近期氣候變化的歸因

科學家們努力尋找以及確定地球近期天氣變化的歸因導致的冷卻在0.0至0.8°C之間，自然因素導致的溫度變化在-0.1至+0.1°C之間，而氣候本身變率導致的溫度變化在-0.2至+0.2°C之間。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會在2021年釋出的報告，“自第一次工業革命時代以來，人類造成的影響已讓大氣、海洋和陸地變暖，此點無庸置疑。”:3對歸因的研究集中在經由而得的資料，尤其是在最近50年的期間。這段時期的人類活動增長是有史以來最快，而又能收集到對流層的溫度資料。導致全球變暖的主要人類活動是：除人類活動之外，有些自然機制也會導致氣候變化，例如氣候振盪、太陽活動，以及火山活動。有多方證據支援將近期的氣候變化歸因由人類活動所導致：IPCC把近期全球變暖歸因於人類活動，所反映的是科學界的觀點，也獲得全球196個科學組織的支援。 背景.影響地球氣候的因素可分解為外力強迫。:7所謂強迫是從外部強加於氣候系統的影響。外部強迫包括自然現象，例如火山爆發和太陽輸出能量的變化。人類活動也可造成強迫，例如透過改變地球大氣層中的成分。輻射強迫是衡量各種因素如何改變地球能量收支的指標。正輻射強迫會導致地表變暖，並隨著時間演進，讓氣候系統變暖。大氣中二氧化碳的正輻射強迫。氣候反饋對於給定強迫在氣候上的響應，有放大或是減弱的作用。氣候系統中有許多反饋機制可放大強迫變動的影響。氣候系統會隨著強迫的變化而變化。氣候系統會在存有，或是缺乏外力強迫的情況下出現內部變率。這種內部變率是氣候系統中各組成部分之間複雜相互作用的結果，例如大氣和海洋之間的耦合。內部變率的其中一例是聖嬰-南方振盪現象。檢測與歸因.如IPCC所言，氣候變化內對於氣候訊號的檢測和歸因，及其常識性含義均有更精確的定義。檢測到氣候訊號，並不一定即表示其為重要歸因。 IPCC第四次評估報告中稱，“自1750年以來，人類活動極有可能對氣候產生實質性的淨變暖影響”，其中“極有可能”表示機率大於95%。對於檢測到的訊號，需證明這種變化在統計學上與可用自然內部變率解釋的變化有顯著性差異。天氣訊號被當作歸因，需要證明：關鍵歸因.溫室氣體.二氧化碳是碳迴圈中的一環，經動植物呼吸作用、火山噴發和海洋-大氣間的自然吸收與排放完成。 人類活動，例如燃燒化石燃料和土地利用變化，會向大氣釋放大量碳，導致其中二氧化碳濃度上升。美國科學家查爾斯·大衛·基林於1958年啟動的高精度測量大氣中二氧化碳濃度，啟動記錄大氣成分變化的重要時序。 這些資料成為人類活動對全球大氣化學成分產生影響的證據，在研究氣候變化的工作中具有顯著的地位。大氣中的二氧化碳濃度在2019年5月達到415ppm。地球上一度具有相同濃度的時期是在2.6-5.3億年前。研究顯示，如果沒人為幹預，在2019年的二氧化碳濃度將會是280ppm。二氧化碳之外，甲烷和較小程度的一氧化二氮也是造成溫室效應的重要強迫因素。 《京都議定書》把這些氣體與3種人造氣體 - 氫氟碳化物 (HFC)、碳氟化合物 (PFC) 和六氟化硫 (SF6)一併列為造成輻射強迫的物質。人為溫室氣體排放歸由8個主要經濟部門所產生，其中產量最大的是發電廠。水蒸氣.水蒸氣是數量最大的溫室氣體，也是產生最大自然溫室效應的物質，但其在大氣中的壽命很短。有些人類活動會影響到當地的水蒸氣水平，但全球的水蒸氣濃度受到氣溫控制，蒸發和降水的總體速率均受氣溫影響。全球水蒸氣濃度並未受到人類直接排放的重大影響。土地利用.土地利用基於兩個主要原因而被列為氣候變化的歸因。 在1750年至2007年間，約3分之2的人為二氧化碳排放量來自燃燒化石燃料，其餘約3分之1的排放量則來自土地利用變化。森林砍伐既減少森林本可吸收的二氧化碳量，又經常伴隨著生物質受到燃燒而直接釋放溫室氣體和氣膠。土地利用之會成為驅動氣候變化的因素，有時是來自人類活動而造成的間接影響。例如非洲象通常會保護有利於二氧化碳封存，同時生長又緩慢的樹木，但因象受到人類大量獵殺而數量急劇下降，間接減少樹木的數量，也減少其吸收二氧化碳的機會。第二個原因是陸地反照率經常因受到使用而改變，而導致輻射強迫。這種影響通常在地方上的表現，比在全球性更為顯著。牲畜與土地利用.全球畜牧業所用的土地佔所有農用地的70%。超過18%的人為溫室氣體排放歸因於畜牧業和畜牧業相關活動，例如砍伐森林闢為牧場和日益增加的燃料密集型集約畜養方式。畜牧業在溫室氣體排放的內容包括：氣膠.科學上有極大的共識是把各種形式的氣候變化歸因於氣膠。氣膠是懸浮在大氣中的小顆粒或是液滴。人類產生氣膠的主要含有：20世紀氣候變化歸因.在過去的150年裡的人類活動，向大氣中排放越來越多的溫室氣體，導致全球平均溫度升高。其他人類效應也與氣候變化相關，例如硫酸鹽氣膠被認為具有降溫作用。自然因素也有其影響。根據20世紀的溫度記錄，地球近地表氣溫上升約0.74 ± 0.18°C。在研究氣候變化中有個歷史上重要的問題，是決定自使用儀器測量地表溫度記錄以來，由人類活動和非人為原因造成影響的相對比重。在1995年發表的的 (SAR) 中被廣泛引用的敘述，即“根據證據權衡把描述再加強:第四次評估報告(AR4)中的其他發現包括有：在過去5年中，地球表面變暖程度大約達到0.65°C (1.17°F)的增加是造成變暖的主要原因。此一結論的證據有：歸因詳情.近期的科學評估發現，在過去50年來地球表面變暖大部分是由人類活動所造成。這結論是綜合多方面的證據而達成。人類對全球氣候影響的科學證據是經由過去幾十年中，由數百項研究中積累而來，像是逐漸從自然氣候變率的“噪音”中察覺出變暖“訊號”一樣。沒單獨一項研究是“”，也沒單獨一項研究或是研究的組合能破壞這種指出人類活動是近期全球變暖的主要歸因的大量證據。第一項證據是根據物理學，對溫室氣體如何吸收熱量、氣候系統如何響應溫室氣體增加，以及其他人為和自然因素如何對氣候產生影響。第二項證據在於對過去1,000至2,000年氣候變化的間接估計，從生物及其遺骸。從這些資料中得到的教訓是在過去幾十年，全球地表溫度的變化明顯反常，比過去400年中任何時候的數字都高。在北半球，近期的溫度上昇在至少過去1,000年中顯然非比尋常。第三項證據是基於觀察到的氣候變化與電腦模型的模擬結果，其響應人類活動而發生變化之間廣泛的、質量上的一致性。例如，當氣候模型在加入溫室氣體歷史增長資料下執行時，會顯示地球和海洋表面逐漸變暖、海洋熱含量和低層大氣的溫度增長、全球海平面上升、海冰和積雪消退、平流層冷卻、大氣中水蒸氣含量增加以及大範圍降水和氣壓的變化。模擬氣候中的前述及其他結果，與觀測到的實際情況表現一致。“指紋”研究.最後，所謂的“指紋”研究可提供大量統計證據。會影響氣候的每個因素都會產生獨特的氣候響應模式，就像每個人都有獨特的指紋一樣。“指紋”研究利用這類獨特的特徵，對模擬和觀察到的兩種變化模式進行詳細比較。科學家可依靠此而把觀察到的氣候變化歸因於一個或一組特定原因。在現實世界中，自工業革命開起所發生的氣候變化是由於人為和自然原因的複雜混合。在這種混合中，每個單獨影響的重要性都會隨時間的演化而改變。實際情況是並無多個地球存在，可讓實驗者在不同的地球上一次改變一個因素，把不同的指紋獨立驗證。而氣候模型卻能研究個別的因素如何產生影響。例如在演算中把單個因素或一組因素改變，而得到不同的響應結果。模型所得的預測已受到觀察結果的證實都列入，，就可重現檢測結果的許多重要特徵。當從模型中去除人為影響時，結果是地球在過去50年實際上會稍微變冷。指紋研究顯示的明確資訊是過去半個世紀觀察到的變暖無法用自然因素來解釋，而主要是由人為因素所造成。透過檢測大氣層的分層成分，並對從地表到平流層的溫度變化模式作研究，也找出人類對氣候影響的另一種“指紋”，還有不同地理區域中的降水、乾旱、地表氣壓和主要流域中地表徑流的模式。IPCC第四次評估報告於2007年釋出後，隨後發表的其他研究發現大氣水分含量增加、北極海冰面積縮減、以及於北極和南極表面溫度的模式變化。整體研究體系提供的資訊，顯示氣候系統正傳達一個人類影響日益佔主導地位的一致性資訊 - 在溫度、冰蓋面積、濕度和大氣環流模式的變化，像複雜結構中的不同部分，以符合物理學的方式組合而成。這種指紋工作正大量轉移其重點。如前所述的明確而令人信服的科學證據已證明人類對全球氣候產生顯著影響。最近大部分的重點著重於大陸和區域性的氣候變化，以及可能對社會產生重大影響的變數之上。例如科學家已找出人類活動與變化、最高和最低溫度以及美國西部山區徑流的季節性時點的因果關係。人類活動可能對熱帶氣旋形成區的海洋表面溫度變化造成重大影響。研究人員也在超越物理氣候系統的範圍外，開始將植物和動物物種的分佈和季節性行為的變化，與人類引起的溫度和降水變化做聯絡。過去十多年來，氣候變化中有一方面似乎顯示建模和實際檢測之間存在顯著差異。所有模型都預測在熱帶，因溫室氣體增加，而預計對流層的升溫速度會比地表更快。但經氣象氣球、人造衛星和地表溫度計觀測的結果，卻顯示出是相反的現象則與氣候模型結果一致。但這並非表示模型和檢測之間所剩的差異都已獲得解決。檢測到的一些氣候變數的變化，如北極海冰、降水的某些方面和地表氣壓模式，似乎比模型預測的要快得多。目前尚不清楚這些差異產生的原因。但氣候指紋工作的底線結論是，迄今為止所研究的大多數觀察到的變化與模型結果是相互一致，並且也符合我們對氣候系統將如何響應氣溫上升的科學理解。極端天氣事件.本節摘自。極端事件歸因，也稱歸因科學，是氣象學和氣候學中一個相對較新的研究領域，用於衡量持續的氣候變化會如何直接影響近期發生的極端天氣事件。這門科學目的在確定哪些近期事件可用大氣變暖來解釋，或是與之有關聯，而不僅是由自然變率造成。科學觀點.目前有許多已公開發表，和非正式支援氣候變化共識觀點的例子。如前述的IPCC結論 - 自20世紀中葉以來，檢測到的全球平均氣溫升高的情況，大部分“很可能”是人類活動所造成。IPCC的結論與美國國家科學研究委員會釋出的幾份報告一致。於2009年發布一份報告，結論是“[全球]變暖主要是由人為所引起，無庸置疑。”許多科學組織發表宣告，支援共識觀點，如下列：檢測和歸因研究.IPCC第四次評估報告的結論是可對一些檢測到的氣候變化進行歸因的變化歸因時，會更為困難。在較大的區域，平均作用可把氣候的自然變率降低，讓檢測和歸因更容易進行。太陽活動.在為期11年的週期中，當太陽的磁場就會出現。氣候科學家已對太陽在近期氣候變化中的作用做過研究。自1978年起利用人造衛星:6測量太陽的能量輸出，資料遠比以前在地表所做的測量要準確。測量結果顯示太陽的總幅射自1978年以來並未增加，因此自1978年以來的30年，全球變暖不能直接歸因於為總太陽能量的增加。在同一時段中，太陽活動和火山活動兩者，可能對氣候產生輕微的降溫影響。氣候模型也被用於研究太陽在近期氣候變化中的作用。當模擬僅把總太陽輻射和火山活動的變化列入考慮時，無法重現近幾十年來觀察到的快速變暖。而當模擬把所有最重要的外部強迫加入時，就能複製出觀察到的20世紀溫度變化。根據前述，研究人員Hegerl等人 (2007年) 的結論是自20世紀中葉以來，溫室氣體強迫“很可能”導致大部分檢測到的全球變暖，在達成這個結論時，Hegerl等人認為氣候模型有可能低估太陽強迫的影響。研究人員也使用“代理”資料集太陽活動在氣候變化中的作用。模擬結果顯示太陽和火山作用力可用來解釋公元1000年至1900年之間相對溫暖和寒冷的時期的發生原因，但需要加入人為作用才能重現20世紀末的全球變暖。另一個牴觸太陽導致近期氣候變化的證據，來自於觀察地球大氣層不同水平的溫度變化模式。建模和觀測顯示溫室氣體導致地表低層大氣向極地移動的機制。全球氣候模型顯示氣候變化會擴大哈德里環流圈，並推動急流向北，把熱帶地區擴大，並導致涵蓋的地區整體變得更溫暖、更乾燥。非共識意見.俄羅斯聖彼得堡普爾科沃天文臺太空研究負責人在2004年認為太陽是近期檢測到的氣候變化的歸因。新聞機構的記者，如 均報導過有關火星變暖的故事。這些文章中均引用Abdussamatov的觀點。Abdussamatov表示由火星變暖，證明地球變暖是由太陽變化所引起。Kate Ravilious的報導引用兩位不同意Abdussamatov觀點的科學家所言：美國威斯康辛大學麥迪遜分校的氣候科學家Amato Evan和英國牛津大學的行星科學家Colin Wilson。根據Colin Wilson的說法，“火星軌道的震盪是其當前氣候變化的主要原因”。Ker Than在2007年引用美國西北太平洋國家實驗室的氣候物理學家Charles Long的意見，Charles Long不同意Abdussamatov的觀點。Ker Than提起英國利物浦約翰摩爾斯大學社會人類學家的觀點。Peiser在他的時事通訊中引用一部落格對太陽系中幾個行星體上觀察到變暖的評論。其中包括海王星的衛星海衛一、 木星、冥王星[和火星。在接受Ker Than透過電子郵件的採訪時，Peiser表示：“我認為在太陽系中許多非常不同的行星體上能觀察到變暖趨勢，這是有趣的巧合，也許這只是一個偶然。”在Ker Than的文章中，他也提起其他科學家對海衛一、冥王星、木星和火星變暖的原因，曾提出過各式解釋。美國國家環境保護局的的報告，指出自1750年工業革命開始以來，太陽輻射對輻射強迫的影響很小。在1750年至2000年之間，估計造成變暖的因素是大氣中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮濃度的增加的緣故，太陽輻射對輻射強迫的影響是前述綜合輻射強迫值的5%。宇宙線的作用.丹麥物理學家提出，太陽的磁場活動讓宇宙線偏轉，可能會影響雲凝結核的產生，而對氣候產生影響。美國網站報導一項在2009年所做的研究，此研究著眼於過去的氣候變化如何受到地球磁場的影響。研究報告的共同作者 - 地球物理學家Mads Faurschou Knudsen表示研究的結果支援斯文斯馬克的理論。該研究的作者群還承認二氧化碳在氣候變化中發揮重要的作用。對宇宙線的觀點.多數科學不支援太陽活動變化產生的宇宙線會影響氣候機制的觀點。研究人員所羅門等在2007年表示：[..] 宇宙線的時間序列似乎與1991年之後的全球總雲量或1994年之後的全球低層雲量不對應。再加上缺乏經驗證的物理機制以及影響雲層變化的其他合理性因果因素，這使得宇宙線引起的氣膠變化與雲層形成之間的關聯存在爭議研究人員Lockwood和Fröhlich (2007年)以及Sloan和Wolfendale (2008年)從事的研究發現近幾十年的變暖與宇宙射線之間沒有關係。研究人員Pierce和Adams (2009年)建模來模擬宇宙射線對雲特性的影響，結論是宇宙射線的假設效應太小，無法解釋近期的氣候變化。Pierce和Adams指出他們的研究並未排除宇宙線與氣候變化之間可能存在的聯絡，並建議做進一步研究。研究人員埃利金等 (2009年)發現證據顯示太陽變化與氣候之間的聯絡更有可能是由日照的直接變化，而非經宇宙線來調節，結論是：“因此在我們的假設範圍內，自1956年以來所謂太陽活動變化的影響，無論是經過直接太陽輻射，還是經過不同的宇宙線率，應該會低於0.07 °C，僅佔觀測到全球變暖程度的14%。” 研究人員Carslaw (2009年)和Pittock (2009年)回顧此領域的近期和歷史發現宇宙線與氣候之間的聯絡仍屬微弱，但他們鼓勵繼續研究。 EPA在2009年對研究人員Duplissy等的研究提出評論：歐洲核子研究組織甚為困難。沒有跡象顯示Svensmark於早期所做的實驗，其受控條件可與CERN實驗的匹配。我們發現Svensmark關於宇宙線讓雲凝結的結論尚未被證明是穩健的或足以實質性改變評估結論，特別是最近有大量宇宙線-氣候聯絡持懷疑態度。參考讀物.公有領域資源