同一个地球,同一个“温室”
时间: 2020-03-11 来源:千人杂志
提要:“报告还指出,平均升温1.5℃时,在所研究的10万物种中,昆虫的6%、植物的8%、脊椎动物的4%物种将会失去一半的栖息地,但如果平均升温是2.0℃,这三者的预测分别是18%、16% 、8%。”

同一个地球,同一个“温室”

 

文/唐艳鸿 整理/本刊记者 张玉洁

“谢谢张记者,很高兴接受这次采访,您提出的这些问题很有意义,全球变暖的问题非常重要,需要引起更广泛的关注,需要有更多人理解,也需要更多的人行动起来。”当记者联系上北京大学城市与环境学院教授、生态研究中心主任唐艳鸿时,他欣然接受了《千人》的专访,并认真回答了记者提出的每一个问题。

记者注意到,对于一些提问,唐老师会坦率地说自己是“外行”。谈他的想法时,他有时会说那只不过是“异想天开”。 在记者看来,“知之为知之,不知为不知,是知也”,明白“已知”与“不知”,才是真的明白。在这样真明白的基础上,“异想天开”是可以期待“开”出新鲜花朵来的。“北大是常为新的”,这是鲁迅当年对北大的评价,也是他的期望。我们现在可以看到,北大在“常为新”,也期待在应对全球变暖这类前所未有的大难题时,中国会有越来越多的“异想天开”,在创新的时代“开”出更多新花朵。

全球变暖影响范围广,人类活动是主因

记者:近半个世纪以来,人类对全球变暖的讨论日趋激烈,全球变暖的证据不断增加的同时也出现了很多质疑声。请问全球变暖是真的吗?全球变暖体现在哪些方面?

唐艳鸿:科学界的主流认为全球变暖是“真的”,当然也有人仍然在质疑,社会上甚至还有阴谋论,美国总统川普就说过“全球变暖是中国人制造的谎言”。

关于全球变暖,我们可以参考IPCC(即“政府间气候变化专门委员会”)的报告,这是一个由世界气象组织和联合国环境规划署创立的机构,它的工作是汇总、评估关于全球气候(变化)的研究成果,并且定期发布评估报告,任何人均可在网上查阅。根据IPCC的最新报告(2014年),全球变暖是指“工业革命以来全球平均表面温度的升高”,这里涉及的“工业革命”、“全球平均”和“表面温度”三个概念,均有较为严格的定义。

“工业革命”是以1850年到1900年作为参照时期,这是因为之前的观测数据有很大的不确定性。从那时到现在,全球平均表面温度大致上升了1摄氏度。陆地的“表面温度”来自气象台站的观测值,通常是离地面1.5米处的气温;海洋的“表面温度”是利用海水温度估算的。“全球平均”是时间和空间的平均值。时间上,通常是以30年为期,也可以是10年的平均;空间上,每隔5个经度和5个纬度取值。既是平均,那么具体某地某时期的温度变化当然可以与平均值不同,比如说北极的升温是全球平均的2到3倍;南极最近50年升温了3摄氏度,远大于全球平均升温幅度。陆地比海洋、高原比周边地区的升温幅度大。当然,也有些地域或在某些时期“表面温度”没有变化,甚至下降。全球变暖所要描述的是大范围的平均状态,如果以某个小区域或短时期的温度下降来否认全球变暖,不妥,甚至可以说有“偷换概念”之嫌。

全球变暖最直接的证据当然是最近100多年来的观测数据,经过多年的争论和各方面研究,现在基本上没有不同看法。与此同时,还有大量的间接证据来佐证直接观测数据,主要的佐证有:南极冰盖的减少,阿尔卑斯、喜马拉雅、安地斯等冰川的退缩,北半球春季雪覆盖的减少和融雪时间提前,海平面的上升,北极海冰大幅度消融等等。

所以,“全球变暖”是有充分证据支持的观点。

记者:全球变暖到底是不是人类所为?

唐艳鸿:科学界的主流看法是 “全球变暖主要是人类活动引起的”。要理解这个观点,需要理解下面的基本事实和逻辑。

首先,全球确实变暖了,前面已经谈过。

其次,在变暖的同时,大气中的温室气体(包括二氧化碳、甲烷等),特别是二氧化碳的浓度在增加,这有很多观测数据为证,其中最广为人知的是所谓“基林曲线”(图1),这是大气科学家查尔斯·大卫·基林于1958年开始在夏威夷的莫纳罗亚山观测的大气二氧化碳浓度的时间变化。从图1可以看出,从1965年的320ppm到2019年的大约410ppm,平均每年增加了1.6ppm。

变暖与温室气体增加之间存在着因果关系,这可以通过“温室效应”来说明(图2)。简单的解释是:太阳辐射透过地球的大气到达地表,地表加热后放出红外辐射。大气的一些气体分子如二氧化碳吸收红外辐射变热,一部分热释放到宇宙,一部分重新回到地表使地表变暖。这类可以吸收红外辐射,加热地表的气体即所谓“温室气体”,温室气体增加使地表温暖,就是“温室效应”。显然,如果大气里温室气体多,温室效应强,地表就更“温暖”。值得注意的是,全球变暖的大气增温与玻璃温室里的增温,在物理学上其实并不完全是一回事。

同位素的分析表明:大气中增加的温室气体二氧化碳几乎都来源于煤炭、石油等化石燃料,而重要的温室气体甲烷和氧化亚氮等则主要来源于农业、畜牧业与化石燃料。所以,大气温室气体的增加主要是人为活动引起的,人类活动是全球变暖的主要原因。利用计算机模拟全球变暖时发现,只有考虑人类活动的影响时,才能很好说明现在的温度上升。

也有人通过排除法得到上面的结论。全球变暖只能是人为因素和自然因素引起的。人为因素方面主要有产业活动排放的各种温室气体(主要包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氟利昂等),以及大规模的土地利用变化(城市化、森林破坏、农业用地增加等)。自然因素可以分为地球本身的和地球以外的,地球本身的因素包括地下熔岩的活动、火山爆发、洋流循环、地球气候系统的内在变动如厄尔尼诺/拉尼娜,以及人类以外的生命活动影响如植物的放氧与吸收二氧化碳,地球以外的因素有太阳的活动、地球轨道的变化、宇宙辐射等等。在过去100多年里,只有人为因素与全球变暖具有最密切的、最显著的同步变化,其它要素的变化不明显。所以,全球变暖的主要原因是人类活动。

记者:“气候变暖使北美鸟类变小,翼展变长”、“高温导致婴儿提早出生”……近期的一些研究阐述了气候变暖造成的一些异常现象。您长期从事植物生理生态学研究您认为全球变暖对植物的影响有哪些?

唐艳鸿:讨论全球变暖对植物的影响时,我们必须意识到,温度的增加只是其中的一个因素,实际上,与温度变化相关的其它环境变化都会影响植物。这些因素包括:二氧化碳和其它温室气体浓度的增加,降水的时空变动,极端环境事件如高温热浪、冷害冻害、林火、雪灾、洪水、干旱,以及病虫害风险等等的增加。

全球变暖对植物的影响是多层次的,从分子、细胞,到个体、种群,再到植物群落和全球生态系统,各个层次都有。植物生理生态学主要关注的是植物个体层次的生命活动,我们目前通过研究自然环境下的光合作用,探讨全球变暖的一些要素对植物的影响,这是一些很基础的问题。全球变暖与植物光合作用有极为密切的关系:化石燃料是地质时代光合作用的产物,人类活动把地质时代植物固定的二氧化碳(化石燃料)在很短的时期释放到大气里,现在还得“请”植物把它们重新固定下来。打个可能不太贴切的比方,二氧化碳好比压在两界山下的“孙猴子”,现在解放出来,还得给它戴上“金箍圈”才行,植物的光合作用可把二氧化碳“圈”起来。所以,植树造林,利用植物光合固碳也是减排最重要的途径。但是,值得注意的是,这并不是说,所有的“林”都一定能减少大气二氧化碳,这是一个容易被误解的问题。

森林通过植物的光合作用固定二氧化碳,但植物有呼吸作用,同时释放二氧化碳;而且,植物残体(枯枝败叶与倒木等)被微生物分解后也会放出二氧化碳。如果一片森林固定和放出的二氧化碳相等,很显然,就既不能减少也不能增加大气二氧化碳,一些森林比如一些原始林可能就处于这样一种“收支平衡”的状态。如果其它环境条件不变,森林只有在成长时期才是所谓的碳汇(森林吸收并储存二氧化碳的多少/能力),才能起到减少大气二氧化碳的作用。当然,如果大气二氧化碳浓度增加、温度和水分条件变得更加适合光合作用的时候,即使是平衡状态的森林,也会增加光合能力,转变为“碳汇”。反之,大规模的病虫害、森林火灾、或者高温干燥等极端环境都可能使森林成为“碳源”,放出二氧化碳。所以,利用植物来减缓大气二氧化碳浓度的上升,还很值得研究,还有很多事情可以做。

全球变暖影响植物的光合作用。一般说来,光合速率随着短期的温度升高会加快,但超过某一最适宜温度时会迅速下降。如果长期保持上升的温度,光合作用会有某些程度的顺应,就像北方人久居南方后适应炎热天气一样。一些研究表明,随着全球温度的上升,许多中高纬度地区以及高海拔植物的光合碳同化会增加。全球变暖影响光合作用的另一重要问题是二氧化碳浓度上升,二氧化碳是光合作用的原料,大气二氧化碳浓度的上升会增加光合速率。近来一些地区的植物生长加快,二氧化碳浓度上升有很关键的贡献。我们在实验中也发现,在高二氧化碳浓度环境下,植物光合作用可以更有效利用迅速变化的自然光。

一般来说,温度和二氧化碳浓度的适度上升,都会有利于光合速率增加和植物生长发育,事实上,随着大气二氧化碳浓度的增加,海洋和陆地生态系统的光合速率也增加了(图3)。但正如前文所述,“全球变暖”并不是温度在时间上和空间上的“平均”上升,夜晚或冬季冰雪环境下的温度上升,对植物光合作用没有直接影响,而炎热夏天升温,甚至是出现高温热浪,则会抑制光合作用。而且,自然环境是一个复杂系统,往往是多种环境因素同时变动,因此评估“全球变暖对光合作用的影响”还要考虑环境中其他因素的协同变化,比如降水量、养分限制等。

全球变暖影响光合作用,进而影响植物其它各个方面:植物物候、植被分布、植物多样性、植物与动物的关系,以及森林、作物、牧草的生长等。例如,有较多证据显示全球变暖明显影响植物物候。植物物候是指植物何时发芽、长叶、开花、结果、枯黄、落叶等,春季或冬季温度上升会使一些植物的物候提前,比如我们发现春季或冬季气温升高可使青藏高原部分地区的植物返青期提前,但是另一方面,降水的变化,比如出现雨热不同期的现象,则会使得温度变化对物候的影响变得更加复杂。而物候又可能进一步影响植物与昆虫的相互关系,比如开花时间提前,传粉者(如蜜蜂)是否还能及时适应,为植物传粉。

又如全球变暖影响植物的分布:温度是决定植物分布的重要因子,温度上升可以使植物的分布向高海拔、高纬度地区移动。海拔上升100米气温大致下降0.6摄氏度,这个温度降幅相当于向北移动60公里。所以,如果不考虑其它要素,全球温度上升1摄氏度,植物的分布会沿海拔上升160-170米,或者向北移动100公里左右。当然,这只是基于温度变化的估算。不同种类的植物以及其他环境的变化,移动与否或移动速度可以很不一样。

总的说来,全球变暖会从多方面影响植物,这些影响会进一步影响整个生态系统,需要我们仔细研究,认真对待。

小温差是大挑战,“独善其身”不可能

记者:全球变暖很容易让人联想到冰川融化、海平面上升、岛国覆灭。它是否有传闻中那么可怕?阻止全球变暖真的迫在眉睫吗?

唐艳鸿:冰川萎缩和海平面上升是事实。海平面上升导致岛屿的一部分消失在海水里也是事实,但目前还没有哪个岛国完全被淹没的事实。如果我们祖祖辈辈生活的某个岛屿即将被海水淹没,或者联想到亚马逊雨林和澳大利亚的野火可能是全球变暖的影响,那还是很可怕的。

科学界认为应对全球变暖迫在眉睫。全球变暖有巨大的“惯性”,要立刻“阻止”似乎不可能,只能尽量减缓其升温速度,尽早让升温达到峰值。而且,温室气体浓度和温度上升的许多影响是潜在的、不可逆的,不少风险难以准确预测。在这个意义上,未雨绸缪尤其重要。凡事预则立,人类社会面临各种自然风险,要有足够的忧患意识,事实上,越是发达的文明,忧患意识越强,基于科学的预见能力和行动能力也越高。

记者:《巴黎协定》明确提出到本世纪末,将全球平均温升保持在相对于工业化前水平2℃以内,并为全球平均温升控制在1.5℃以内付出努力。仅仅0.5℃的差异,会造成多大的影响?这0.5℃要想降下来,有多难?

唐艳鸿:在日常生活中,我们难以觉察0.5℃气温或水温的变化,我们有着明确感知的昼夜气温变化可以有十几摄氏度甚至几十摄氏度。

全球平均表面升温差0.5℃,会有多大的差异?这可以从两个方面来讨论。一方面,从过去一百多年来已经升温的情况作出评估。例如,从工业革命前到现在大约平均升温为1℃左右,有资料指出海平面上升了十几厘米;也有研究表示,不同植物或动物的春季物候可以提前几天到十几天,高山树木分布的最高高度上升了几米到几十米等等,据此可以大概推算0.5℃的升温有多大的影响,当然这些影响究竟是不是完全可以归因于温度变化,还需要仔细论证。

另一方面,根据IPCC的报告,现在的模型预测是,全球平均温度上升1.5℃和2℃时,中纬度的最热日的气温将分别上升3℃和4℃,高纬度最冷日升温幅度分别是4.5℃和6℃。报告还指出,平均升温1.5℃时,在所研究的10万物种中,昆虫的6%、植物的8%、脊椎动物的4%物种将会失去一半的栖息地,但如果平均升温是2.0℃,这三者的预测分别是18%、16% 、8%。未来升温多0.5℃,海平面多升高0.1米,受到海平面升高威胁的人口将多1000万甚至更多,生物的栖息地可能锐减2-3倍!

所以,无论是过去还是未来,全球平均地表温度的升温,即使只有0.5℃的差异,也可能产生巨大的影响。为什么呢?

首先,平均数字并不反映构成组分的差异,2和2,-100和104的平均都是2,但构成数字的两组数字的差别很大。气候系统和生态系统的时间和空间差别很大,不同地方、不同时间的升温差别也很大。从工业化前(1850-1900)到2006-2015这段时期,全球平均表面气温上升了0.87度,但陆地平均气温却增加了1.53℃,就是说陆地增温比全球增温速度快了将近一半!换言之,尽管我们表述的是全球“平均”地表温度2℃和1.5℃两种情景,但在平均状况背后,不同的时空却会有不同的增温幅度;有些特定的时空下会发生极端的增温。
更重要的是,无论是气候系统还是生态系统,它们对温度的响应都是非线性的,就是说,同样的温度变化幅度,在不同的温度阈,即在不同的温度区间如低温区间或高温区间,影响的差别很大。比如动植物或微生物的呼吸作用,反应速度(呼吸速率)随温度上升呈指数增加,在比较高的温度时,温度变化很小,影响很大。

要争取少升温0.5℃并不容易。在全球升温2.0℃的预测情景下,2050年工业二氧化碳排放量比2010年要减少65–90%,如果是升温1.5℃,这个排放量的减少值则为50–80%。在没有替代化石燃料的新能源的前提下,要减少这么多二氧化碳的排放计划是不可能的,但开发替代能源,以及这种开发的经济可行性,是巨大的挑战,尤其是对于技术落后的国家而言。

记者:全球变暖只有坏处吗?有人认为,全球变暖会使中国大批的荒漠变成绿洲、工业中心向内地移动,而且中国历朝历代最鼎盛的时期,都是全球气候变暖的时候,所以对中国来说全球变暖利大于弊,您怎么看?

唐艳鸿:全球变暖对地球的气候系统和生态系统的影响都很复杂,很难说这些影响都是“坏”或“好”。前面提到,全球变暖及其影响在时空上有很大的差异,一些地方一些时候,变暖显得更有利一些是很正常的现象,例如,受低温限制的高纬度或高海拔地区,气候变暖了,如果其它条件变化不大,植物可能会长得好一些;或者因为变暖,上游冰川融化,下游生态系统的水分条件可能得到改善。

你提到的这几个具体观点,我没有能够核实这方面的资料,自己不做这方面的研究,只能基于常识推测,不足为凭。

工业中心在哪里,气温显然不是唯一决定因素,甚至不是重要因素,所以中国工业中心能否随全球变暖向内地移动,除了气温的变化,还要考虑其它方面,如经济、社会条件等等。

中国的荒漠之所以“荒”,更不只是温度的问题。有些地方如果气温升高,会因为蒸发加大而更加缺水,荒漠恐怕面临着扩大的危险。当然,不排除有其它因素的影响,尤其是变暖导致青藏高原冰川和冻土融化,下游水分条件变好的时候,形成短时期或一定范围的绿洲是有可能的。

至于你提到的“中国历朝历代鼎盛时期都在全球气候变暖的时候”,我知道的确有这个说法。我不做这方面的研究,但把近两千年来全球温度变化与我国朝代更替放在一起比较时,没有能够看出这个现象。我也读了有关的几篇论文,觉得说服力还是不够。而且我发现,定义中国的“朝代”尤其是定义每一个朝代的“鼎盛时期”,好像也不那么容易。

气候与文明盛衰是比较古老而又很热门的问题。比较大的气候变动,会通过对生态系统的影响,导致人类社会的变动,如饥荒、疫病、人口迁徙,或者不同族群、不同阶层或不同国家之间的冲突等等。最近有人分析了1950年以来发生在热带地区的内乱,发现厄尔尼诺年是拉尼娜年的两倍。但是,考虑到所有其它因素后,发现气候变动(南方涛动,ENSO)也只能解释21%的内乱出现。

我不赞同 “对中国来说全球变暖利大于弊”的观点。从全球变暖的这一百多年来的情况看,我没有看到有可靠的证据来支持这个观点,未来也不好断言。即使全球变暖确实对中国利大于弊,但如果对其它国家和地区不利,我们也照样需要关注它。像全球变暖这样的问题,我们置之度外,作壁上观,在道义上或在科学上,都不应该。现实中,也不可能。一般来说,一个国家也好,一个地区也好,即便是个人,要想独善其身,在今天的这个世界,是不太可能的。最近的疫情就可以充分说明这一点。

人类社会共同努力,全球变暖或被缓解

记者:目前应对全球变暖的主要措施和最大困难是什么?

唐艳鸿:回答这样的大问题,我可能还是外行,只能谈点常识。主要措施还是两个方面:减缓措施和适应措施。

减缓措施有两个目标:减少温室气体的排放和“除去”大气二氧化碳。减排的主要途径是减少化石燃料如煤炭、石油和天然气的使用,具体措施包括开发新的能源、普及非化石能源的利用、提高能源利用效率、节约能源、提高资源的循环利用、改变高耗能的生活方式等等。“除去”大气温室气体可以通过植树造林或者利用藻类光合作用增加生物固碳,也可以通过开发新技术吸收并贮藏大气二氧化碳。

因为能源与社会经济发展密切相关,在其他条件不变时,减少化石燃料的使用就意味着降低经济发展速度,因此,减排是全球变暖应对过程中面临的最大的困难。如何做到在不太影响经济发展的前提下,减少化石燃料的使用,是应对全球变暖的最大问题之一。比起通过减少排放二氧化碳来减缓大气二氧化碳浓度上升,我觉得要“减少”目前大气二氧化碳浓度要困难得多。

应对全球变暖措施的另一方面是如何适应全球变暖,这些措施包括如何应对冰川消退和海平面的上升,如何应对极端气象和气候现象,如何应对随气候变暖出现的生物多样性减少、传染病增加等等。我觉得,在全球变暖应对方面,及时准确预测生态系统的变化将是最值得关注的内容之一。

记者:中国是世界上最大的发展中国家,也是最大的碳排放国家。对于中国来说,应该如何处理经济增长和减排二者的关系?

唐艳鸿:如何处理经济增长和减排的关系,是全世界科学家、政治家、企业家们都在讨论的大问题,我没有具体答案。不过,我有时候会异想天开:虽然一般认为经济增长与减排是对立的,但是如果我们把开发新的能源,开发资源利用的新途径,把减少温室气体排放的技术开发作为新的经济增长点,不是可以减少经济增长与减排的对立吗?就是说,转换思路,通过创新来积极应对,而不是被动地应付减排。处理像全球变暖应对这样复杂的问题,应提倡从多角度思考,条条道路通罗马,为同一个目标创造更多可能性。

记者:作为高校教授,您认为高校在全球变暖的大环境下扮演着何种角色?具体到个人,我们又能为全球变暖做些什么?

唐艳鸿:高校的主要任务可能还是进行有关全球变暖方面的学术研究和人才培养。特别是人才培养,全球变暖应对是几代人甚至更长时期人类要面临的挑战,高校要为培养这方面的人才做出贡献。此外,大学也有责任启迪公民,让更多的人参与全球变暖的应对。

人人都可以、也都应该参与应对全球变暖。从日常生活中的节约资源、节省能源、保护环境开始,到科学研究,甚至探索未来全新的人类文明,这些都是应对之法。

这里列举一件日常生活中减缓全球变暖的“小事”:北京大学在学生食堂提倡“光盘行动”,减少残汤剩饭,吃光盘中食物。据中科院研究报告,中国大城市一年浪费的餐桌食物可以养活3000-5000万人口,可见浪费惊人。食物的生产、加工、储藏和运输等过程,都需要耗费能源,排出温室气体,仅仅农业生产过程产生的温室气体就占总排放的20%。所以,节约食物也是节约能源,有助于减排。改变食物的结构也可以减少温室气体的排放,例如食用植物性蛋白比食用动物性蛋白更能减少温室气体排放,生产50g牛肉、猪肉和豆类所排出的二氧化碳分别是17.7kg、3.8kg和0.4kg,而且家畜养殖过程中也会排出大量的甲烷。

现代人的生活,衣食住行,举手投足,都直接或间接地在排放温室气体。所以注意日常生活中的一些细节,有助于减缓全球变暖。

另一方面,人类活动对大自然的破坏会间接增加大气温室气体。例如,水质污染会导致藻类光合能力下降,海水中吸收大气二氧化碳减少;同样,陆地生态系统的土地利用变化导致植物生长恶化,碳同化能力下降。因此,保护大自然也是减缓全球变暖的途径之一。

记者:通过努力,未来全球变暖的问题是否可以得到缓和甚至解决?

唐艳鸿:如果采取有力的措施,全球变暖应该可以得到缓和,但所谓的“缓和”也要看我们的目标是什么,如要将大气二氧化碳浓度减少到280ppm,那恐怕不太可能,除非有突破性的发现或发明可以很快减少大气二氧化碳。

气候系统和生态系统对外界的扰动,都具有一定的稳定性,也就是“抵抗”能力和“恢复”能力。全球变暖能否得到缓解,取决于我们对气候系统和生态系统的理解,取决于我们如何有效将自然系统固有的稳定性与科学技术结合。缓解全球变暖不应该只是某些特定国家和地区的事情,全球变暖是会影响地球的每一个角落,毕竟整个地球是装在同一个“温室”里。

感谢北京大学生态系马奕欣同学阅读初稿并提出意见,也感谢南开大学古松教授审阅图2。

 

唐艳鸿,北京大学城市与环境学院教授,生态研究中心主任

唐艳鸿、张玉洁


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