[组图]【STS名家讲坛第1讲】张新时院士：全球变化和碳固定

科学，技术与社会（STS）名家讲坛为中国人民大学“人文通识教育大讲堂”的高端讲坛，特别邀请科学与哲学领域造诣深厚的专家学者走进人大课堂，旨在搭建大学生与资深专家学者的交流桥梁，建立科学与人文多学科对话平台，推进STS的跨学科思考与公众关注。

2010年4月11日，特邀中国科学院张新时院士，进行 STS名家讲坛的第一讲：“全球变化和碳固定”。讲座主要论点归纳如下：

一、全球变化的概念界定

全球变化指的是人为活动造成的全球性变化，而不是自然本身的变化。全球变化包括人为引起的气候变化与人为引起的全球性的其他方面的变化，比如环境变化，社会现象变化等。这里所说的全球变化主要指的就是人为引起的气候变暖，即全球增暖。从这个角度上来看，全球变化，全球增暖，气候变化是同义词。全球变化的概念可以理解为地球近地面大气和海洋的平均气温在20 世纪中期以来预计将继续增加。政府间气候变化委员会 (IPCC) 认为，自 20 世纪中叶大部分的观测的温度增加极有可能是由于化石燃料燃烧和乱砍乱伐等人类活动导致的温室气体的浓度增加所致。二氧化碳是最主要的温室气体。因此，在全球增暖中，碳是罪魁祸首，是解决全球增暖问题的关键。2009年12月7日—18日在丹麦首都哥本哈根召开的哥本哈根世界气候大会，核心讨论的问题就是关于碳问题的解决。

二、全球增暖的原因界定

（1）1960 -2010年，大气二氧化碳CO2的变化与一年中CO2的变化（测定于夏威夷）

如图所示：纵坐标的PPMV表示CO2在大气中含量，比例为百万分之几。从60年代开始，年均CO2含量呈线性上升状态，在18世纪，工业化以前，大气的PPMV含量仅为250个PPMV左右，而工业化以后，由于汽车尾气，煤炭的燃烧，对煤石油等化石燃料的使用，CO2在大气中含量逐年增加。

右下角的小图则说明，在一年里面，大气中CO2的含量也是变化的，在春天天气暖和之前大气中CO2的含量达到高峰，而在9月份达到最低，这其中的原因是：到了秋天，植物休眠，CO2开始积累，CO2的含量逐渐增加，在植物复苏之前，大气中CO2的含量达到最大值。当春暖花开时，植物开始通过光合作用固定之前积累的CO2，使得CO2逐渐减少，到秋天植物休眠之前，CO2的含量被植物固定到最小值。

（2）1880 -2000全球温度（距平）的变化

这是一个历时更久的图，如图所示：蓝色表示逐年的温度，红色是五年一平均的温度，无论是逐年的曲线，还是五年一平均的曲线，全球的温度变化都呈现上升趋势。

（3）1975-2010地表温度的变化（卫星测定）

如图所示：从1975年到2010年，卫星所展示的地球表面温度也呈现为一个增长上升的趋势。

综合三个图表，二十世纪中期以来，全球温度增加已经是一个显而易见的事实，关于全球增暖的争论并不在于这个结论，而主要集中在造成全球增暖的原因所在，即，对全球增暖的原因界定。究竟全球增温是不是大气中CO2含量的增加的结果？

（4）CO2与温度变化趋势的一致性

从这两幅图的对比中，我们可以发现：CO2与温度变化趋势是具有一致性的，也就是说，全球增暖的最主要原因是大气中CO2含量的增加。因此各国政府之间形成了气候变化的委员会（ITCC）认为：很有可能是化石燃料的燃烧与植被的破坏使得大气中CO2的浓度增加，造成了全球增暖。这也是大多数科学家的共识。

三、温室效应的产生机制与温室气体的利弊

（1）温室效应的产生机制如图所示：

（2）温室效应与温室气体的利弊

温室效应是什么,它是如何产生的，产生的原因又是什么？温室效应是在大气中的气体吸收和排放红外辐射，从而温暖一颗行星的低层大气和表面的过程。温室效应产生的原因就是温室气体，它们是温室效应的元凶。

在温室效应中，起最大作用的是水汽，其次是二氧化碳，之后臭氧，最后是云，氟利昂，氧化亚氮。一个当量的甲烷（沼气），所产生的温室效应是CO2的23倍，因此也是温室效应的重要原因。臭氧作为温室气体所起到的温室效应主要集中在大气的对流层中，对流层中的臭氧会导致地表变暖。而在平流层里，臭氧则起到阻挡太阳紫外线的作用，平流层的臭氧被氯氟烃CFCs破坏，可能与全球气候变暖有关。平流层臭氧的减少有一个冷却时间，但直到 70 年代末未发生重大臭氧层消减。

用氟利昂破坏对流层中的臭氧，确实能够减轻臭氧带来的温室效应，但对平流层中臭氧的破坏则会导致臭氧空洞，对人类造成伤害，由于臭氧更多的分布在平流层，因此氟利昂给我们带来的伤害要远远大于给我带来的恩惠。

温室气体就如同温室的玻璃墙，防止了温度的扩散。在这里温室效应本身并不是一个贬义词，它是一个中性词，我们不能因为温室效应给我们人类带来了消极的影响，就对温室效应一概全否，对造成温室效应的温室气体嗤之以鼻。任何温室气体都是不可缺少的，没有温室气体带来的温室效应，地球将会是一颗没有生命的冷冰冰的星球，正是温室效应，保证了人类的生存。

（3）温室气体CO2的主要来源与循环：

如图所示：这是一个碳的循环。汽车，工厂，人与动物的呼吸，家庭对化石燃料的使用产生的大量CO2，而CO2是温室气体的主要来源。这些CO2，只能通过植物的光合作用来进行转换，也只有植物才能直接从光中固定产生能量，植物越来越多的将二氧化碳转化为氧气，才形成了我们现在生活的环境，如果没有植物，人类是无法生存的。

四、全球变化的影响

（1）全球变化的趋势

根据不同重建方法的两千年的地球表面平均温度的史，每十年chidu进行平滑处理得到下图，从中可以看到过去两千年地球的平均温度：

总体上看，全球温度，尤其是从十七世纪开始，呈现出上升趋势。在公元一千年左右，全球温度有一个升温的趋势，这个时期称为中世纪的暖期，这段时期是人类历史上气候适宜的一段时期。一直到1600年左右，地球出现了一个小冰期，至此，全球温度变化波动都很正常，属于自然变化。但是，从十七世纪开始，全球温度变化开始出现异常。针对这个转折，科学家们展开了激烈的争论。一派科学家认为：气候变暖只是自然本身的周期性变化。另一派科学家则认为气候变化是工业革命以后，人为造成的。大部分科学家以及公众，都更倾向于第二种可能，即全球气候变化是人为燃烧化石燃料，向大气排放过量的CO2，以及对植被的乱砍乱伐造成的。

最通用的量度全球变暖的指标是近地球表面的全球平均温度，从全球气候增暖的全球分布图来看，全球温度增加的趋势是很明显的，呈现出一种线性上升的趋势;尤其是在1906–2005这近百年期间，全球变暖了0.74 ±0.18 °C。在该期间后半段的气候变暖的速度几乎是整个期间的一倍（0.13 ± 0.03 °C/ 10 年,对 0.07 ℃ ± 0.02 °C/ 10 年)。自1900年以来城市热岛效应估计为变暖0.002 °C/ 10 年。2005 年是自十九世纪晚期有了可靠的、 广为应用的仪器测量以来最热的一年，超过1998 年的记录百分之几度，而1998 年的异常温暖，有的科学家认为是由于在过去的一个世纪中最强的厄尔尼诺出现在该年导致的结果。这是否与全球变暖有关系？这是不好确定的。

 (2) 全球温度升高的影响：

全球温度升高将导致：全球温度升高将导致：海平面上升，改变降水量及其格局，亚热带荒漠和荒漠化扩展，气候变暖预计将在北极最强，与此同时，冰川，多年冻土和海冰会继续消退，极端天气事件频率和强度的变化，加速物种灭绝，农业产量的变化。

①全球升温将会引起洋流轨道的改变，进而造成灾难性的气候再分布。海洋是气候系统的基础部分，它通过温盐环流，以一个很慢和很深的水的流动在世界海洋中进行长期的热的再分配。海洋与气候有很大的关系：暖洋流经过的地方，温度升高，降雨量增加，而寒洋流经过的地方，温度降低，降水量减少。

②全球变化将会造成冰川融化，海平面上升。IPCC声明：到2100年，北极在夏天就没有冰了。这样大量的冰川融水将流进海洋，最终造成海平面增高。同时，海水受热膨胀也会增加海平面。在上个世纪，这两个因素对海平面上升的贡献都差不多，预计在下个世纪，第二个因素的影响将会更明显。

③全球变化将会对冰川山下的绿洲造成很大影响。阿尔卑斯山，天山，昆仑山，阿尔泰山之下的绿洲对夏天的冰川融水具有很大的依赖性，北京全年降水5,600毫米，新疆只有100毫米，这意味着新疆很多地方没有降水，只能靠灌溉与冰川融水。据统计，北疆百分之三十的供水来自冰川融水，而南疆则有百分之四十的供水是冰川融水。因此，冰川融化将会对新疆地区的供水造成很大影响。IPCC称：2100年百分之八十的喜马拉雅山冰川都将化光，这将会影响到南亚次大陆，印度 巴基斯坦。

④全球变化带来的海平面上升，气候变化，对植物的生长具有很大的影响。

⑤全球变化必然会影响到经济。

如图：数轴是温度，横轴是温室气体的浓度。这条线代表温度增加三度，高线增加4.5度，最底线增加2度，不同的温度，发散的温室气体不一样，这构成一个反馈，两个互为因果的关系，这是非常复杂的。经济学家史密斯在一个文献评价中曾得出这样一个中度确信的结论：1.气候变化会增加国家之间和内部收入的不均等；2.在 2100全球平均气温小有增加（2 °）会导致许多发展中国家市场负面影响，3.和许多发达国家净正市场部门影响；全球平均温度微小的增加会对总体市场 世界 GDP总额有±几个百分点的影响。史密斯还得到一个等高度确信的结论：(2-3 °C）到高（3 °C)的变暖将导致更强烈的负面影响，而净的正面影响将开始下降，并最终成为负值。大气二氧化碳 (CO2) 为前工业化时期水平的一倍，对农业部门会有一个稍有负面到中度正面的集合作用。大多预测是对发达世界有利，而对区域和全球贸易系统连系很少的人群有强烈的负面影响。大量的其它行业包括畜牧、林业和渔业产业将会受到气候变化的影响。其他对气候变化的敏感的行业包括能源、 建筑、保险、旅游和娱乐行业。气候变化对这些行业的大多数的总体影响是非常不确定的。气候变化可能导致福利削减，相当于全球人均消费至少平均5%的持续下降。

总之，以上这些区域差异的性质是不确定的，变暖及相关的变化将在世界范围内因不同地区而异。

谢谢大家！

（本文由王玮依据张院士演讲和演示文稿整理，未经原作者校对。）