綠色能源讓地球氣候更安全｜肖子牛

冷暖兩心知

綠色能源的利用是重要和必然的選擇，綠色能源可以讓我們的地球氣候更安全。

肖子牛中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室主任國家重大科學研究計劃首席科學家

氣候變化是一個大家都非常熟悉的話題，在過去的20世紀，它可能是最重要的一個科學話題，同時也是一個社會話題，我想這個話題在21世紀會繼續成為我們最熱門的科學和社會的話題。

什麼是氣候變化？

我們現在正在經曆著全球變暖，2019年是過去人類所遇到的第二暖的年份，過去的5年，也是有記錄以來最暖的5年。所以，氣候變化正在影響著我們的生活環境。

首先我們看看地球的氣候是個什麼樣的狀況？地球是一個氣候適合於人類居住的非常美麗的星球。這個星球最主要的特點是適宜的溫度和液態的水存在，這樣才能蘊育生命並在這個星球上生存和發展。有很多的原因使我們的地球成為一個人類宜居的星球，很重要的一點是空間位置，比如說它和太陽的距離是1億5千萬公里，以及它的運行軌道、自轉規律等保證了宜居的需求。

這裏面很重要的因素是有大氣，地球大氣裏有個非常重要的成分是“溫室氣體”，溫室氣體保存了地球的熱量，使得能夠達到適宜人居住的溫度。如果沒有溫室氣體的存在，我們地球將是非常嚴寒的零下幾十攝氏度，而不是現在非常適宜生物生存的平均溫度15攝氏度。

溫室氣體它是那麼重要，但是同時它又有兩面性。適當的含量能給我們帶來適宜居住的星球，但如果它的含量特別小或者特別多，也會使我們的星球變得面目全非。比如如果它的含量特別少就會變成一個像火星一樣的非常寒冷的星球；如果它的含量非常高就會變得非常炙熱，像金星一樣，人類無法生存。

在過去的地球溫度歷史演變裏，最近一百多年二氧化碳的含量在快速繼續升高。從具體的數字可以看到，它已經達到在過去80萬年以來地球大氣最高的含量。它的含量現在已經超過了400ppm（ppm：百萬分之一）。全球氣候變化在很長的時間尺度來衡量，氣候的平均狀態和它的偏差發生了統計學上顯著的變動，我們叫氣候變化。氣候變化的原因可能是自然演變的規律所導致的，也可能是一些外強迫，包括人類的生活生產排放的二氧化碳的增多所導致的。我們現在所討論的現代的氣候變化主要是指後者，也就是說我們人類的活動給我們的氣候帶來了什麼樣的影響，主要討論這樣的一個氣候變化主題。

氣候變化帶來了什麼？

在近百年工業革命以來，特別是最近一百多年，全球的氣候環境發生了非常大的變化，表面的溫度已經升高了將近1度，二氧化碳含量也增加了超過1/3，這些顯著的變化會給我們地球的環境，地球的氣候帶來什麼樣的影響？氣候變化給我們星球大氣帶來了什麼？溫度升高帶來的最直接的變化是什麼？就是冰雪的熔化，地球的兩極是被冰雪覆蓋的，在近年來全球增暖的情況之下，冰雪正在急劇退縮。北冰洋的覆蓋在急劇減少，到夏天很多地方已經沒有冰蓋，生活在北極的北極熊過去在冰面上活動，現在他們的生活已經變得日益艱難。

這是來自北極格陵蘭的一張照片，格陵蘭的交通工具是狗拉的雪橇在雪地或冰面上奔馳，但到夏季的時候，由於冰雪融化變成水面，這幾只拉著雪橇的狗狗已經不知道它們怎麼樣去適應這樣的變化。前面的路到底在什麼地方？真的是“敢問路在何方？”

我們通過觀測可以看到，無論在北極還是南極，它的冰蓋、冰雪都發生了急劇的變化，這些變化我們可以通過科學觀測儀器知道，變化是非常劇烈的。北極冰雪的變化也會帶來海平面的變化，這是氣候變化很大的特征。

在過去100年裏，全球的海平面變化已經上升了0.19米，而且這個速度正在不斷地加速，它會帶來什麼呢？根據估計，如果格陵蘭的冰川融化，全球的海平面將會升高7米，如果南極的冰蓋也全部融化，全球的海平面將會升高57米，這樣我們所有沿海的大陸城市以及大片人口稠密的地區都將淹沒在大洋之下。

全球變化的增溫也會給生態環境帶來影響，比如澳大利亞的大堡礁的珊瑚非常美麗，在全球變暖之下，它已經出現了嚴重的珊瑚白化，大量地死亡。在中高緯地區有大量永久性和半永久性的凍土層，全球變暖讓它出現融化，很多地方出現塌陷，出現大規模的地質塌陷和生態環境的改變。這裏有個非常重要的，我們還沒意識到的危險，這些冰雪以及凍土中封存了幾萬年、幾十萬年的遠古的病毒有可能在全球變暖之下會被喚醒，會給人類帶來非常嚴重的威脅，也可能是致命的威脅。

當然，剛才我們談到的都是非常遠距離的，對很多人來說不容易看到的氣候變化的場景。其實對我們來說，氣候變化的影響也在隨時隨地在發生，我們經常聽到一個詞：“極端的天氣氣候事件”，極端的天氣氣候事件在全球變暖情況下發生頻次和強度都在急劇增加，比如非常強的降水造成的災害；持續的非常高的溫度，高溫熱浪給我們生態環境帶來災難；近幾年，世界各地的山火頻繁地發生，造成了很大的毀滅性的生態危機。這些危機很大的背景可能就是氣候變化誘發的。在氣候變暖情況下還會發生很多極端的天氣事件，如極寒事件，比如這幾天天氣非常寒冷，有可能是最近50-60年最寒冷的天氣，這實際也是氣候變化背景在助推形成的。

當然，由於降水異常，溫度升高，幹旱是不可避免的。全世界很多地方，無論是亞洲、美洲還是非洲，大範圍持續的幹旱在持續地出現。熱帶氣旋和熱帶風暴，也就是我們所說的台風，近幾年也給我們造成很大的災難後果。科學家們發現，現在強台風在不斷增加，強台風占的比例也在不斷增加。它的能量在增加，破壞力也在增加。這背後的推手也是氣候變暖。

為什麼會這樣呢？我們知道，氣溫每增加1度，整個大氣裏的含水量會增加7%，這樣在全球變暖背景之下，我們的大氣裏會含有更多的水分，整個大氣水分的循環會更加激烈，這樣就不難理解，為什麼我們會有那麼多的極端天氣事件，為什麼會有更多的強降水以及更強的台風。

科學家們還發現，在全球變暖背景之下，地球每個地區的響應是不一樣的，但它給我們帶來的可能不是好處，以前幹旱的地區變得更幹旱，濕潤的地區會變得更濕潤，會帶來更多的降水這樣的幹越幹、濕越濕的機制就會帶來更多的洪澇和幹旱災害。

剛才說的這些事實，很多已經通過科學家們在全球各地觀測的數據揭示出來。比如台風的強度，超強台風的占比在各個大洋都顯著增加；比如幹旱面積，全球溫度在不同增溫條件下，幹旱的風險在不斷地增加。所以，全球氣候變化現在已經是不爭的事實，人類活動造成的溫室氣體增加正在深刻地改變著我們地球的氣候。

二氧化碳減排是全人類的責任

我們只有一個地球，所以，我們所面臨的氣候變化的挑戰是全人類所要共同面對的挑戰，我們全人類都要采取行動去應對挑戰，是我們全人類的責任。剛才我們介紹了一些氣候變化帶來的影響，我們也生活在其中。也許有人會說，我們這樣經曆的變化也不會怎麼樣，不是還生活得好好的嗎？事實上，它背後深刻的演變是我們不可預知的，它的危險正在一天一天地接近人類。人類的文明是否能夠經受住這些氣候變化帶來的影響呢？氣候變化這樣繼續下去，它會帶來什麼樣的劇變呢？下面講個很有意思的科學問題。

大家可能聽說過“蝴蝶效應”，這是由氣象學家愛德華·諾頓·勞侖次提出的數學理論。通俗來講它是什麼含義呢？一只在亞馬遜森林裏的蝴蝶煽動翅膀可能在一周之後在北美引起一場龍卷風，或引起一次風暴。這是對蝴蝶效應通俗的講解。為什麼會產生這樣的現象，因為氣候系統是非線性的複雜系統，我們的氣候系統是由五大圈層所組成的相互作用的非線性的系統。

用這張圖來展示蝴蝶效應的原理，當我們的氣候狀態處在A點或B點時相對穩定，當它在這個（A或者B）狀態，有一些變動但變動不會大。但處於C點臨界值時，它就有可能會滑到A點也可能滑到完全不同的B點，假設現在我們是A點氣候環境，如果突破了臨界值，就可能滑到危險的B狀態，地球的氣候變化可能將不堪設想。

比如我們地球大氣的熱量平衡有很重要的兩個作用的環節：一是大氣環流，二是海洋環流。大氣和海洋環流會把氣候維持在安全水平和正常的狀態，他們會把熱量從低緯地區輸送到高緯地區，使地球熱量、水分的循環維持在安全的水平，如果這些複雜的環流的平衡特征發生了變化，造成的後果不堪設想。

我們可能看過一個電影《後天》，它所描述的大規模氣候急劇變化狀態是怎麼引起的呢？是海洋環流中非常重要的溫鹽環流系統反轉出現了停滯，使海洋環流的正常運作停止了，因此造成高緯地區大幅度降溫和冰雪狀況。

歷史上來說，地球的歷史曾經經曆過五次生命滅絕的事件，在地質學家給我們揭示的這些神秘事件中，我們來仔細地來看當時的氣候發生什麼變化？我們會發現每一次生命滅絕都伴隨著地球氣候巨大的改變。所以，我們要應對的這類氣候變化的威脅是不可忽視的。氣候變化歸於兩類因子：一類因子是氣候系統自然地變化，另一類是由於人類活動所造成的溫室氣體增加所帶來的劇變。

工業革命以來，人類活動所造成的二氧化碳值增加在急劇演變，現在增加的速度越來越快，已經可以看到我們的溫度是和它密切相關的。因此，溫度變化、全球變暖主要是由於人類活動所造成的二氧化碳增加所產生的。

對地球歷史而言，也許這樣幾度的小小的溫度變化是微不足道，可以忽略不計。

但對人類文明而言，這樣的劇烈變化造成的毀滅性後果是我們不能夠承受的。如剛才說海平面的上升，如果溫度上升2度，格陵蘭的冰蓋就會融化，我們的海平面就會上升7米。這樣部分的沿海城市就會全部淹沒了。如果我們地球溫度上升5度呢？全球大部分冰蓋和冰川都會融化，而這樣的冰蓋和冰川占據我們全球淡水99%以上，這樣會造成全球大部分城市被淹沒。

所以，人類活動所產生的二氧化碳引起的氣候變化正在顯著地發生，由於氣候系統的非線性作用也許正在逼近某一個臨界值，給人類的生存和文明的延續造成了很大的危機。人類社會正在采取行動，聯合國政府間氣候變化專門委員會IPCC就是專門應對氣候變化問題而組織起來的機構。早在1977年，經濟學家威廉·諾德豪斯提出來一個設想：如果地球上的二氧化碳濃度加倍，在工業革命以前含量基礎上翻一番，全球平均氣溫就會上升2度。後來我們在應對氣候變化整個過程當中發現，這個2度確實會給人類帶來很大的影響。在他提出2度預言設想的20年之後，聯合國各個國家進行了《京都議定書》正式簽署，標志著人類應對氣候變化采取了一步步具體的行動。

在研究氣候變化到底會帶來什麼樣的影響中，我們通常會用氣候系統的數值模式來開展研究，到底多少二氧化碳含量會給我們帶來什麼樣的氣候結局，什麼樣的後果，什麼樣的情景？因此，各國的科學家們正在利用各種數值模式系統研究不同的驅動機制對地球氣候系統的影響，以及評估未來氣候系統會怎麼樣演變。

這是一張通過各種氣候系統模式評估出來的，未來在不同的二氧化碳情景之下的氣溫演變圖。可以看得到，只有在最低的排放情景，也就是我們不僅要控制住二氧化碳的排放，而且還要使二氧化碳排放在未來能夠降低這樣的條件之下的RCP2.6情景，全球增溫才可能不突破2度的紅線。為了避免地球氣候變化所導致的氣候環境不可逆的失控，減少人類活動所排放的二氧化碳是不可避免的措施，也是刻不容緩的措施。

綠色能源是必然的選項

怎麼樣來降低二氧化碳排放呢？二氧化碳主要來源是與能源消耗有關。能源與人類文明至關重要，人類的歷史可以說也是能源利用的歷史，這是非常暢銷的一本書《能源史》所提出的論點。在西方神話中，普羅米修斯從天界偷盜來火種，讓人類成為萬物之靈，這也許就是人類利用能源的開始。從此之後，人類利用能源的進步是和利用能源的效率以及能源利用的量緊密地聯系在一起。能源的問題是人類生存根本的問題，能源的利用改變了人類的歷史，能源的利用也推進了人類的文明。

但同時，人類的利用能源也有兩面性，也給我們帶來困擾。我們累計的二氧化碳排放，從工業革命以來已經超過1萬多億噸，現在每年排放量在300億噸以上。目前，產生二氧化碳所產生的化石能源的能源占比是非常高的，在80%左右。怎麼樣把二氧化碳排放比例降下來，我們認為采取綠色的能源發展，采取發展不排放更多二氧化碳的能源可能是我們唯一的選擇。

如果二氧化碳排放能夠下降45%，並且能在2050年完全達到沒有排放的狀態，我們地球的溫度就有可能控制在1.5度升溫這樣更加安全的範圍。如果放松一點，也許就達不到。我們現在提出的不超過增溫2度的紅線，要達到這個目標，2030年整個減排幅度要達到20%，到2070年左右，我們要達到淨零排放，就是二氧化碳人類淨排放等於零。達到這樣的目標才可能使我們的升溫不超過2度，地球的氣候才能保持在安全的範圍，這就是“碳中和”的目標。

中國已經莊重地向世界宣布我們要實現碳中和目標。2020年我們已經宣布，在2030年之前碳排放要達峰，達峰意思是說我們以後碳排放不再增加了。而且還要減少。到2060年，整個中國要爭取實現碳中和的目標，也就是整個人類活動所產生的碳淨排放等於零。我們通過降低二氧化碳排放，通過種植樹，增加我們的碳匯，使得碳對大氣的淨排放等於零，這是碳中和。發展綠色能源是二氧化碳排放減排非常重要的途徑，也是一個必然的選擇。肖子牛中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室主任國家重大科學研究計劃首席科學家

責編 : 霍進蘭

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