导致全球变暖的拯救地球| |《大英百科全书》yabo亚博网站首页手机

全球变暖,平均增加的现象空气温度表面附近的地球在过去的两个世纪。20世纪中期以来气候科学家们收集各种的详细观测天气现象(如温度,降水和风暴)和相关的影响气候(如洋流和大气的化学成分)。这些数据表明,地球的气候发生了变化在年初以来,几乎每一个可以想象的时间尺度地质时间的影响人类至少从一开始的活动工业革命已深深编织到的气候变化。

表达大多数科学界越来越多的信念政府间气候变化专门委员会(IPCC)成立于1988年的世界气象组织(世界气象组织)和联合国环境规划署(UNEP)。2013年政府间气候变化专门委员会报告说,1880年和2012年之间的时间间隔的增加全球表面平均温度约为0.9°C (1.5°F)。增加接近1.1°C (2.0°F)当测量相对于工业化前的(即。,1750 - 1800年)平均温度。

它预测,全球平均地表温度将增加3至4°C(5.4和7.2°F)到2100年,相对于1986 - 2005年的平均碳排放应该继续以当前的速度。

特别报告由联合国政府间气候变化专门委员会在2018年进一步磨练这个估计,指出人类和人类活动一直负责全球平均气温上升0.8到1.2°C(1.4和2.2°F)全球变暖自工业化前的时代,而且大部分的变暖在20世纪下半叶的观察可以归因于人类活动。它预测,全球平均地表温度将增加3至4°C(5.4和7.2°F)到2100年,相对于1986 - 2005年的平均碳排放应该继续以当前的速度。预测温度上升是基于一系列可能的场景,占未来温室气体减少排放和缓解(严重性)措施和模型预测的不确定性。一些主要的不确定性包括反馈过程的精确作用和工业污染物的影响被称为气溶胶,这可能会抵消气候变暖。

作者特别IPCC在2018年发布的一份报告指出,碳排放应该继续以目前的速度,增加平均近地表气温将达到1.5°C 2030年和2052年之间的某个时候。

许多气候科学家一致认为重大的社会、经济和生态的破坏会导致全球平均气温上升了超过2°C (3.6°F)在这么短的时间内。这种损害将包括许多植物和动物灭绝的物种,增加模式的变化农业和海平面上升。到2015年只有几个国家政府已经开始制定碳减排计划的过程作为巴黎协议的一部分,一个条约旨在帮助国家保持全球变暖到1.5°C (2.7°F)高于工业化前的水平,以避免最糟糕的预测效果。作者特别IPCC在2018年发布的一份报告指出,碳排放应该继续以目前的速度,增加平均近地表气温将达到1.5°C 2030年和2052年之间的某个时候。过去的IPCC评估报告称,全球平均水平海平面增加了一些19厘米(7.5 - -8.3英寸)从1901年到2010年,海平面上升的速度在下半年比上半年的20世纪。它还预测,再根据各种场景,全球平均海平面将上升26 - 77厘米(10.2 - -30.3英寸)相对于1986 - 2005年的平均1.5°C到2100年全球变暖,平均10厘米(3.9英寸)低于预期的变暖上升2°C (3.6°F)高于工业化前的水平。

地球温室气体的影响 — 地球上的温室效应。
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上面提到的场景主要取决于未来的某些微量气体的浓度,称为温室气体,被注入到低大气在越来越多通过燃烧化石燃料工业、交通、和住宅用途。现代全球变暖的结果所谓的级的增加温室效应变暖的地球表面和低层大气水蒸气的存在造成的,二氧化碳,甲烷,一氧化二氮氧化物和其他温室气体。2014年,联合国政府间气候变化专门委员会报道,浓度的二氧化碳,甲烷,一氧化二氮和大气中超越了那些冰核追溯到800000年前。

所有这些气体,二氧化碳是最重要的,对其在温室效应的作用和它在人类经济中的作用。据估计,在工业时代的开始在18世纪中叶,大气中二氧化碳浓度大约280 ppm (ppm)。2018年中期上升到406 ppm,,如果燃烧化石燃料继续保持在当前利率,他们预计21世纪基本上达到550 ppm,二氧化碳浓度在300年增加了一倍。

2018年中期他们(二氧化碳浓度)上升到406 ppm,,如果燃烧化石燃料继续保持在当前利率,他们预计21世纪基本上达到550 ppm,二氧化碳浓度在300年增加了一倍。

激烈的辩论过程中表面温度上升的程度和严重性,过去和未来气候变暖对人类生活的影响,以及采取行动的必要性降低未来气候变暖并处理其后果。本文概述的科学背景和公共政策辩论有关全球变暖的话题。它认为近地表的空气温度上升的原因,影响因素,气候研究和预测的过程中,不断上升的气温可能的生态和社会的影响,自20世纪中叶和公共政策的发展。地球气候的详细描述,流程,和生物的反应变化的性质,看到气候。额外的背景对地球的气候发生了变化地质时期,看到气候变异和变化。的完整描述地球的气囊,在其中气候变化和全球变暖发生,看到大气。

自最后一次冰期气候变化

全球变暖与气候变化的更普遍的现象,它是指整体的变化属性定义气候。除了气温的变化,气候变化需要改变降水模式,风,洋流地球的气候和其他措施。通常情况下,气候变化可以看作是各种自然力量的结合发生在不同的时间尺度。人类文明出现以来,气候变化涉及到一个“人为”,或者完全是人为,元素,这个人为元素已成为更重要的是在过去两个世纪的工业时期。这个词全球变暖专门用来指任何变暖的近地表空气在过去两个世纪,可以追溯到人为原因。

定义全球变暖和气候变化的概念,首先需要认识到的气候的地球在许多不同的时间尺度,从个体人类寿命数十亿年。这个变量气候历史通常是机密的“政权”或“时代。“例如,更新世冰河时期(大约2600000到11700年前),大量的全球范围的变化冰川和冰表。这些变化发生在几十到几百几千年的时间尺度,并由分布的变化太阳辐射在地球的表面。太阳辐射被称为日晒的分布模式,以及强烈的影响几何的地球轨道在太阳方向,或倾斜,地球的轴相对于太阳的直接辐射。

在世界范围内,最近的冰河时期,或冰河时代,大约在21000年前达到高潮通常被称为最后的冰川最大。在此期间,大陆冰盖延伸到欧洲的中纬度地区,北美,南至今天伦敦和纽约。全球年平均气温似乎是大约4 - 5°C (7 - 9°F)比在20世纪中期冷。重要的是要记住,这些数字是全球平均水平。事实上,在最后一个冰河时代的高度,地球气候的特点是更大的冷却在高纬度地区(即向两极)和相对较少的冷却在热带海洋的大部分(赤道附近)。这冰川间隔大约11700年前突然终止,随后随后相对无冰期,称为全新世。现代地球历史的传统定义为驻留在全新世。然而,一些科学家们认为全新世终止在最近几十年里,地球目前居住在气候间隔可以公正被称为人类世时代,是一段期间,人类产生了主要影响气候。

虽然不如期间发生的气候变化更新世,重要的全球气候变化仍然发生在全新世。在全新世早期,大约9000年前,大气环流和降水模式似乎已经大大不同于今天。例如,有证据表明相对湿条件在现在撒哈拉沙漠沙漠。改变气候政权从一个到另一个是由于只有适度调整日晒全新世间隔内的模式以及这些模式之间的相互作用与大规模的气候现象等季风和厄尔尼诺现象/南方涛动(ENSO)。

在全新世中期,约5000 - 7000年前,情况似乎是相对warm-indeed,也许比今天暖和在世界的某些地方和在特定的季节里。出于这个原因,有时也称为这个区间Mid-Holocene气候适宜期。近地表空气平均温度的相对温暖,然而,有些不清楚。模式的变化日晒青睐温暖的夏天在北半球的高纬度地区,但这些变化也产生凉爽的冬天在北半球,热带地区全年相对凉爽的条件。任何整体半球或全球平均温度变化反映了季节性和地区性竞争变化之间的平衡。事实上,最近的气候模型理论研究表明,全球平均气温在全新世中期可能是0.2 - -0.3°C (0.4 - -0.5°F)冷比平均20世纪末期的条件。

在随后的几千年,条件似乎相对冷淡到全新世中期的水平。这段时期有时被称为“Neoglacial。”在中纬度地区的降温趋势与间歇时间的高山冰川进退,让人想起(尽管比)更温和更重要的前进和后退的主要大陆冰盖的更新世气候时代。

全球变暖的原因

温室效应

的平均表面温度地球保持一个平衡的各种形式的太阳能和地球辐射。太阳辐射通常被称为“短波辐射,因为辐射相对较高的频率和波长的可见部分相对short-close吗电磁波谱。地面辐射,另一方面,通常被称为“长波”辐射,因为频率相对较低,波长相对long-somewhere红外光谱的一部分。Downward-moving太阳能通常测量美国瓦茨每平方米。总输入的能量太阳辐射在地球的顶部大气(所谓的“太阳常数”)每年数量大约1366瓦特/平方米。调整的事实,只有一半的地球表面接受太阳辐射在任何给定的时间,平均每年表面日晒342瓦特/平方米。

每100个单位的太阳辐射,大约30单位是通过云层反射回空间,大气,或地球表面的反射区域。

地球表面的太阳对地球的辐射是只有一小部分总太阳辐射进入大气层。每100个单位的太阳辐射,大约30单位也反射回太空云大气,或地球表面的反射区域。这种反射能力被称为地球的行星反照率,它不需要随时间保持不变,从反射形成的空间范围和分布,如云层和冰盖,可以改变的。太阳辐射的70台没有反映可能是被大气吸收,云,或表面。没有进一步的并发症,为了维护热力学平衡,地球表面和大气辐射必须回到空间这些相同的70台。地球表面温度(和大气的底层基本上接触表面)与即将离任的发射辐射的大小根据斯蒂芬玻尔兹曼定律。

地球的能源预算进一步复杂化温室效应。跟踪气体主要是与某些化学性质所谓的温室气体二氧化碳(有限公司₂),甲烷(CH₄),一氧化二氮(N₂O)吸收的一些红外辐射由地球表面。因为这个吸收,原始70单位的一部分并不直接发射到太空。因为温室气体排放相同数量的辐射吸收和辐射发射同样因为这四面八方(即尽可能多的向下向上),吸收温室气体的净效应是增加辐射的总量下降对地表和低层大气。保持平衡,地表和低层大气必须释放更多的辐射比原来的70辆。因此,表面温度必须更高。这个过程是不一样的,管理一个真正的温室,但最终的效果是相似的。大气中温室气体的存在导致大气变暖的表面和下部(大气中冷却更高)相对于预期没有温室气体。

有必要区分“天然”,或背景,温室效应的“强化”与人类活动相关的温室效应。自然温室效应与表面变暖的地球大气的自然成分的性质,特别是水蒸气、二氧化碳和甲烷。这种效应的存在是所有的科学家所接受。的确,在其缺席,地球的平均气温将大约33°C (59°F)比今天冷,和地球将是一个冰冻和可能无法居住的星球。受争议的是所谓的增强的温室效应,这是与人类活动造成的温室气体浓度增加。特别是,燃烧化石燃料提出了主要大气中温室气体的浓度,而这些更高的浓度有可能使大气变暖几度。

辐射强迫

根据上述讨论的温室效应,很明显,地表和低层大气的温度可能被修改在三个方面:(1)通过净增加太阳辐射进入地球大气层的顶端,(2)通过改变辐射到达表面的一部分,和(3)浓度的变化温室气体在大气中。在每种情况下的变化可以想到的”辐射强迫”。作为定义的联合国政府间气候变化专门委员会,辐射强迫的影响给定气候因素对downward-directed的数量辐射能撞击地球的表面。气候因素分为主要由人类活动造成的(如温室气体和气溶胶排放)和那些由于自然力量(如太阳能辐照度);对每个因素,所谓迫使值计算的时间从1750年到现在。“正迫使”是对由气候因素造成地球表面变暖,而“消极迫使”由因素对地球表面降温。

在某些情况下,辐射强迫的天然来源,比如在爆炸喷发的火山,排放气体和火山灰阻止太阳辐射的一部分。在其他情况下,辐射强迫人为,或只人类起源。

平均大约342瓦的太阳能辐射罢工每平方米每年地球表面,这数量反过来可以上升或相关秋天在地球的表面温度。表面温度也上升或下降通过地面辐射的分布的变化(即地球发出的辐射)在大气中。在某些情况下,辐射强迫的天然来源,比如在爆炸性喷发火山排放气体和火山灰阻止太阳辐射的一部分。在其他情况下,辐射强迫人为,或只人类起源。例如,人为增加的二氧化碳,甲烷和一氧化二氮估计占2.3瓦特/平方米积极的辐射强迫。当所有的正面和负面的辐射值迫使被一起和气候因素占之间的所有交互,表面辐射的总净增长由于开始工业革命以来人类活动是1.6瓦特/平方米。

人类活动对气候的影响

人类活动影响了全球表面温度变化的地球辐射平衡管理在不同的时间尺度和不同空间尺度上。最深刻的和著名的人为的海拔高度是影响大气中温室气体浓度。人类也影响气候通过改变气溶胶的浓度和臭氧并通过修改土地覆盖地球表面。

群牛在牧场放牧。
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一场森林大火。
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煤炭发电厂烟囱排放二氧化碳污染。
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温室气体

正如上面所讨论的,温暖的地球表面的温室气体增加净向下长波辐射到达地面。大气温室气体浓度之间的关系和相关的积极的辐射强迫每个气体的表面是不同的。之间存在复杂的关系每个温室气体的化学性质和长波辐射的相对数量,每个能吸收。下面是讨论的每个主要温室气体的辐射行为。

水蒸气

水蒸气是最有效的在地球大气层的温室气体,但其行为从根本上是不同于其他的温室气体。水蒸气的主要作用不是直接代理辐射强迫,而是气候反馈,作为响应气候系统中影响系统的持续活动(见下文水蒸气的反馈)。这种区别源自于这样一个事实:大气中的水蒸气的量不能,在一般情况下,直接修改人类行为而是由空气温度。温暖的表面,就越大蒸发水从表面。因此,增加蒸发会导致更大的浓度降低大气中水蒸气能够吸收长波辐射并向下发射。

二氧化碳

的温室气体,二氧化碳(有限公司₂)是最重要的。天然来源的大气有限公司₂包括脱气火山,燃烧和自然腐烂的有机物质呼吸通过有氧(oxygen-using)生物。这些来源是平衡的,平均而言,通过一系列的物理、化学和生物过程,称为“汇”,倾向于消除有限公司₂从大气。重大自然下沉包括陆地植被,占用有限公司₂过程中光合作用。

大量的海洋过程也作为碳汇。这样的一个过程,称为“溶解度泵”,涉及到的表面海水含有溶解有限公司₂。另一个进程,“生物泵”,包括吸收溶解有限公司₂海洋植物和浮游植物(小自由浮动的光合生物)生活在上层海洋或其他使用有限的海洋生物₂构建骨骼和其他结构的碳酸钙(CaCO₃)。这些生物到期和下降到海底,它们包含的碳运输下降并最终埋葬在深度。长期平衡这些天然源和汇导致背景,或自然,水平有限公司₂在大气中。

相比之下,人类活动增加大气CO₂主要通过燃烧的水平化石燃料主要是石油和煤炭,其次是天然气,用于运输,加热的一代电力——通过生产水泥。其他人为来源包括燃烧森林和土地的清理。人为排放目前占年度发布约7吨(70亿吨)碳到大气中。人为排放相当于公司的大约3%的总排放量₂天然来源,从人类活动远远超过这个放大碳负载的补偿能力自然下沉(也许高达2 - 3吨/年)。

有限公司₂因此积累在大气中以平均每年1.4 ppm的速度在1959年至2006年之间,2006年和2018年之间大约每年2.0 ppm。总的来说,这种积累的速度一直线性(随着时间的推移,统一)。然而,某些目前的下沉,如海洋,将来可能成为来源(看到碳循环反馈)。这可能会导致一个情况下,大气CO的浓度₂构建以指数的速度(即其增长率也增加)。

这样的水平被认为是最高的在至少800000年冰芯测量和可能在至少500万年最高的其他证据。

二氧化碳的自然背景值数百万年的时间尺度变化,因为变化缓慢的脱气火山活动。例如,大约1亿年前,在白垩纪(1.45亿至6600万年前),有限公司₂浓度似乎是比现在高几倍(可能接近2000 ppm)。在过去的700000年里,有限公司₂浓度有不同的范围小得多(约180至300 ppm)与相同的地球轨道与来来往往的影响更新世冰河时代(见下文自然影响气候)。21世纪初,有限公司₂水平已达到384 ppm,大约37%以上的自然背景值约280 ppm开始存在的工业革命。大气有限公司₂水平继续上升,到2018年达到410 ppm。这样的水平被认为是最高的在至少800000年冰芯测量和可能在至少500万年最高的其他证据。

辐射强迫二氧化碳造成的变化在一个近似对数时尚与大气中气体的浓度。发生的结果的对数关系饱和效果,它变得越来越困难,有限公司₂浓度增加,额外的有限公司₂分子进一步影响“红外窗口”(一个特定波长的窄带红外区不被大气吸收气体)。预测的对数关系表面变暖可能会增加每一翻倍的大致相同金额的有限公司₂浓度。在当前的化石燃料使用,一倍的有限公司₂浓度在工业化前的水平预计将发生在21世纪的(当有限公司₂浓度预计将达到560 ppm)。一倍的公司₂代表浓度增加了大约4瓦特/平方米的辐射强迫。鉴于“气候敏感性”的典型估计没有任何抵消因素,这种能量增加将导致气候变暖的2到5°C (3.6 9°F) /工业化前的时间(看到反馈机制和气候敏感性)。总辐射强迫由人为有限公司₂排放工业时代以来大约是1.66瓦特/平方米。

甲烷

甲烷(CH₄)是第二个最重要的温室气体。CH₄比公司更有效₂因为产生的辐射强迫每个分子更大。此外,红外窗口是不饱和的范围波长的辐射吸收CH₄在该地区,因此更多的分子可能会填补。然而,CH₄存在于低浓度比有限公司₂在大气中,其体积浓度的气氛通常以十亿分之几(ppb)而不是ppm。CH₄还有一个在大气中停留时间短得比有限公司₂(CH的停留时间₄大概是10年,相比之下,数百年公司吗₂)。

自然的甲烷来源包括热带和北部湿地,methane-oxidizing细菌食有机材料消耗白蚁、火山渗流等地区的海底丰富的有机沉积物和甲烷水合物困在大陆架的海洋和极地永冻层。大气甲烷的主要自然下沉,甲烷反应容易与氢氧自由基(∙哦)对流层成立有限公司₂和水蒸气(H₂O)。当CH₄到达平流层,它被摧毁。另一个自然沉土壤,甲烷是氧化由细菌。

与公司₂,人类活动增加了CH₄浓度比它可以抵消自然下沉。人为来源目前约占每年总排放量的70%,随着时间的推移导致浓度大幅增加。主要的人为来源的大气CH₄种植水稻,畜牧业,煤和天然气的燃烧,燃烧的生物质,有机物质分解的垃圾填埋场。预测未来趋势尤其困难。这部分是因为一个不完整的理解气候与CH相关反馈₄排放。此外,很难预测,随着人口的增长,可能的变化牲畜饲养、水稻种植和能源利用率将会影响CH₄排放。

相信突然增加大气中甲烷的浓度是负责变暖事件,引发了全球平均温度上升4 - 8°摄氏度(7.2 - -14.4°F)几千年来在所谓的Paleocene-Eocene热最大)。这一事件发生在大约5500万年前,CH的上升₄似乎是相关的大规模火山喷发与methane-containing洪水存款。因此,大量的气体CH₄被注入到大气中。很难确切地知道这些浓度高或持续多久。在非常高的浓度,住宅CH₄在大气中会远远大于10年期的停留时间,适用于今天。然而,很可能这些浓度达到几个ppm古新世-始新世极热时期。

工业化前的水平的CH₄大气中大约有700磅,而水平在2018年底超过1867磅。(这些浓度远高于自然水平观察至少在过去的650000年里。)

甲烷浓度也不同在一个较小的范围内(约350至800磅)与更新世冰河时代周期(看到自然影响气候)。工业化前的水平的CH₄大气中大约有700磅,而水平在2018年底超过1867磅。(这些浓度远高于自然水平观察至少在过去的650000年里。)人为CH的净辐射强迫₄排放大约0.5瓦特每平方米大约三分之一的辐射强迫有限公司₂。

表面臭氧和其他化合物

下一个最重要的温室气体是表面,或低级,臭氧(O₃)。表面O₃是一个结果空气污染;它必须区别天然平流层O₃,它有一个非常不同的角色在行星辐射平衡。的主要自然源表面O₃是平流层的沉降O₃高层大气(见下文平流层臭氧损耗)。相比之下,表面的主要人为源O₃涉及大气光化学反应吗污染物一氧化碳(有限公司)。表面的自然浓度的最佳估计O₃10磅,净辐射强迫由于人为排放的表面O₃大约是0.35瓦特/平方米。臭氧浓度可以克服不健康水平(即条件浓度达到或超过70磅的8个小时或更长时间)在城市容易光化学烟雾。

氮的氧化物和氟化气体

额外的工业活动产生的微量气体,温室属性包括一氧化二氮(N₂O)和氟化气体(卤烃),后者包括六氟化硫,氢氟碳化物(高果糖玉米糖浆)、全氟化碳。一氧化二氮负责0.16瓦特每平方米辐射强迫,而氟化气体的集体负责0.34瓦特每平方米。氮的氧化物有小背景浓度由于自然土壤中生物反应和水,而氟化气体欠他们的存在几乎完全工业来源。

气溶胶

的生产气溶胶代表一个重要的人为辐射强迫的气候。集体,气溶胶块,反映和吸收的一部分太阳辐射,这就产生了一个负面的辐射强迫。气溶胶是仅次于温室气体的相对重要性在他们对近地表气温的影响。与十年的居留时间的“混合”温室气体,如有限公司₂和CH₄大气,气溶胶很容易脸红的几天之内,通过雨或雪(湿沉积)或沉降分离的空气(干沉积)。因此他们必须不断地生成为了对辐射强迫产生一个稳定的影响。气溶胶有能力直接影响气候通过吸收或反射的太阳辐射,但他们也可以产生间接影响气候通过修改云形成或云属性。大部分气溶胶作为凝结核(表面的水蒸气凝结形成云);然而,深色的气溶胶可能影响云的形成通过吸收阳光和周围的空气升温。气溶胶可以运送数千公里的风和起源的来源上层环流在大气中。

也许最重要的类型的人为气溶胶辐射强迫的硫酸气溶胶。它是产自二氧化硫(所以₂)与煤和石油的燃烧排放。自1980年代末以来,全球的排放₂减少了约1.515亿吨(1.67亿吨)小于1亿吨(1.102亿吨)的硫。

烟雾的污染 — 在洛杉矶的烟雾。
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硝酸气溶胶不是硫酸盐气溶胶一样重要,但它有潜力成为一个消极的强迫的重要来源。硝酸气溶胶的主要来源之一是烟雾(臭氧与氧化物的结合氮在低层大气)释放燃料的不完全燃烧内燃机。另一个来源是氨(NH₃),这是经常使用化肥或发布的植物和其他有机材料的燃烧。如果大量大气氮转化成氨和农业氨排放量继续增加预计,硝酸气溶胶辐射强迫的影响预计将增长。

硫酸和硝酸气溶胶主要是通过反射的太阳辐射,从而降低到达表面的太阳光量。大部分气溶胶,与温室气体,传授冷却而不是对地球表面变暖的影响。

一个显著的例外是碳质气溶胶等炭黑或烟尘,这是由燃烧化石燃料和生物质。炭黑倾向于吸收而不是反映入射太阳辐射,所以它有一个对低层大气变暖的影响,它所在的地方。因为它的吸收特性,炭黑还能够拥有一个额外的间接影响气候。通过其沉积在降雪,它可以减少反照率的雪封面。这减少太阳辐射反射回太空的雪表面创建一个轻微的积极的辐射强迫。

自然形成的风化矿物粉尘气溶胶包括在干旱和半干旱地区和生成海盐由海洋中的波浪的作用。更改风由于气候模式修改可能会改变这些气溶胶的排放。气候变化对干旱的区域模式的影响可能改变尘埃云的来源和目的地。此外,从海盐气溶胶的浓度,或海洋气溶胶,增加海洋表面附近的风的强度,风速的变化是由于全球变暖和气候变化可能影响海盐气溶胶的浓度。例如,一些研究表明,气候变化可能会导致更强的风在北大西洋。地区更强的风可能会经历海盐气溶胶的浓度的增加。

其他自然气溶胶的来源包括火山爆发,产生硫酸盐气溶胶,和生物来源(例如,浮游植物),而生产二甲基硫(DMS)。等重要的生物气溶胶萜烯某些自然产生的树或其他植物。例如,密集的森林的蓝岭山脉在美国维吉尼亚排放中萜烯夏天月,进而与高湿度和温暖的温度产生自然的光化学烟雾。人为污染物等硝酸和臭氧,这两个作为生物气溶胶的生成的前体分子,似乎增加了这些气溶胶几倍的生产速度。这个过程似乎是负责的一些经历快速城市化地区气溶胶污染增加。

人类活动极大地增加了大气中气溶胶的数量与背景的工业化前的水平。与全球温室气体排放的影响,人为气溶胶的影响主要局限于北半球,世界上大部分的工业活动发生的地方。随时间增加人为气溶胶的模式也有所不同的温室气体。在20世纪中期,大幅提高气溶胶的排放。这似乎是至少部分负责停止表面变暖发生在北半球从1940年代到1970年代。从那时起,由于气溶胶排放已经趋于平稳反污染措施在1960年代以来的工业化国家。气溶胶的排放可能会增加在未来,然而,由于燃煤的快速崛起电力代在中国和印度。

总所有人为气溶胶的辐射强迫是大约-1.2瓦特/平方米。其中,-0.5瓦特每平方米来自直接影响(如太阳能的反射回太空),和-0.7瓦特每平方米来自间接影响(如气溶胶对云的形成的影响)。这种消极的辐射强迫代表一个偏移量约40%的积极的辐射强迫由人类活动引起的。然而,气溶胶辐射强迫的相对不确定性(大约90%)远远大于的温室气体。此外,未来的人类活动排放的气溶胶,和这些排放对未来气候变化的影响,不确定性。不过,可以说,如果人为气溶胶的浓度继续减少,自1970年代以来,大幅抵消温室气体排放将减少的影响,打开未来气候进一步变暖。

土地利用变化

有很多方式可以影响土地利用的变化气候。最直接的影响是通过改变地球的反照率或表面反射率。例如,更换森林中纬度地区的农田和牧场过去几个世纪导致反照率的增加,进而导致更大的反射的太阳辐射在这些地区。这个替代的森林农业与改变有关全球平均辐射强迫自1750年以来约-0.2瓦特/平方米。在欧洲和其他主要农业地区,这样土地使用转换1000多年前开始,进展几乎完成。欧洲、负辐射强迫由于土地利用变化可能已经被大量,也许接近5瓦特/平方米。早期的土地利用辐射强迫的影响可能有助于解释长期冷却后在欧洲一段大约1000年前相对温和的条件。人们普遍认为,气温温和的“中世纪暖期”,紧随其后的是一个长时间的冷却,超过20世纪的欧洲。

土地利用变化也可以通过他们的影响力影响气候之间的热量交换地球表面和大气。例如,植被有助于促进蒸发水到大气中通过土壤水分蒸发蒸腾损失总量。在这个过程中,植物的液态水土壤通过他们的根系统。最终这水被释放蒸腾作用到大气中,水蒸气通过气孔在树叶。而砍伐森林导致表面冷却由于反照率的因素上面所讨论的,土地表面也可能释放的结果潜热的蒸散过程。这两个因素的相对重要性,施加一个冷却效果,另一个变暖效应,都不同季节和地区。反照率效应可能占据主导地位,在中纬度地区,尤其是期间秋天通过春天期间,蒸散的效果可能会主导夏天在情理之中,全年在热带地区。后一种情况是特别重要的在评估的潜在影响持续热带森林砍伐。

热带地区的速度被砍伐也与碳封存的过程(看到碳循环反馈),长期储存的碳在地下空洞和生物量,而不是在大气中。通过移除大气中的碳,碳封存减轻全球变暖。森林砍伐导致全球气候变暖,植物可以占用更少二氧化碳从大气中。此外,随着倒下的树木、灌木和其他植物燃烧或允许慢慢分解,释放出二氧化碳的碳存储在其一生中。此外,任何土地利用变化的影响量分布,或类型的植被的地区会影响生物气溶胶的浓度,但这种变化对气候的影响是间接的和相对较小。

平流层臭氧损耗

自1970年代以来臭氧层的损失(O₃)平流层导致了少量的负表面辐射强迫的。这种消极迫使代表了两个截然不同的效果之间的竞争造成的臭氧吸收的事实太阳辐射。在第一种情况下,平流层臭氧含量减少,更多的太阳辐射到地球表面。没有任何影响,这一增长在日晒会代表积极的辐射强迫的表面。然而,还有一个臭氧损耗的影响,有关其温室属性。的数量臭氧平流层的减少,还有更少的臭氧吸收地表发出的长波辐射。用更少的臭氧吸收的辐射,有相应的减少向下再发射的辐射。第二个影响了第一和结果的负辐射强迫的地球表面和适度冷却低平流层的大约0.5°C (0.9°F)自1970年代以来每十年。

自然影响气候

有很多自然因素影响地球的气候。这些因素包括外部影响的如火山爆发,自然变化的输出太阳,地球上配置的缓慢变化轨道相对于太阳。此外,还有地球气候改变全球的自然振荡模式的风循环,降水和表面温度。是这样的一个现象厄尔尼诺现象/南方涛动(ENSO)耦合的事件,发生在大气和海洋太平洋每三到七年。此外,大西洋数十年震荡(AMO)是一个在北方几十年来类似的现象发生大西洋。其他类型的振荡行为产生戏剧性的气候变化可能发生在几百年,几千年的时间尺度(看到气候变异和变化)。

火山气溶胶

火山爆发有可能注入大量的硫酸气溶胶的低平流层。与气溶胶排放低对流层(见上图气溶胶),进入平流层气溶胶可能保持数年之前,因为湍流运动的相对缺乏。因此,气溶胶的爆炸性火山喷发有潜在的影响地球的气候。爆炸性较小的火山喷发,或者爆发不垂直取向、较低潜力可观的气候影响。此外,由于大规模在平流层环流模式,在热带地区气溶胶注入往往分散在世界各地,而气溶胶注入中间纬度和极地区域内往往仍局限于中、高纬度的半球。热带火山喷发,因此,往往有一个气候的影响大于喷发发生向两极。1991年,温和的爆发皮纳图博火山喷发在菲律宾提供了一个迫使峰值约4瓦特/平方米和冷却的气候大约0.5°C (0.9°F)在接下来的几年。相比之下,1815年坦博拉火山在今天的爆发印尼,通常涉及1816年在欧洲和“没有夏天的一年”北美,被认为是与辐射强迫约6瓦特/平方米。

实际上在平流层,火山硫酸盐气溶胶吸收长波辐射到地球表面,在平流层吸收会导致下面的对流层的冷却。这种垂直模式的温度变化大气低层大气影响风的行为,主要是在冬天。因此,虽然本质上是一个全球降温效果爆炸性火山喷发后的头几年,冬天的表面风模式的变化可能会导致暖冬在一些地区,如欧洲。一些现代的大爆发的例子包括喀拉喀托火山(印度尼西亚)1883年,El Chichon (墨西哥),1982年皮纳图博火山喷发在1991年。也有证据表明,火山喷发可能影响ENSO等其他气候现象。

太阳能量输出的变化

太阳辐照度的直接测量,或太阳能输出,已经可以从卫星只有自1970年代末。这些测量显示太阳辐照度变化非常小峰(大约0.1%的1366瓦每平方米收到顶部的氛围,为大约1.4瓦特/平方米)。然而,太阳活动的间接措施可从历史太阳黑子测量可以追溯到17世纪早期。已经试图重建图形的太阳辐照度变化历史太阳黑子数据通过校准与测量在现代卫星。

然而,由于现代测量跨度只有几个最近的11年的太阳周期,太阳能输出变化的估计100年和更长时间尺度是不相关的。不同的假设关于之间的关系11年的太阳周期和长周期太阳能输出的振幅变化会导致相当大的差异产生的太阳能重建。这些差异导致相当大的不确定性估计自1750年以来积极迫使太阳辐照度的变化。(估计范围从0.06到0.3瓦特每平方米)。更具挑战性,因为缺乏现代模拟,是在所谓的太阳辐照度的评估蒙德极小期从17世纪中期,一段持久的18世纪早期时很少观察太阳黑子。虽然很可能太阳辐照度降低,很难计算多少。然而,额外的代理太阳能输出匹配合理存在与蒙德极小期后的sunspot-derived记录;这些可能是作为原油的估计太阳辐照度变化。

理论上可以估计太阳辐照度甚至更远的时间,至少在过去一年,通过测量宇宙发生的水平同位素如碳14和铍-10年。宇宙发生的同位素是同位素所形成的相互作用宇宙射线与原子核在大气中,随后秋天地球,在那里他们可以测量在年度层中发现的冰核。因为他们的产量在高层大气中由太阳活动变化的调制,宇宙发生的同位素可能被用作太阳能辐照度的间接指标。然而,与太阳黑子数据,仍有相当大的不确定性在过去太阳能的振幅变化暗示了这些数据。

太阳能迫使也会影响生产的光化学反应臭氧在平流层。通过这种调制的平流层臭氧浓度、太阳辐照度(特别是在变化紫外线电磁波谱的部分)可以修改两个短波和长波辐射低平流层吸收。因此,大气的垂直温度曲线可以改变,这种变化可以反过来影响现象,比如冬天的力量急流。

地球轨道的变化

几十年的时间尺度,主要辐射强迫的地球的气候与地球轨道的几何变化缓慢的太阳。这些变化包括春分和秋分的旋进(即时间的变化夏天和冬季),发生在大约26000年的时间尺度;倾角的改变地球的转动轴的平面相对于地球绕太阳运行的轨道,发生在大约41000年的时间尺度;和偏心率的变化(离开一个完美的圆)的地球绕太阳运行的轨道,发生在约100000年的时间尺度。略有偏心率的变化影响年平均太阳辐射在地球的顶部大气,但上面列出的所有轨道变化的主要影响是季节性和纬度的入射太阳辐射在地球表面的分布。主要的冰河时代更新世是密切相关的影响这些变化在北部高纬度夏季日晒。轨道的变化从而产生了主要控制大陆冰盖的范围。然而,地球轨道的变化一般被认为几乎没有对气候的影响在过去的几千年,所以他们不认为是现在的气候变化的重要因素。

反馈机制和气候敏感性

有许多重要的反馈过程地球的气候特别是系统和外部辐射强迫的响应。这些反馈机制涉及的最基本的损失从地表长波辐射到太空。因为这辐射损失显示表面温度的增加而增加斯蒂芬玻尔兹曼定律,它代表一个稳定因素(即一个负面的反馈)对近地表空气温度。

气候敏感性的数量可以被定义为表面变暖造成每个额外的辐射强迫瓦特每平方米。另外,它有时被定义为源于一倍的变暖有限公司₂和相关的添加浓度4瓦特/平方米的辐射强迫。在没有任何额外的反馈,气候敏感性将大约0.25°C (0.45°F)为每个额外的辐射强迫瓦特每平方米。陈述或者,如果有限公司₂浓度的大气出现在工业时代的开始(280 ppm)翻了一番(560 ppm),由此产生的额外4瓦特/平方米的辐射强迫将转化为一个1°C (1.8°F)空气温度的增加。然而,有额外的反馈,发挥不稳定,而不是稳定的影响(见下文),这些反馈倾向于增加的敏感性的气候介于0.5和1.0°C(0.9和1.8°F)为每个额外的辐射强迫瓦特每平方米。

水蒸气的反馈

与其他温室气体的浓度不同,大气中的水蒸气的浓度不能自由变化。相反,它是由低层大气的温度和表面通过物理关系称为克劳修斯——克拉珀龙方程方程19世纪的德国物理学家命名的鲁道夫·克劳修斯和19世纪的法国工程师埃米尔·克拉珀龙。假设有一个液态水表面与大气的平衡,这种关系表明,增加空气容纳水蒸气的能力是提高温度的函数的空气的体积。这种假设是相对良好的海洋,水是充足的,但不是在大陆。为这个原因相对湿度(空气水蒸气的百分比包含相对于其容量)大约是100%的海洋区域和低得多的大陆地区干旱地区(接近0%)。不足为奇的是,地球的低层大气的平均相对湿度类似于地球表面的一部分被海洋覆盖(大约70%)。这个量有望保持约常数随着地球变暖或变冷。轻微的全球相对湿度的变化可能导致人类土地利用修改,如热带森林砍伐和灌溉在陆地上,它可以影响相对湿度地区区域尺度。

大气中的水蒸气的量会随着大气的温度上升上升。因为水蒸气是非常有效的温室气体比公司更有效₂,网络温室效应表面变暖实际上变得更强,从而导致更大的变暖。这种积极的反馈被称为“水蒸气的反馈。“这的主要原因是气候敏感性显著大于前所述理论值为0.25°C (0.45°F)每增加1瓦特每平方米的辐射强迫。

云反馈

人们普遍认为,随着地球表面变暖,大气中水蒸汽的含量增加,全球云量增加。然而,对近地表气温的影响是复杂的。在低的情况下云,如海洋层云,云的辐射特性是其占统治地位反照率。这里任何低云量增加行为一样表面冰层覆盖:增加更多的输入太阳辐射反映和地球表面冷却。另一方面,云高,如高耸的积云云扩展之间的边界对流层和平流层产生完全不同的影响,表面辐射平衡。顶部的积云在大气和相当高的冷比他们的一面。积雨云顶部发出长波辐射到空间比暖云底部发出下行到地表。的最终结果的形成高积云是更大的变暖在表面。

云层在表面温度上升的净反馈因此有些不确定。它代表了高和低云层的影响之间的竞争,和平衡是很难确定的。尽管如此,大多数估计表明,云总体上代表了一个积极的反馈,因此额外的变暖。

冰反照率反馈

另一个重要的气候反馈是所谓的积极冰反照率反馈。这种反馈来自于一个简单的事实:冰反射(也就是说,有一个更高的反照率)比土地或水的表面。因此,随着全球冰盖减少,地球表面的反射率降低,吸收更多的太阳辐射吸收表面,表面变暖。这个反馈是更重要的,是相对广泛的全球冰层覆盖,如在最后的高度冰河时代,大约25000年前。在全球范围内冰反照率反馈的重要性减少随着地球表面变暖,有相对较少的冰可以融化。

碳循环反馈

另一个重要的气候反馈涉及全球碳循环。特别是,两个主要水库碳在气候系统海洋和陆地生物圈。这些水库历史上大量的人为有限公司₂排放。删除约50 - 70的海洋,而其余的都是由陆地生物圈。然而,全球变暖可能会减少这些储层的产能削减大气CO₂。这些水库减少碳吸收的速度将增加公司的步伐₂积聚在大气中,代表另一个可能的积极反馈温室气体浓度增加。

约50 - 70的碳排放是被海洋,而其余的都是由陆地生物圈。

在世界上的海洋,这种反馈效应可能需要几个路径。首先,作为表层海水温暖,他们将解散公司₂。第二,如果有更多的公司₂被添加到大气,海洋,碳酸氢根离子(HCO吗₃^{- - - - - -})将乘法和海洋酸度增加。因为碳酸钙(CaCO₃)是由酸性分解方案,酸度升高还会威胁到合并CaCO栖息动物₃骨架或外壳。这些生物,因为它变得越来越难以吸收海洋碳,会有相应的降低生物泵的效率,有助于保持海洋碳水槽(如所描述的部分二氧化碳)。第三,表面温度上升可能会导致所谓的放缓温盐环流(看到海洋环流的变化),全球海洋流模式部分驱动表面附近海域沉没的波兰人和负责的深海中碳的葬礼。放缓这流由于融化的涌入淡水到通常盐水条件也可能导致溶解度泵,转让有限公司₂从浅到深的水域,变得不那么有效。事实上,据预测,如果全球变暖继续某一点,海洋将不再是净碳汇有限公司₂并将成为净源。

热带森林里大部分都失去了,因为变暖和干燥的地区,如亚马逊的整体能力植物隔离大气有限公司₂将会降低。因此,陆地生物圈,虽然目前碳汇,将成为碳源。环境温度影响的速度是一个重要的因素光合作用在植物,许多植物物种,能很好地适应当地气候条件最大化他们的光合速率。随着温度的增加和条件开始超过光合作用的最适温度范围为和土壤呼吸、光合作用的速率会下降。死亡的植物分解,微生物代谢活动(有限公司₂源)将增加,并最终超过光合作用。

在足够的全球变暖的情况下,甲烷水槽在海洋和陆地生物圈也可能成为甲烷的来源。每年排放的甲烷通过湿地可能增加或减少,取决于温度和输入的营养和湿地可能可以从源到汇开关。也有可能增加甲烷释放的结果变暖的北极永冻层(土地)和进一步的甲烷释放的大陆边缘海洋(几百米低于海平面)。目前的平均大气甲烷浓度1750磅相当于3.5吨(35亿吨)的碳。至少有400吨的碳当量存储在北极永久冻土和多达10000吨(10万亿吨)的碳当量困在海洋的大陆边缘的水合结晶形成包合物。相信这一部分被困甲烷可能成为不稳定的和额外的变暖,虽然潜在排放的数量和比率仍高度不确定的。