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第 1 部分:热

稳定性

了解物质世界是如何运作的是人类最伟大的成就之一。 我们如何利用这些知识来应对不断变化的气候?

叙述:
  • Devika Bakshi

最早的人类诞生于艰难的环境中。 数万年来,地球的气候一直在变化,从极度寒冷逐渐转变为温和。 无论我们的祖先生活在哪里,他们都与大自然的力量紧密相连,并由此开启了对物质世界的认知和探索。

今天,地球上仍有一些人遵循古老的传统,与周围环境保持着深厚的联系,但大多数人已经远离了这种与自然世界的亲密关系。 是什么促使我们的祖先停止迁移、定居以及发展基础设施和农业? 答案或许与奇迹般的好运有关。

大约 1.2 万年前,气候趋于稳定,地球上几乎没有任何地方太热或太冷而无法让人类生存和繁衍。 从那时起,温度和降水量逐年变化,但平均值保持不变,极端情况也是如此。 对温度、降雨、风暴、潮汐和季节的记录使我们能够预测最可能发生的事情,并知道要防范哪些罕见事件。 在人们了解气候稳定的原因之前,我们已经依赖这些规律并围绕它们建立了数千年的文明。

现在,稳定气候的假设已经融入了我们周围的一切。 干旱地区的农民和城市居民依靠遥远的高山融雪来灌溉和饮用。 某些部落每年都会根据可预测的天气和动物迁徙情况迁移,以维持生计和生存。 电力系统和道路被设计成能够在有限天数内承受高于特定温度限值的情况。 每个社区都有其特有的文化现象,无论是一年中不同时期的特定食物还是依赖于以往天气规律的仪式、体育赛事和庆祝活动。

最早的人类诞生于艰难的环境中。 数万年来,地球的气候一直在变化,从极度寒冷逐渐转变为温和。 无论我们的祖先生活在哪里,他们都与大自然的力量紧密相连,并由此开启了对物质世界的认知和探索。

今天,地球上仍有一些人遵循古老的传统,与周围环境保持着深厚的联系,但大多数人已经远离了这种与自然世界的亲密关系。 是什么促使我们的祖先停止迁移、定居以及发展基础设施和农业? 答案或许与奇迹般的好运有关。

大约 1.2 万年前,气候趋于稳定,地球上几乎没有任何地方太热或太冷而无法让人类生存和繁衍。 从那时起,温度和降水量逐年变化,但平均值保持不变,极端情况也是如此。 对温度、降雨、风暴、潮汐和季节的记录使我们能够预测最可能发生的事情,并知道要防范哪些罕见事件。 在人们了解气候稳定的原因之前,我们已经依赖这些规律并围绕它们建立了数千年的文明。

现在,稳定气候的假设已经融入了我们周围的一切。 干旱地区的农民和城市居民依靠遥远的高山融雪来灌溉和饮用。 某些部落每年都会根据可预测的天气和动物迁徙情况迁移,以维持生计和生存。 电力系统和道路被设计成能够在有限天数内承受高于特定温度限值的情况。 每个社区都有其特有的文化现象,无论是一年中不同时期的特定食物还是依赖于以往天气规律的仪式、体育赛事和庆祝活动。

什么控制着地球的气候

阳光将能量传递到地球。 云层将大约 1/4 的能量反射回太空。 部分能量被大气吸收,而其余的则到达地球表面。 白雪皑皑的冰川和北极海冰对太阳光有很强的反射性,而深蓝色的海洋则像深色衣服一样易于吸收热量。

被吸收的能量使地球变暖。 其中一些热量被辐射回太空。 二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 等气体则会吸收部分热量。 如果没有的话,夜晚就会变得异常寒冷。

图片来源:Berke Yazicioglu

自然平衡被打破

我们赖以生存的生态稳定性正受到人类活动的威胁,尤其是对化石燃料的燃烧。 近几十年来,到达地球的太阳能量一直很稳定,而大气中的二氧化碳 (CO2) 却急剧增加,导致更多的热量被吸收。

也许最能直观体现温室气体增多带来的影响的例子是,当白天的热量消散后,夜晚不再像过去那样凉爽。 例如,在过去 3 年里,美国夜间气温创下新高的次数是白天气温的两倍。

气温升高也会扰乱事物的季节性规律,此外,冬季开始得更晚,春季却更早。 这方面的一个突出例子就是日本举世闻名的季节性文化活动。 一千多年来,日本京都的人们一直记录着当地樱花盛开达到顶峰的日期,通常是在 4 月 15 日左右。 2021 年,京都的樱花在 3 月 26 日达到了花季高峰期,比历史上任何一年都早。

变暖不仅会改变温度,还会影响所有天气现象。 气温上升会影响降雨:当空气温度升高 1°C 时,它可以多容纳 7% 的水分。 温暖的空气将从土地、植物、动物和我们的身体(以汗液的形式)吸走更多的水分,并且往往会更快地释放出来。 结果,干旱和洪水变得越来越普遍。

气候面临拐点

数亿年来,阳光促进了植物的繁茂生长,其中一些植物被埋在沼泽和海床中,最终被压缩成富含碳元素的煤炭、石油和甲烷。 碳元素还广泛存在于树木、植物和土壤中,并被困在称为永久冻土的北极土层。

当这些储存因热量而分解时,它们会释放出封存已久的碳元素,导致气候进一步变暖。 气候加速变暖会造成大规模的森林火灾或冻土解冻,从而释放更多的碳并进一步加剧变暖——这被称为生态反馈循环。

科学家们预见到温室气体增多带来的后果,同时他们从古气候记录中了解到,这种反馈循环代表着风险,但它似乎离我们还很遥远。 甚至在十年前,大多数科学家都认为这种循环不会在低于 2°C 的升温条件下开始。 这就是为什么目前许多气候模型尚未包括这一动态因素的原因之一。

然而,在过去的几年里,永久冻土开始以惊人的速度解冻,越来越多的月份发生了更大规模、更猛烈的森林火灾,甚至在过去很少发生火灾的地方也是如此。 大量被封存的碳开始以比自然捕获过程更快的速度释放到大气中。 最终结果是,我们将面临不可逆转的生态失衡。 而我们还无力应对这种灾难性后果。

大多数对未来的考虑都假设,即使气候变暖会带来挑战,只要我们停止碳排放,温度就会稳定下来,可能比我们历史上的稳定温度高出 2.5°C 或 3°C,甚至 4°C。 这种假设是可以理解的,因为我们的历史记录使我们理所当然地认为生态平衡最终会稳定下来,但实际上生态反馈回路放大了人为排放的不利后果,并以更加强劲的势头加剧气候变暖和生态失衡。 面对这一前所未有的挑战,我们需要采取风险优先的思维方式。 好消息是,我们知道引起风险的根本原因,并且能够对其采取有效的措施。

自然平衡被打破

我们赖以生存的生态稳定性正受到人类活动的威胁,尤其是对化石燃料的燃烧。 近几十年来,到达地球的太阳能量一直很稳定,而大气中的二氧化碳 (CO2) 却急剧增加,导致更多的热量被吸收。

也许最能直观体现温室气体增多带来的影响的例子是,当白天的热量消散后,夜晚不再像过去那样凉爽。 例如,在过去 3 年里,美国夜间气温创下新高的次数是白天气温的两倍。

气温升高也会扰乱事物的季节性规律,此外,冬季开始得更晚,春季却更早。 这方面的一个突出例子就是日本举世闻名的季节性文化活动。 一千多年来,日本京都的人们一直记录着当地樱花盛开达到顶峰的日期,通常是在 4 月 15 日左右。 2021 年,京都的樱花在 3 月 26 日达到了花季高峰期,比历史上任何一年都早。

变暖不仅会改变温度,还会影响所有天气现象。 气温上升会影响降雨:当空气温度升高 1°C 时,它可以多容纳 7% 的水分。 温暖的空气将从土地、植物、动物和我们的身体(以汗液的形式)吸走更多的水分,并且往往会更快地释放出来。 结果,干旱和洪水变得越来越普遍。

气候面临拐点

数亿年来,阳光促进了植物的繁茂生长,其中一些植物被埋在沼泽和海床中,最终被压缩成富含碳元素的煤炭、石油和甲烷。 碳元素还广泛存在于树木、植物和土壤中,并被困在称为永久冻土的北极土层。

当这些储存因热量而分解时,它们会释放出封存已久的碳元素,导致气候进一步变暖。 气候加速变暖会造成大规模的森林火灾或冻土解冻,从而释放更多的碳并进一步加剧变暖——这被称为生态反馈循环。

科学家们预见到温室气体增多带来的后果,同时他们从古气候记录中了解到,这种反馈循环代表着风险,但它似乎离我们还很遥远。 甚至在十年前,大多数科学家都认为这种循环不会在低于 2°C 的升温条件下开始。 这就是为什么目前许多气候模型尚未包括这一动态因素的原因之一。

然而,在过去的几年里,永久冻土开始以惊人的速度解冻,越来越多的月份发生了更大规模、更猛烈的森林火灾,甚至在过去很少发生火灾的地方也是如此。 大量被封存的碳开始以比自然捕获过程更快的速度释放到大气中。 最终结果是,我们将面临不可逆转的生态失衡。 而我们还无力应对这种灾难性后果。

大多数对未来的考虑都假设,即使气候变暖会带来挑战,只要我们停止碳排放,温度就会稳定下来,可能比我们历史上的稳定温度高出 2.5°C 或 3°C,甚至 4°C。 这种假设是可以理解的,因为我们的历史记录使我们理所当然地认为生态平衡最终会稳定下来,但实际上生态反馈回路放大了人为排放的不利后果,并以更加强劲的势头加剧气候变暖和生态失衡。 面对这一前所未有的挑战,我们需要采取风险优先的思维方式。 好消息是,我们知道引起风险的根本原因,并且能够对其采取有效的措施。

设想和准备

我们都有预见气候变化结果的必要经验。 想象一下炎热潮湿的夜晚、融化的冰块、洪水而不是温和的阵雨、干旱和异常温暖的冬天。 我们对地球及其系统的了解也足以预测全球气候变暖时会发生什么。

在过去的 4 年里,气候模型已经准确地预测了全球气候变化的范围和规模。 但是,即使是当今最先进的科学也不是完美的,我们的气候越偏离其历史常态,气候模型就越难以准确地预测极端情况。 在最理想的情况下,模型让我们对即将发生的事情有一个大致的了解,这样我们就可以为我们可能无法避免的未来制定计划。 它们还可以促使我们防止未来可能出现的无法控制的后果。

气候模型可以告诉我们,当大气中的二氧化碳 (CO2 ) 和甲烷 (CH4) 的浓度为多少时,会出现怎样不同的温度和天气状况。 因此,我们不是用模型来预测时间,而是用它们来了解:这些模型在不同的大气变暖水平(例如 1.5°C、2.0°C 和 3°C)下预测了哪些天气现象?这种方法允许模型做它应该做的事情,并强调地球何时以及是否会达到不同程度的变暖水平取决于我们的行为。

在分析我们的互动地图时,请考虑跨空间的联系。 我们都见过天气从一个地区转移到另一个地区。 我们都感受过,发生在某个地方的政治、经济和公共卫生事件是如何影响到远方的我们的。 如果您为您的房子准备好应对当地气候的变化,但您的邻居、城市或电力公司却没有,您准备好面对这样的情况了吗?

还有许多我们无法轻易看到的联系,这些联系使我们周围的自然系统发挥作用,包括动物迁徙模式、空气和水中养分的运动以及洋流。 出于这些原因,使用全球地图来研究气候变化是最有用的,它允许您放大显示大洲、地区和局部区域。 如果您只看全球地图,您会错过某些局部区域的重要变化,但如果您只考虑局部情况,您很可能会错过不同空间之间的重要联系。

一切都与热量有关

如果温室气体浓度继续增长,我们将失去一些宝贵的东西。 热量将决定地球和文明的未来。

设想和准备

我们都有预见气候变化结果的必要经验。 想象一下炎热潮湿的夜晚、融化的冰块、洪水而不是温和的阵雨、干旱和异常温暖的冬天。 我们对地球及其系统的了解也足以预测全球气候变暖时会发生什么。

在过去的 4 年里,气候模型已经准确地预测了全球气候变化的范围和规模。 但是,即使是当今最先进的科学也不是完美的,我们的气候越偏离其历史常态,气候模型就越难以准确地预测极端情况。 在最理想的情况下,模型让我们对即将发生的事情有一个大致的了解,这样我们就可以为我们可能无法避免的未来制定计划。 它们还可以促使我们防止未来可能出现的无法控制的后果。

气候模型可以告诉我们,当大气中的二氧化碳 (CO2 ) 和甲烷 (CH4) 的浓度为多少时,会出现怎样不同的温度和天气状况。 因此,我们不是用模型来预测时间,而是用它们来了解:这些模型在不同的大气变暖水平(例如 1.5°C、2.0°C 和 3°C)下预测了哪些天气现象?这种方法允许模型做它应该做的事情,并强调地球何时以及是否会达到不同程度的变暖水平取决于我们的行为。

在分析我们的互动地图时,请考虑跨空间的联系。 我们都见过天气从一个地区转移到另一个地区。 我们都感受过,发生在某个地方的政治、经济和公共卫生事件是如何影响到远方的我们的。 如果您为您的房子准备好应对当地气候的变化,但您的邻居、城市或电力公司却没有,您准备好面对这样的情况了吗?

还有许多我们无法轻易看到的联系,这些联系使我们周围的自然系统发挥作用,包括动物迁徙模式、空气和水中养分的运动以及洋流。 出于这些原因,使用全球地图来研究气候变化是最有用的,它允许您放大显示大洲、地区和局部区域。 如果您只看全球地图,您会错过某些局部区域的重要变化,但如果您只考虑局部情况,您很可能会错过不同空间之间的重要联系。

一切都与热量有关

如果温室气体浓度继续增长,我们将失去一些宝贵的东西。 热量将决定地球和文明的未来。