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常问的问题2.1 : 人类活动如何引起气候变化及其与自然影响
常问的问题2.1
人类活动如何引起气候变化及其与自然影响相比如何？
人类活动通过改变大气中温室气体、气溶胶(微小颗粒物)和云的量对气候变化做出贡献。最大的贡献源是燃烧化石燃料，向大气中释放二氧化碳气体。温室气体和气溶胶影响气候的途径是改变入射的太阳辐射量和向外的红外(热)辐射量，它们都是地球能量平衡的一部份。改变这些气体和微粒在大气中的含量或特性能够导致气候系统的增温或冷却。自从工业化时代(大约1750年)开始以来，人类活动对气候的总体影响是变暖的。在这个时代，人类对气候的影响超过了太阳活动、火山爆发等自然过程的变化带来的影响。
FAQ2.1,图1. 过去的2000年里，重要的长寿命温室气体在大气中的浓度。自1750年以来的增长归咎于工业化时代的人类活动。浓度单位是百万分率（ppm）或是十亿分率，分别表示在大气采样的每一百万个或每十亿个空气分子中所含的温室气体分子数目。（对本报告第6和2章中的数据作了综合和简化。）
温室气体
人类活动导致了四种主要气体的排放：二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，氧化亚氮(N2O)和卤烃(一组含氟、氯和溴的气体)。这些气体集聚在大气中，导致浓度随着时间而增长。在工业化时代，所有这些气体都在大气中有重大增长(见图1)。所有这些增长都归咎于人类活动。
- 二氧化碳的增长是交通、建筑物取暖和制冷、生产水泥和其它产品使用化石燃料的结果。毁林释放出CO2，并减少了植物吸收的CO2量。二氧化碳也会通过一些自然过程释放，如植物腐烂。
- 甲烷的增长是与农业、天然气输配和垃圾填埋有关的人类活动造成的。自然过程也释放甲烷，例如发生在湿地的自然过程。目前，大气中甲烷浓度不处于增长状态，因为在过去的二十年里增长率下降了。
- 氧化亚氮也是人类活动排放的，例如使用肥料和燃烧化石燃料。土壤和海洋里的自然过程也释放N2O。
- 卤烃气体浓度的增长主要是人类活动的结果。自然过程也是一个小的排放源。主要的卤烃气体包括氯氟烃(如CFC-11和CFC-12)，在人们发现它进入大气后会破坏平流层臭氧前，它已被广泛地用作制冷剂和用于其它工业过程。由于旨在保护臭氧层的国际规则的实施，氯氟烃气体的浓度正在下降。
- 臭氧是一种温室气体，它在大气中经由化学反应不断产生又不断被破坏。人类活动增加了对流层中的臭氧含量，因为活动排放出的一氧化碳、碳氢化合物和氧化亚氮经过化学反应产生出臭氧。如上所述，人类活动释放的卤烃破坏平流层中的臭氧，在南极上空造成了臭氧空洞。
- 水汽是大气中含量最高和最重要的温室气体。但是，人类活动对大气中水汽含量的直接影响是很小的。但是，通过改变气候，人类能对水汽含量造成很大的非直接影响。例如，大气温度越高，它能容纳的水汽就越多。人类活动排放出的甲烷也影响水汽含量，因为甲烷在平流层通过化学过程被破坏后会产生少量的水汽。
- 气溶胶是存在于大气中的小微粒，有各种大小、浓度和化学成分。有些气溶胶是直接排放到大气中的，有些是通过排放的其它化合物反应形成的。气溶胶包括自然形成的化合物和人类活动排放形成的化合物。化石燃料和生物质燃烧增加了含硫化合物、有机化合物、和黑碳(煤烟)。露天采矿和工业过程之类的人类活动增加了大气中的尘埃。自然气溶胶包括地表释放的矿物粉尘、海盐气溶胶、陆地和海洋的生物排放、以及火山爆发产生的硫酸盐和粉尘气溶胶。
受人类活动影响的因子的
辐射强迫
图2显示了受人类活动影响的一些因子所贡献的辐射强迫。这些数值反映了与工业化时代初(大约在1750年)相比较的总强迫。图中列出的温室气体都是我们最了解的由人类活动产生的温室气体，它们增长所带来的强迫都是正数值，因为每种气体都吸收地球向大气的红外辐射。在这段时期中，二氧化碳的增长所造成的强迫是图中所有温室气体中最大的。对流层臭氧增加也是变暖的原因之一，而平流层臭氧减少造成了降温。
气溶胶微粒通过反射和吸收大气中的太阳辐射和红外辐射来直接影响辐射强迫。一些气溶胶造成正辐射强迫而其它气溶胶则造成负辐射强迫。各种气溶胶直接辐射强迫的总和是负值。气溶胶通过改变云的属性，也会造成负辐射强迫。
FAQ2.1,图2. 气候变化辐射强迫的主要部分概述。所有这些辐射强迫都是影响气候变化的一个或多个因子造成的，它们与文中讨论的人类活动和自然过程相关联。图中的数值反映了2005年的强迫与工业化时代初（约1750年）的对比。人类活动使长寿命气体、臭氧、水汽、地表反照率、气溶胶和凝结尾迹发生了重大变化。1750年到2005年间，自然强迫的唯一重大增长是太阳辐射。正强迫导致气候变暖，负强迫导致冷却。每个彩柱上的细黑线表示每个数值的不确定性范围（本报告中的图2.20调整后得到本图）。
FAQ2.1,框1 什么是辐射强迫？
什么是辐射强迫？能够引起气候变化的因子，如温室气体，的影响常常用辐射强迫来计算。辐射强迫用来衡量当影响气候的因子发生改变时，地球-大气系统的能量平衡受到怎样的影响。之所以使用“辐射”一词是因为这些因子改变地球大气中入射的太阳辐射和向外的红外辐射。这种辐射平衡调节着地球的温度。“强迫”一词被用来表示地球的辐射平衡被迫偏离了它的正常状态。
辐射强迫常常用“在大气层顶测度的全球每单位面积的能量变化率”来表示，使用的单位是“瓦特每平方米”(见图2)。如果某个因子或一组因子的辐射强迫估算为正值，地球-大气系统的能量平衡最终将增加，导致系统增温。反之，如果辐射强迫为负，能量将最终减少，导致系统降温。气候学家面临的重要挑战就是找出影响气候的所有因子、确定它们施加强迫的机制、量化每个因子的辐射强迫和估算该组因子最终的辐射强迫之和。
工业化时代以来的人类活动已经改变了全球土地覆盖的自然状态，主要是由于农田、草原和森林的改变。人类活动还改变了冰和雪的反射特性。总体而言，结果可能是由于人类活动，地球表面现在反射更多的太阳辐射。这种变化导致了负辐射强迫。
在具备适宜的低温和高湿的地区，飞机产生持久稳固的线状凝结尾迹(凝结尾)。凝结尾是卷云的一种，它能反射太阳辐射并吸收红外辐射。全球飞机营运产生的线状凝结尾迹增加了地球的云量，估计产生少量的正辐射强迫。
自然变化造成的辐射强迫
自然强迫是由于太阳活动变化和火山爆发造成的。在工业化时代，太阳辐射输出逐渐增加，造成了少量的正辐射强迫(见图2)。这种变化是在11年轮回一次的太阳辐射周期变化之外的。太阳能量直接加热气候系统，还能影响大气中某些温室气体的浓度，如平流层臭氧。火山爆发能造成短期(2-3年)的负强迫，这是因为大气中的硫酸盐气溶胶暂时增加了。自从1991年发生的上一次大规模火山爆发(皮纳图博火山)以来，平流层中目前不存在火山气溶胶。
对比当今和工业化时代初，由于太阳辐射变化和火山活动造成的辐射强迫估值的变化都比人类活动造成的辐射强迫估值的变化小得多。因此，在今天的大气中，人类活动造成的辐射强迫相对于自然过程造成的辐射强迫估值而言，会对当今和未来的气候变化产生更重要的作用。