响未来决定的总体趋势。
1967 年，一位名叫 詹姆斯·汉森 的年轻研究人员抵达纽约市。作为数学和物理学方面的一名优秀学生，汉森在爱荷华大学加速完成了学业，并在东京大学学习了一年，在那里他继续对金星富含二氧化碳的大气层感兴趣并进行研究。在那个时代，对天文学感兴趣一定是一件激动人心的事，因为 NASA 正在测试其新的 土星五号火箭，以将人类送往月球。汉森受雇于 戈达德太空飞行中心 的一个新部门，该部门是 NASA 专注于将美国送入太空的分支机构。戈达德太空飞行中心以美国火箭科学家 罗伯特·戈达德 的名字命名，位于华盛顿特区附近，并与 哥伦比亚大学 在纽约市建立了新的合作伙伴关系，以促进对 NASA 太空探索产生的大量科学数据的学术研究。 戈达德太空研究所 位于曼哈顿百老汇 112 街的拐角处，与 汤姆餐厅 在同一栋大楼，该餐厅出现在 1990 年代流行的电视节目 宋飞正传 中，并催生了 苏珊娜·维加 的热门歌曲。实质上，这不是一个政府赞助的太空科学研究项目的典型位置。然而，与哥伦比亚大学的大学生和来自华盛顿特区的访问科学家的理想合作，导致了一个创新的中心来研究从外太空收集的大量信息，以及发射更专业和更复杂的卫星和太空任务。詹姆斯·汉森在该小型研究所很自在，并继续从他位于繁华街道上方的办公室研究金星的大气层。1981 年，他升任戈达德太空研究所所长，他的注意力转向了对地球及其大气的研究。
詹姆斯·汉森和他的大气物理学家团队在 1981 年的《科学》杂志上发表了一篇最具预言性的科学论文：《大气中二氧化碳浓度增加的气候影响》。在该论文中，作者考察了自 1880 年代以来的温度记录，发现地球的全球平均气温在整个世纪都在上升，从 1880 年到 1980 年上升了 0.4°C。该团队对二氧化碳浓度上升的气候效应做出了几个重要的预测。他们预测，从 1980 年到 2080 年，全球气温将上升约 2.5°C，到 2000 年升温 0.6°C，到 2030 年升温 1.0°C。这项研究具有前瞻性，因为它提供了一个可以检验的预测。2000 年，即该论文发表 20 年后，全球气温记录显示与基线（1951 年至 1980 年）相比上升了 0.4°C，到 2020 年，上升幅度高于 1981 年论文中预测的升温幅度，介于 0.8 至 0.9°C 之间，这使得全球升温在 2030 年之前达到 1°C 的趋势越来越快，甚至比 1981 年论文中预测的还要快。
该论文当时遭到了一些科学家的质疑，而且在大多数新闻媒体中都处于雷达之下。如今，该论文众所周知的预测在整个科学界受到高度重视，与一个世纪前阿尔伯特·爱因斯坦的天文预测相当。1988 年，当汉森被要求在美国参议院能源和自然资源委员会会议上发言时，情况发生了变化。这些参议员制定了有关从美国政府所有土地开采化石燃料的联邦政策，以及制定有关公民能源法规的政策，例如为汽车效率制定能源标准。汉森对政治家的讲话在当时得到了报纸的广泛报道，他关于全球气温上升的图表登上了《纽约时报》的头版。气候变化的风险及其对地球构成的危险导致联合国在同一年成立了政府间气候变化专门委员会 (IPCC)，这是一个国际专家小组，负责审查地球不断变化的气候并发布有关地球全球气温观测到的变化的综合报告，以及报告政府应对气候变化的各种措施。
自从詹姆斯·汉森领导的来自 戈达德太空研究所 的团队报告全球气温上升 40 年以来，人们对跟踪全球变暖进行了大量投资，这既来自气象站，也来自卫星对海面和陆地表面温度日益先进的监测。目前，过去 19 年中有 18 年是全球有记录以来最温暖的年份，自 1981 年以来的 40 年中，全球气温急剧上升。气候变暖导致海平面突然变化，出现沿海洪水、海冰流失、冰川消失、干旱以及森林火灾风险上升。自 1981 年以来，与气候相关的死亡（火灾、气旋、热浪）导致的死亡人数，以及二氧化碳和其他空气污染物排放量急剧上升。公众舆论显示，人们对气候变化的真正危险越来越担忧，从 1998 年的 25% 的美国人表示严重担忧到 2016 年的 41%[1]。此外，存在很大的年龄差距，55 岁以上的美国人最不担心气候变化的风险，而 18 至 34 岁的美国人最担心。[2]。
联合国成立于 1945 年，是在第二次世界大战结束后成立的一个政府间组织，其任务是维护国际和平与安全，促进国家间友好关系，以及帮助地球上各国之间的国际合作。自成立以来，由于各个国家及其领导人的专制性质存在分歧，联合国一直难以完成其使命。虽然联合国未能结束地球上的战争，但在冲突和内战时期，它在维护国家之间的和平方面做得很好。1988 年，随着政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 的成立，联合国又肩负起新的任务，试图解决二氧化碳危机，通过与各国政府合作，制定法律法规来遏制或停止二氧化碳排放到大气中。1992 年，联合国气候变化框架公约 (UNFCCC) 成立，1997 年签署了京都议定书，这是一项旨在减少二氧化碳排放的国际协议。然而，美国从未签署京都议定书，虽然大多数国家同意减排，但美国缺乏支持导致全球支持不断减少，随后加拿大在 2012 年退出了该协议。与此同时，日本、新西兰和俄罗斯在第二轮协议中没有提出新的承诺，该协议持续到 2020 年。2016 年的《巴黎协定》旨在通过将全球气温上升控制在比工业化前水平高出 2 摄氏度以下来加强全球应对气候变化的行动。虽然目标宏伟，《巴黎协定》被认为是无效的，并且鉴于全球气温已经快速上升，很可能失败。主要的工业化国家向大气中排放了最多的二氧化碳，它们未能实施政策来实现承诺的二氧化碳排放目标，而大气中的二氧化碳浓度在 2015 年、2016 年和 2018 年出现了增长，每年约为 3.0 ppm，如夏威夷莫纳罗亚天文台记录所示。2017 年，随着唐纳德·特朗普当选为美国第 45 任总统，美国通知联合国将退出该协议。自 1988 年以来未能履行任何一项承诺，导致您呼吸的空气中的二氧化碳平均增加了 17%（从 351 ppm 增加到 410 ppm）。2015 年，一名记者采访了年迈而睿智的詹姆斯·汉森，他当时已经从 NASA 退休，但仍强烈呼吁遏制二氧化碳排放。“这真的让人感到尴尬，过了一段时间，你就会意识到，作为一名科学家，政治家不会理性行事。”[3] 他的评论确实非常真实，因为决策者已经证明他们无法大幅减少地球大气中二氧化碳的总排放量。
政治家可以通过实施三个简单的措施来大幅减少二氧化碳排放：首先，取消其国内政府控制的化石资源的销售；其次，对向大气排放二氧化碳的公司征收费用；第三，禁止以碳氢化合物为能源发电，用核能、水力发电大坝、太阳能和风能发电场替代发电。然而，政治家从碳氢燃料的销售和分配中获得了巨大的经济利益，例如竞选捐款，并且为了保持权力，一直保持现状，继续使用这些大气污染物。
地球会变得多热？
[edit | edit source]气候变化的研究很复杂，因为需要对多年收集的大量天气数据进行平均。由于天气站数量随着时间的推移而不断增加，人类记录了地球表面温度波动的很大一部分，因此每天的最高和最低温度记录呈指数级增长。2010 年，物理学教授理查德·穆勒和他的企业家女儿伊丽莎白·穆勒共同创立了伯克利地球，他们都对联合国组织的气候科学家小组报告的全球气温上升表示怀疑。作为一个独立的非营利组织，伯克利地球小组独立地重新分析了天气记录，以找出数据选择、数据调整、站质量差和城市热岛效应（由城市土地表面不断增加引起）中的潜在偏差。独立研究的结果证实了联合国小组专家得出的相同结论。许多其他科学组织重新分析了可用数据，所有数据都表明地球大气层在过去一个半世纪中显着变暖。科学是关于重新测试的，对可用数据的不断科学重新评估继续证实地球上的全球气温上升，但随着二氧化碳不断增加，地球大气层会变得多热？
气候对二氧化碳增加的敏感性是正在进行研究的一个主要重点。利用历史数据和气候模型，气候学家估计，在二氧化碳浓度加倍至 560 ppm（2020 年，夏威夷的二氧化碳浓度为 410 ppm）的情况下，全球气温将上升 1.5°C 到 4.5°C，幅度较大。大多数研究表明，到 2060 年，全球气温将上升 3.1°C。这将导致盐湖城最冷的 12 月份的冬季气温，平均最高气温为 44 华氏度，最低气温为 36 华氏度，高于积雪所需的冰点温度。夏季气温超过 100°F 的天数将大幅增加。
估计或预测气候的挑战之一是了解二氧化碳变化导致全球气温升高的所需时间。例如，科学家定义了三种衡量气候敏感性的方法。平衡气候敏感度 (ECS) 模型表明，二氧化碳浓度增加和全球气温上升之间存在较长的时间段，因为地球海洋吸收了热量。它考虑了海洋热量吸收将达到平衡，并且一旦发生这种情况，可能会导致更快的温度上升速度。瞬态气候响应 (TCR) 模型将二氧化碳的增长限制为每年 1%（基于历史上升趋势），并假设海洋将继续作为大气中不断上升的热量的汇，并且与大气保持不平衡。地球系统敏感度 (ESS) 模型试图将负反馈和正反馈纳入其中，例如融化的海冰和积雪导致地球反照率降低（导致海洋和陆地表面吸收更多的阳光）、野火增加（释放更多的二氧化碳）以及地球植被变化，以及北极甲烷气体的释放。地球云量变化也是这些估计的一个因素，因为云量可能会随着温度升高而增加（导致温度下降），尽管目前从卫星数据中缺乏这方面的直接证据。每种模型都会导致对全球气温估计上升幅度的略微差异，但大多数都在 1.5 到 4.5°C 的上升范围内，因此 2016 年的《巴黎协定》的目标是将上升幅度控制在 2°C 以下，这雄心勃勃。
预测未来 40 年全球气温的上升可能显得过于先知，但您和您的家人很有可能将在不久的将来生活在这个新的温暖气候中。未来 40 年将最终决定随后 40 年的发展方向。如果任其上升，到 2100 年，全球气温将上升 6°C，从而大幅减少海拔较高地区低于冰点的日数，而盐湖城 7 月份的平均气温将超过 100 华氏度。虽然很难想象地球气候发生如此突然的变化，但未来地球宜居性的一个主要担忧是这些变化将如何影响水的供应。在下一节中，您将了解地球上的水，从海洋、海域、湖泊、河流和冰川，到您每天饮用的水。
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