能源利用

温室效应是指太阳短波辐射透过地球大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射又被大气中的水汽、二氧化碳等物质所吸收，从而产生地球气候变暖的效应。如果没有大气的温室效应，地表平均温度就会下降到-23℃，而实际地表平均温度为15℃，这就是说温室效应使地表平均温度提高了38℃。

这种温室效应，本来是一种自然现象，但由于人们在生产生活中利用化石能源以生成能量等方式产生了多种温室气体，这些温室气体的不断增加引发了增强了的“温室效应”，进而导致全球气候变暖加剧。人类活动导致的大气温室气体含量的升高，会决定地球升温多少？这才是目前我们关注的问题。

大气中二氧化碳排放量增加是造成地球气候变暖的主要原因。气候模型显示，如果大气中的二氧化碳含量比工业革命前增加一倍，地球温度将升高1.5~4.5℃（即气候敏感度）。2020年，世界气候研究计划署的25位科学家将其升温范围缩小到2.6~3.9℃之间。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，人类活动已经造成了工业革命以来全球升温约1.0℃，如果继续以目前的速率升温，全球升温可能会在2030年至2052年达到1.5℃。全球平均气温正以前所未有的速度上升，全球变暖控制在1.5℃以下的可能性迅速变小，人类跨越气候系统不可逆转的临界点的风险也在增加。

由于早期观测资料严重不足，准确地评估工业革命开始时（1750年）的温度比较困难。为了避免这一问题，IPCC第五次评估报告提出将1850—1900年平均温度作为工业革命前的参考值，相对于这一参考值高出全球地表温度的升温幅度定义为全球温升幅度。这里的1.5℃增暖是人类活动引起的影响结果，不是某一年简单地直接观测到的结果。因为直接观测的结果包含了人类活动和自然变率两部分贡献，某一年的观测值受到气候年际尺度上自然变率的影响较大。人类活动引起的未来温度的预估值还需要通过数值模式模拟。

半个世纪以前，大气原始方程组被用于建立数值模式，模拟了大气运动及其演化，标志着对气候系统进行仿真试验的开始。1979年，大气环流模式与混合层海洋模式相耦合，模拟得到在大气二氧化碳浓度加倍后全球平均温度上升1.5~4.5℃的结论。之后的数值试验采用了更加复杂的模式，比如考虑云变化、给定海洋热输送、提高分辨率等，但依然使用混合层海洋模式，得到的气候敏感度仍在上述范围之内。20世纪90年代末开始，使用完全耦合的大气—海洋环流模式进行数值试验。

21世纪，随着科学技术的发展，第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）的最新模式包含了大气、海洋、陆面、海冰、气溶胶、碳循环等多个子模块，动态植被和大气化学过程也被耦合其中，早期的大气环流模式发展成了当下的气候系统模式和地球系统模式。

世界气候研究项目（WCRP）正在组织第六次气候模式对比计划（CMIP6），从CMIP5到CMIP6的地球系统模式，其核心是进一步减少地球系统模式的不确定性，提高模式模拟和预估的可靠性，即在多种时间和多种空间尺度的模拟和预估效果都要提高，着重提高地球系统各圈层的气候态、气候变率与趋势、天气与气候现象和极端事件模拟效果，特别是在区域尺度方面。

无论是早期的大气环流模式还是最新的地球系统模式，科学家们一直不断探求能够更加准确或者更加接近模拟计算真实的气候系统模式，预估由于温室气体排放等人类活动引起全球升温情况，并研究气候变化影响和应对途径等科学问题。

未来地球温度升高情况取决于人类活动对气候变化影响的控制力度，即是否能有效控制温室气体的排放，所以世界各国纷纷发出进入气候紧急状态的政治行动呼吁，同时加快产业、经济社会绿色低碳转型，控制温室气体排放、实现碳达峰、碳中和成为减缓全球变暖的必然选择。（作者系中国气象科学研究院研究员）

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