人類活動如何引起氣變化及其他自然影響相比如何?

加好友 · 發表於 2014-2-23 23:02

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人類活動通過改變大氣中溫室氣體、氣懸膠(微小顆粒物)和雲的量對氣候變化做出貢獻。最大的貢獻源是燃燒石化燃料，向大氣中釋放二氧化碳氣體。溫室氣體和氣懸膠影響氣候的途徑是改變入射的太陽輻射量和向外的紅外 (熱)輻射量，它們都是地球能量平衡的一部份。改變這些氣體和微粒在大氣中的含量或特性能夠導致氣候系統的增溫或冷卻。自從工業化時代(大約1750年)開始以來，人類活動對氣候的總體影響是變暖的。在這個時代，人類對氣候的影響超過了太陽活動、火山爆發等自然過程的變化帶來的影響。

溫室氣體

人類活動導致了四種主要氣體的排放：二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，氧化亞氮 (N4O)和鹵烴(一組含氟、氯和溴的氣體)。這些氣體集聚在大氣中，導致濃度隨著時間而增長。在工業化時代，所有這些氣體都在大氣中有重大增長(見圖1)。所有這些增長都歸咎於人類活動。

二氧化碳的增長是交通、建築物取暖和製冷、生產水泥和其他產品使用石化燃料的結果。毀林釋放出CO2，並減少了植物吸收的CO2量。二氧化碳也會通過一些自然過程釋放，如植物腐爛。
甲烷的增長是與農業、天然氣輸配和垃圾掩埋有關的人類活動造成的。自然過程也釋放甲烷，例如發生在濕地的自然過程。目前，大氣中甲烷濃度不處於增長狀態，因為在過去的20年裏增長率下降了。
氧化亞氮也是人類活動排放的，例如使用肥料和燃燒石化燃料。土壤和海洋裏的自然過程也釋放N2O。
鹵烴氣體濃度的增長主要是人類活動的結果。自然過程也是一個小的排放源。主要的鹵烴氣體包括氯氟烴 (如CFC-11和CFC-12)，在人們發現它進入大氣後會破壞平流層臭氧前，它已被廣泛地用作製冷劑和用於其他工業過程。由於旨在保護臭氧層的國際規則的實施，氯氟烴氣體的濃度正在下降。
臭氧是一種溫室氣體，它在大氣中經由化學反應不斷產生又不斷被破壞。人類活動增加了對流層中的臭氧含量，因為活動排放出的一氧化碳、碳氫化合物和氧化亞氮經過化學反應產生出臭氧。如上所述，人類活動釋放的鹵烴破壞平流層中的臭氧，在南極上空造成了臭氧空洞。
水氣是大氣中含量最高和最重要的溫室氣體。但是，人類活動對大氣中水氣含量的直接影響是很小的。此外，通過改變氣候，人類能對水氣含量造成很大的非直接影響。例如，大氣溫度越高，它能容納的水氣就越多。人類活動排放出的甲烷也影響水氣含量，因為甲烷在平流層通過化學過程被破壞後會產生少量的水氣。
氣懸膠是存在於大氣中的小微粒，有各種大小、濃度和化學成分。有些氣懸膠是直接排放到大氣中的，有些是通過排放的其他化合物反應形成的。氣懸膠包括自然形成的化合物和人類活動排放形成的化合物。石化燃料和生物質燃燒增加了含硫化合物、有機化合物、和黑碳(煤煙)。露天採礦和工業過程之類的人類活動增加了大氣中的塵埃。自然氣懸膠包括地面釋放的礦物粉塵、海鹽氣懸膠、陸地和海洋的生物排放、以及火山爆發產生的硫酸鹽和粉塵氣懸膠。

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圖1：過去的2000年裏，重要的長生命溫室氣體在大氣中的濃度。自1750年以來的增長歸咎於工業化時代的人類活動。濃度單位是百萬分率（ppm）或是十億分率，分別表示在大氣採樣的每一百萬個或每十億個空氣分子中所含的溫室氣體分子數目。

受人類活動影響的因素

圖2顯示受人類活動影響的一些因素所貢獻的輻射強迫。這些數值反映了與工業化時代初期(大約在1750年)相比較的總強迫。圖中列出的溫室氣體，都是我們最了解的由人類活動產生的溫室氣體，它們增長所帶來的強迫都是正數值，因為每種氣體都吸收地球向大氣的紅外輻射。在這段時期中，二氧化碳的增長所造成的強迫是圖中所有溫室氣體中最大的。對流層臭氧增加也是變暖的原因之一，而平流層臭氧減少造成了降溫。

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圖2：氣候變化輻射強迫的主要部分概述。所有這些輻射強迫都是影響氣候變化的一個或多個因素造成的，它們與文中討論的人類活動和自然過程相關聯。圖中的數值反映了2005年的強迫與工業化時代初期（約1750年）的對比。人類活動使長生命氣體、臭氧、水汽、地表反照率、氣懸膠和凝結尾發生了重大變化。1750年到2005年間，自然強迫的唯一重大增長是太陽輻射。正強迫導致氣候變暖，負強迫導致冷卻。每個彩柱上的細黑線表示每個數值的不確定性範圍。

氣懸膠微粒通過反射和吸收大氣中的太陽輻射和紅外輻射來直接影響輻射強迫。一些氣懸膠造成正輻射強迫而其他氣懸膠則造成負輻射強迫。各種氣懸膠直接輻射強迫的總和是負值。氣懸膠通過改變雲的屬性，也會造成負輻射強迫。

什麼是輻射強迫？

什麼是輻射強迫？能夠引起氣候變化的因素，如溫室氣體的影響常常用輻射強迫來計算。輻射強迫用來衡量當影響氣候的因素發生改變時，地球-大氣系統的能量平衡受到怎樣的影響。之所以使用“輻射”一詞，是因為這些因素改變地球大氣中入射的太陽輻射和向外的紅外輻射。這種輻射平衡調節著地球的溫度。“強迫”一詞被用來表示地球的輻射平衡被迫偏離了它的正常狀態。

輻射強迫常常用“在大氣層頂測度的全球每單位面積的能量變化率”來表示，使用的單位是“瓦特每平方公尺”(見圖2)。如果某個因素或一組因素的輻射強迫估算為正值，地球-大氣系統的能量平衡最終將增加，導致系統增溫。反之，如果輻射強迫為負，能量將最終減少，導致系統降溫。氣候學家面臨的重要挑戰就是找出影響氣候的所有因素、確定它們施加強迫的機制、量化每個因素的輻射強迫和估算該組因素最終的輻射強迫之和。

工業化時代以來的人類活動已經改變了全球土地覆蓋的自然狀態，主要是由於農田、草原和森林的改變。人類活動還改變了冰和雪的反射特性。總體而言，結果可能是由於人類活動，地球表面現在反射更多的太陽輻射。這種變化導致了負輻射強迫。

在具備適宜的低溫和高濕的地區，飛機產生持久穩固的線狀凝結尾。凝結尾是卷雲的一種，它能反射太陽輻射並吸收紅外輻射。全球飛機營運產生的線狀凝結尾增加了地球的雲量，估計產生少量的正輻射強迫。

自然變化造成的輻射強迫

自然強迫是由於太陽活動變化和火山爆發造成的。在工業化時代，太陽輻射輸出逐漸增加，造成了少量的正輻射強迫 (見圖2)。這種變化是在11年輪回一次的太陽輻射週期變化之外的。太陽能量直接加熱氣候系統，還能影響大氣中某些溫室氣體的濃度，如平流層臭氧。火山爆發能造成短期(2-3年)的負強迫，這是因為大氣中的硫酸鹽氣懸膠暫時增加了。自從1991年發生的上一次大規模火山爆發(皮納圖博火山)以來，平流層中目前不存在火山氣懸膠。

對比當今和工業化時代初期，由於太陽輻射變化和火山活動造成的輻射強迫估值的變化都比人類活動造成的輻射強迫估值的變化小得多。因此，在今天的大氣中，人類活動造成的輻射強迫相對於自然過程造成的輻射強迫估值而言，會對當今和未來的氣候變化產生更重要的作用。

名詞解釋

Black carbon on snow : 黑碳氣溶膠的雪上沉降
Cloud albedo effect : 雲反射效應
Direct effect : 直接效應
Halocarbons : 鹵烴
Linear contrails : 線性凝結尾跡
Long-lived greenhouse gases : 長生命週期溫室氣體
Ozone : 臭氧
Radiative Forcing : 輻射強迫
Solar irradiance : 太陽幅照度
Stratospheric : 平流層
Stratospheric water vapour : 源自甲烷的平流層水氣
Surface albedo : 地表反照率
Tropospheric : 對流層

資訊來源: 中央氣象局/氣候/氣候話題

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