2023年的天气分布上,寒潮、冻雨齐发,很多人难免发出感叹:“地球已经进入到了极端天气时代”,其实这种感叹有点夸张。地球气候变得越来越难以琢磨不假,但还远远达不到“极端”的程度,甚至用在这里的概念都有点不正确。

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先强调一下天气与气候的概念,气候区别于天气,更为准确地讲气候是指特定地区的天气的长期模式。天气单位可以是小时到小时、一天到一天、一个月到一个月,也可以一年到一年。所以,同一个地区,一年当中可能会出现多种不同的天气模式,其中持续时间最长的那个天气就是气候,所以仅凭借某一个时间段的持续暴雨,根本不能轻易判定为“时代”。举一个很简单的例子,沙漠地区降雨很少,长时间处于干燥气候,虽然某个特定的时间段也会出现降雨,甚至降雨能持续一个周,但我们不会因为持续一周的下雨,就将沙漠定性为进入了“湿润时代”。

在过去的十年中,人们对历史上全球变暖与个别极端气候事件之间,可能存在的联系越来越感兴趣,这种兴趣基于科学和实践动机。首先,极端天气是对自然和人类系统造成严重压力的基础,因此,了解历史变暖对极端事件的影响,对于检测气候变化影响至关重要。其次,极端事件的频率或强度趋势正在增加,这可能导致未来全球范围内,出现前所未有的事件。但还是那句话,地球气候轻易不会改变,短暂的极端天气变化,并不能代表进入到了“极端时代”。最主要的原因是:地球气候轻易不会改变,温室气体排放也只是很微小的变化,具体如下。

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地球气候的周期性变化,发生在多个时间尺度上,从几十年到几百年、几千年和几万年。每个尺度的周期是由多种物理机制引起的。任何特定时期的气候,都是所有这些嵌套机制和循环共同运作的表现。

万年气候周期

主要的冰期(冷)和间冰期(暖)是由地球绕太阳轨道的变化引发的,称为米兰科维奇周期。这些周期在10000-100000 年的周期上,以不同的强度发生。轨道变化随时间缓慢发生,影响不同季节在地球表面接收太阳辐射的位置。就其本身而言,太阳辐射分布的这些变化,还不足以引起大的温度变化。然而,它们可以启动强大的反馈机制,放大由米兰科维奇循环引起的轻微变暖或变冷效应。

其中一种反馈是通过全局表面反射率(也称为反照率)的变化引起的。即使在北纬稍微增加太阳辐射也会增加冰融化。由于冰层的流失,明亮的白色冰层表面反射的阳光减少了,地球吸收了更多的阳光,从而增加了整体变暖。第二种反馈机制涉及大气温室气体浓度,例如二氧化碳。地球轨道变化引发的轻微变暖使海洋变暖,从而使它们能够释放二氧化碳。正如我们所见,大气中更多的二氧化碳会导致更多的变暖,从而产生放大效应(Hansen 2003)。大气 CO 中的不同反馈2 浓度可能滞后于轨道变化引起的变暖或变冷多达 1000 年。通过这种方式,开始时轨道的微小变化,可以产生过去 80 万年的冰期和间冰期循环,当前气候变化的一个主要问题是,类似的反馈机制将在现代造成“失控”的变暖效应,这种效应极难停止或逆转。

世纪尺度的气候周期

除了万年冰期和间冰期循环外,还有较短的冷暖循环,发生在大约200到1500年的时间尺度上。导致这些循环的机制尚不完全清楚,但被认为是由太阳的变化以及海洋环流模式等几个相应的变化驱动的。比如中世纪欧洲温暖期(公元 900-1300 年)和明清小冰河期(公元 1450 年--1900 年),就是一个周期中暖冷阶段的例子。甚至其中一些周期,例如中世纪欧洲暖期,可能还是区域性的,不一定能反映全球平均水平的巨大变化。

综上所述,地球没有极端天气时代一说,且当下人为的气候变暖也根本影响不了地球所处太阳系的气候周期,与整个宇宙相比,人类行为其实非常渺小。