最近150年气温升高的新认识

韩 艳，赵国永，王义民，潘湘龙，江蕾蕾，向 梅

(信阳师范学院 南北过渡带研究中心，河南 信阳 464000)

0 引言

2013年，IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)发布《第五次评估报告》指出，1901—2012年全球海陆表面温度升高约0.89 ℃(0.69～1.08)[1].经过5次评估报告，IPCC认为全球变暖是客观存在的事实，且认为人类活动排放大量CO2是导致全球变暖主要原因，因而要求全世界减少碳排放、利用不同方案分配各国碳排放权[2].由于涉及各个国家切身利益，所以全球变化问题已经由单纯科学研究领域逐渐演化为当今国际政治、经济和外交的热点议题[3].

目前，关于全球变暖有两种截然不同的观点，IPCC代表其中一种观点；另外一种观点以NIPCC(Nongovernmental International Panel on Climate Change)为代表，对IPCC提出质疑，2009年6月该组织发布了《气候变化质疑》一书，从9个方面列举了与IPCC相左的证据，立场鲜明地反驳IPCC[4].

鉴于上述情况，本文拟从器测记录(短尺度)和地质记录(长尺度)数据出发，结合太阳辐射量的变化，对最近150年气温升高进行重新认识.

1 最近150年气温变化

1.1 气象观测数据

IPCC报告中所用数据为器测记录以来全球平均温度，认为最近150年全球平均温度具有升高趋势，且尺度越短气温升高速率越大(图1)[1].温度升高过程中，存在许多波动，并非线性增加.

图1 器测时期(自1850年)以来全球平均气温的变化趋势[3]Fig.1 Trend of global mean surface temperature since instrumental period (1850A.D.) [3]

1.2 地质记录数据

树轮重建北半球平均温度变化表明：约80年树轮重建的温度在波动中上升，中间经历了两个低温期(20世纪初期和50年代)(图2a)[5].青藏高原上冰芯氧同位素变化受控于温度变化[6]，20世纪达索普冰芯氧同位素值在波动中增大，说明温度在波动中升高(图2b).青海湖碳酸盐氧同位素值变大表示温度升高[7]，20世纪碳酸盐氧同位素值在波动中升高，说明20世纪青海湖地区温度在波动中升高，但20年代出现低温期(图2c).

气象观测数据和地质记录数据表明最近150年气温在波动中升高.

图2 树轮[5]、冰芯[6]、湖泊沉积物[7]记录所反映的20世纪温度变化Fig.2 Temperature variations recorded by tree-ring [5], ice core[6], lacustrine deposit[7] for 20th century

2 太阳辐射量的变化与气候变化之间关系

冰芯、深海沉积物、黄土和石笋是古气候记录的良好载体.7月(65°N)太阳辐射量获得高值时，北半球温度升高，北极冰盖消融(大量16O回归大海)，导致：(1)海平面上升，深海氧同位素值变小(图3d、3e)，北极格陵兰冰芯氧同位素值变大(图3c)；(2)南极冰芯氧同位素值变小(图3b)，其原因是南半球夏季太阳辐射量变化同北半球夏季太阳辐射量变化成反相位[8].7月太阳辐射量获得低值时，情况与获得高值时相反(图3)，说明北半球夏季太阳辐射量变化是控制南北极冰芯氧同位素和深海氧同位素变化的主要因素.

同时，7月(65°N)太阳辐射量获得高值时，东亚夏季风增强，导致石笋氧同位素值减小(图3f)[9-10]，磁化率值(图3g、3h)增大[11].7月太阳辐射量获得低值时，情况与高值时相反(图3)，说明北半球7月太阳辐射量的变化是控制石笋氧同位素和黄土磁化率值变化的主要因素.然而，这4种沉积物代用指标之间峰和谷对照不是特别精确，原因可能是各个代用指标定年精度存在差异；也可能是各种地质记录体对太阳辐射量变化滞后效应的体现[12].

从以上分析可知，北半球7月太阳辐射量变化是控制过去气候变化的主要因素.

图3 末次间冰期以来太阳辐射量[8]与冰芯[13-14]、深海氧同位素[15-16]、石笋[9-10]和黄土[17-18]记录气候变化对比

3 未来北半球夏季太阳辐射量变化趋势

太阳辐射量变化受地球轨道参数(偏心率、黄赤夹角、岁差)控制，这些参数变化具有周期性，所以太阳辐射量变化也具有周期性(图4).图4中0 ka代表是1950年，0轴线的右侧表示1950年以前的450 ka，0轴线的左侧表示1950年以后50 ka.现今距1950年时间为65年，65年在1 ka的分辨率(图4的分辨率为1 ka)中可以视为现在处于0轴线的位置.现今及未来约1万年，65°N夏季总太阳辐射量和年均太阳辐射量具有减少趋势，意味着气候朝着变冷方向发展.

图4 -450～50 ka期间65°N太阳辐射量变化[19] Fig.4 The variation of insolation from -450 ka to 50 ka centered at 65°N[19]

4 最近150年气温升高新认识

末次冰期—间冰期旋回太阳辐射量和地质记录所反映的古气候变化，时间跨度比较长，中间一些次级波动表现不明显(图3).为了更清晰地分析气候变化次级波动，选择13 ka以来太阳辐射量和地质记录的古气候变化进行研究.

会宁黄土、三宝洞和葫芦洞石笋、委内瑞拉Cariaco盆地湖泊沉积物记录古气候变化和太阳辐射量变化之间存在很好对应关系：早中全新世太阳辐射量处于高值，(1)东亚夏季风强盛，导致会宁黄土磁化率获得高值[20]、三宝洞和葫芦洞石笋氧同位素获得低值[9-10]；(2)赤道辐合带北移(ITCZ)，Cariaco盆地降水量增加，湖泊沉积物钛百分含量增加[21]；晚全新世太阳辐射处于低值，情形与高值相反(图5)，说明这3种地质载体记录气候变化同样受控于太阳辐射量变化.

为了进一步观测气候变化次级波动，选取最近约1800年高分辨率石笋和湖泊沉积物作为研究对象.二者共同记录中世纪暖期、小冰期气候事件[21-22]，中世纪暖期中存在相对冷的时期，小冰期中存在较暖的时期(图5a, e)，说明气候处于冷暖交替变化中.在万年时间尺度上(全新世)，中世纪暖期和小冰期表现不明显(图5).在十几万年时间尺度上(末次冰期—间冰期)，两事件根本观察不出来(图3)，但不能说两个事件没有发生，只是受所选择时间尺度长短不同的影响.

最近150年气温升高包括两方面因素：自然因素和人为因素，IPCC认为人类活动是导致全球变暖的罪魁祸首.从时间上看，最近150年恰好是小冰期结束后的时期，气候从冷向暖转变是气候本身变化规律(图5a, e)，即最近150年气温升高还包括自然因素，IPCC仅认为人类活动导致全球变暖，夸大了人类活动导致全球变暖的结果.

IPCC认为人类活动产生大量CO2导致全球变暖，一些学者认为CO2含量增加与温度升高二者之间存在很多不确定的因素[3, 23-24].从自然状态下考虑气候变化，即在人类出现以前(或者说人类对自然改造能力较弱的情况下)气候变化，黄土、石笋和湖泊沉积物等是很好地质记录载体，这些载体记录气候变化受控于太阳辐射量变化，目前及未来约1万年太阳辐射量具有减小趋势，意味着未来气候向变冷方向发展.在万年时间尺度下，最近150年气温升高可以看作是逐渐变冷大背景下的次级波动，气候变暖是短暂的过程.

图5 13ka以来石笋[9-10, 22]、黄土、湖泊沉积物[21]记录古气候变化和太阳辐射量之间的关系(b)、(c)、(d)中灰色线为太阳辐射量[8]Fig.5 The relationship between paleoclimate recorded by stalagmite, loess, lacustrine deposit and variation of insolation since 13 ka，the grey line represents variation of insolation in (b), (c), (d) [8]

本文从地质历史时期角度分析最近150年气温变化，得出与IPCC不同的观点，究其原因与选择的参考系时间尺度长短有关.IPCC仅选择距今最近150年气温变化作为研究对象，研究时间尺度较短，没有考虑气候变化规律及其背景值.本文选择时间尺度较长(万年，十几万年)，既考虑气候变化规律和背景值，又考虑最近150年气温升高的事实，分析问题较客观、全面.

5 结论

本文从地质历史时期角度分析最近150年气温变化，通过对不同时间尺度太阳辐射量变化与古气候演化之间关系研究，结果表明：(1)最近150年全球变暖是客观存在的事实，IPCC夸大了人类活动导致全球变暖的结果.(2)太阳辐射量变化是控制地球上气候变化的主要因素.(3)在万年时间尺度下，最近150年气温升高是变冷大背景下的次级波动，气候变暖是短暂的过程.