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气候研究和IPCC的历史 

从检测温室效应到现代的气候模型
 

1895年，瑞典化学家和物理学家Svante Arrhenius说：“大气中的二氧化碳增长或降低约40％的将导致人们对这个问题的考虑，这影响到冰河时期的发展或消融。”

图片：Svante Arrhenius

早在1900年以前科学家们已认识到温室气体二氧化碳的影响，尽管它在空气中是一个只有2.8亿的一部分。
 

100年后，现代研究证实，大气中二氧化碳的含量在冰河期（约180ppm）和间冰期（约280ppm）确实是约在40％不等。当然，今天我们知道，还有其它的驱动因素。

不过，和气象观测相比，气候研究是一门年轻领域的科学。 20世纪50年代之前，没有科学家认真的警告说，二氧化碳永久释放可能导致全球气候变化。

 

因此，也有人在这个时候，在1958年，在Mauna Loa Observatory在夏威夷天文台Charles David Keeling开始了一系列的测量, 这些工作现在可以作为人类活动最重要的资料：精确测量空气中的二氧化碳。Keeling曲线一直持续到今天。每年它都表明，二氧化碳的年度变化（其中有植物和种植季节增加释放的二氧化碳，冬季采暖期等其它因素）。其标准的统一性和准确性，显示了过去几年和几十年二氧化碳的平均水平不断提高。
 

图表始于工业活动200年 之后，320ppm（百万分之一），比间冰期的典型值约高40ppm分。在间冰期的一万年，二氧化碳不超过20%（从冰河纪冰川的消融）。图表显示在最后的50年工业活动影响下，上升到380ppm, 这个趋势仍然在持续。
 

另外，在20世纪50年代，第一次作出努力，来描述大气环流的数值方法，并进行模拟。取得了巨大的，到时候，现在由于在计算机能力令人难以置信的快速发展。

现今，我们通过超级计算机模拟的现代气候模型已经达到可被接受的准确性（虽然仍不完美）。由气象观测站的和更多更先进可提供空间气候数据的卫星组成的密集网络。

  

日本地球模拟器是在2002年是世界上最快的计算机。图为计算机大厅。 ©海洋研究开发机构/地球模拟器中心

 气象观测的历史

即便我们拥有现代的技术...但对我们来说，仍然要利用天气观测的开拓者们所开创的东西（也许比以前更需要）。对气候变化认识的提高在1950年至1960年已取得进展，而世界各国注意到并开始一起着手解决这个问题，则需要了更长的时间。现在我们要问的问题是：在过去，气候较少受到人类活动的影响以前是什么情况？我们看到的不仅是二氧化碳的增加，而且是全球温度的升高吗？
 

天气和气候科学简史

•  1592年基于伽利略的验温计，发明了第一个温度计
• 1653年第一个气象网络成立（1900年气象观测系统几乎覆盖了所有世界上有人居住的地区）
• 1853年船舶协会开始组织国际气象观测
• 1873年形成
• 1873年Koeppen编写了第一个气象数据库，记录了1820到1871 年100个观测点的数据。该数据多数是可靠的。
• 1923年国际气象组织开始记录世界天气（WWR）。而WWR项目今天仍然在持续进行。
• 1938年Callendar基于200多个观测点的数据，编写了世界天气概况。
• 1950年基于国际气象组织（IMO）成立了世界气象组织（WMO）
   

• 1958年...大约第一个温度计诞生300年后，Keeling开始有系统的监测二氧化碳。
• 1960年，这时, 独立的气象数据库成为可能。逐步开始对全球平均温度测量.. 

• 1980年 开始安装海洋浮标测量网（现约有500个浮标）。同时卫星开始从太空提供气候数据。
• 1987年Hansen 和Lebedeff（包括其他人）提议建立一个气象观测站的统一标准 *
• 1988年世界气象组织和联合国环境规划署（UNEP）筹备政府间气候变化专门委员会（IPCC）。其第四次评估报告（AR4）于2007年发布。
• 1992年联合国气候变化框架公约（UNFCC）成立。在1994年生效。

我们看到，气象监测已经建立了很长一段时间，但全球性的系统收集数据是近期开始的。因此，自第三次IPCC报告以来最近6年的气候监测，确认了目前了解的一些趋势。
  

 IPCC的任务和结构

我们现在知道，地球表面在变暖。我们也知道，过去50至100年的二氧化碳水平已经超出它在人类文明发展历史上的稳定范围（巴比伦，埃及，罗马帝国）。我们还知道，我们必须作出反应。
 

这个任务分发给三个工作组：

工作组1：
科学方面有关气候系统和气候变化
（我们对我们的气候了解什么？）

工作组2：
社会，经济和自然对气候变化后果的脆弱性和适应性。
（我们面对的危害程度如何？）

工作组3：
减少温室气体排放的方式
（我们可以做些什么？）

 过去地质时期的气候

我们现在知道，地球表面在变暖。我们也知道，过去50至100年的二氧化碳水平已经超出它在人类文明发展历史上的稳定范围（巴比伦，埃及，罗马帝国）。我们还知道，我们必须作出反应。
  

同时，我们也知道，我们的反应将是缓慢，我们已经处于气候变化深度阶段。这个问题是：地球将对此有何反应？因为我们要面对这个变化，我们必须要知道答案。

基本而言，大地母亲约2-3 ° C的地表升温不是灾难性的。 对古气候的调查，通过研究沉积物，冰核和近来较多使用的树木年轮，使我们了解过去的气候变化。地球告诉我们，目前的气候和过去6亿年相比，有些地方更暖，有些地方更冷。

在那个时期，物种的进化和现今我们所熟悉的世界不同，例如恐龙。因为世界上只有一个大陆，海洋中热量的分布更为均匀。只有在曾经的超级大陆（上图）解体，开始漂移到现在的位置，气候才开始发展为更接近目前的状态。

在过去6千5百万年的大多数时间里，地球比现在明显的暖和，即使包括温和的气候变化。

海平面也比现在高数米。 （左边是一个约50万年前的世界地图。）如果我们回顾过去二百万年，这正是人类起源的时候，我们能看到一个冰河期和间冰期的交替阶段。

研究人员Milankovitch解释了他现在已被证实的一理论，认为地轴的倾斜度在41,000年内在22至24度内变化。

同时地球和太阳的距离在每11万到22万年会有周期变化，地球的轨道本身以10万到40年的周期，从一个典型的椭圆轨道进入另一个圆形轨道。 这些天文学上的变化，可以解释我们观测到的冰河期和温暖期的变化。

随着冰河期和间冰期的交替，空气中的二氧化碳含量也改变（但在过去80万年，从来没有达到在过去100年的程度），以及含盐量的变化和冰川融水的混合。  

由于冰山的溃塌，严重的变化往往在几年内发生。这些海洋中的变化可能会导致剧烈的相互作用和急剧的气候变化。
但一万年以来（0.01亿年），我们一直生活在一个非常稳定的间冰期。在这个阶段，明显由于稳定的自然条件，人类文明得到了发展。

然而，世界的气候在过去的地址时期里已经有上下起伏的波动，过去的1万年也曾发生过。我们的这颗行星一直在回来的寻求平衡。

但我们需要意识到，这种极端的变化总是导致许多物种不能迅速适应而灭绝。这将发生在北极熊，珊瑚和其他许多动物和植物。也包括我们自己，人类，及许多有人类活动的的沿海城镇，我们的农业，自然和我们的文化，人类社会非常依赖于过去一万年稳定的气候条件。
 

*我们需要考虑到，工业化国家的气象观测站有很多（欧洲，美国），而居住条件很差地区则只有少量的数据来源（沙漠，西伯利亚，极地，海洋）。为了使全球平均气温的分析更准确和合理，我们需要有更好的平衡。