全球气候变暖母庸置疑
全球变暖的证据是什么？ 以往我们讨论气候变暖问题总是围绕地基气象站所记录的温度潜在剩余偏差。这些记录尤为重要，但是其表示的只是气候系统变化的单一指标。全球变暖更多的证据来源于对气候系统中许多其他要素的广泛测量结果，这种测量是独立进行的，在物理上具有一致性，而这些要素之间具有紧密联系。
在气候变化中，全球地表平均温度升高是众所周知的指标，从气候统计意义上讲要有30年以上的线性趋势。虽然每一年甚至每10年的温度并不总是会比上一年或上个十年高，但自1900年起全球地表温度已大大升高了，1880-2012年地球表面平均温度上升了0.85°C。气候变暖并不表示地球的任何区域、任何时期都在变暖，而是地球表面温度在至少30年以上的线性趋势是上升的。所以说在过去的百年或更长时间某个十年、二十年、某个季节或者某个地区温度下降、趋缓都是正常的。自1850年以来全球地表平均温度在1870年代—1900年代、1940年代—1970年代都曾出现了变冷的年代际变率，但这并不影响全球地表平均温度持续上升的总体趋势。另外，1998年以来的全球变暖“趋缓”主要表现在全球平均地表温度的变化上，但从整个气候系统的变化来看，全球变暖并没有“趋缓”。由于城市化的快速发展，城市和城市地区的增温更高（称为城市热岛效应），但是仅局限在一定的空间范围内，研究表明，即使未经订正，其对全球温度的影响也不会超过10%，东亚地区可能会达到20%以上。全球陆地气温的测量是在全球几千个测站点观测到的数据基础上，并通过数学统计均一化处理后得出的，这就意味着剔除了测站空间的不均一、城市化等因素。
陆地温度变暖与观测到的海洋温度变暖趋势是密切一致的。许多独立分析结果证明，从船上测量到的海洋空气温度上升与海面温度上升是同时发生的。
大气和海洋都是流体，所以表面增温也在低层大气中看到，同时也可在海洋上层看出，而观测结果也证实了事情确实如此。从对无线电探空气球和卫星的观测资料分析中可以一致地看到，对流层升温可以促使大气层中的天气层变得活跃。至少自从上世纪70年代起，超过90%的热量被气候系统吸收，这点可以从1950年代起全球记录的海洋热含量中得到证实。
随着海洋变暖，海水本身也会膨胀。这种膨胀也是过去一个世纪独立观测到的海平面上升的主要因素之一。融化的冰川和冰盖也是导致海平面上升的原因之一，而陆地水的存储和使用上也起了相应的变化。
逐渐变暖的世界也是个逐渐潮湿的世界，因为温暖的空气可以锁住更多水汽。全球性分析表明，这种测量大气水汽含量的比湿在陆地上和海洋上都有所增加。
作为整个星球中的冰冻部分 ——总称为冰冻圈，既受制于局地温度，同时也能影响局地温度。全球冰川中的冰量每年都在下降，而且已经持续了20多年，消融的冰量是海平面上升的部分原因。积雪对于温度变化非常敏感，尤其是在春季冰雪消融之时。从上世纪50年代起，整个北半球的春季积雪开始退缩。自从有了卫星纪录以来，就观测到北极海冰已有重大消融，尤其是在最小覆冰期，即每年融冰季节结束之际的9月。相比之下，南极海冰的增加量一直要小些。
个别地看，任何单一的分析结果都可能会令人难以信服，但是对这些不同指标和不同资料集所作的分析结果令许多研究团体都得出了相同的结论：从深海到对流层顶部，所有空气或海洋变暖、冰雪消融和海平面上升等等证据都确切地表明了一件事情，那就是从19世纪后期开始，全球已经开始变暖
综上所述，全球变暖的证据来源于多项复杂而独立的气候指标，高到大气层上部，深至海洋底部。这些指标包括地球表面温度、大气温度和海洋温度的变化，还包括冰川、积雪、海冰、海平面和大气水汽等方面的变化。全球各地的科学家对此类证据已独立验证过多次，证实了自19世纪起全球就开始变暖是毋庸置疑的。为了更好诠释这一结论，本文将比较下历史气候和现代气候。
现代气候与历史气候变化的异同
首先回答：工业化时代之前出现的冰期和发生其它重要气候变化的原因是什么？
地球的气候在所有时间尺度上都发生了变化，其中包括远在人类活动能够发挥作用之前。人们在认识这些气候变化的成因和机制方面取得了很大的进展。地球辐射平衡的变化是过去气候变化的主要驱动因子，但这些变化的原因各不相同。任何一种情况，无论是冰期、恐龙时代的暖期或是过去一千年中的波动，其具体原因都必须单独确定。在许多情况下，现在已经能够很有信心地确定其成因，利用各种量化模式可以重建许多过去的气候变化过程。
从冰期开始到过去近300万年的周期中，有充分的证据显示，这些变化与地球围绕太阳的轨道的周期变化有关，这些周期也即所谓的米兰科维奇周期(图3)。这些周期改变了每个纬度每个季节接收的太阳辐射(但几乎对全球年平均值没有影响)，我们可以以天文精度计算出这些周期。目前仍就冰期具体从何时开始和结束进行讨论，但有许多研究表明，北半球各大洲夏季日照至关重要: 如果低于某个阈值，过去冬季的雪在夏季就不会融化，随着越来越多的雪积累下来，冰盖就开始增厚。气候模式的模拟结果证实冰期的确可以这样开始，同时还利用一些简单的概念模式在轨道变化的基础上成功地“后报”了过去冰期的开始。与前几个冰期的开始相类似，下一次北半球夏季日射的大幅减少将在30,000年后开始。
大气中的二氧化碳(CO2)虽然不是首要原因，但它在冰河期也起到重要的作用。南极冰芯资料显示，二氧化碳在寒冷的冰川时代浓度很低(~190 ppm)，在温暖的间冰期浓度要高(~280ppm)，大气CO2随着南极气温的变化而变化，滞后期约有几百年。由于从冰期开始到结束的气候变化持续数千年，这些变化多数是受到二氧化碳正反馈的影响; 即:由于米兰科维奇周期最初引发的小幅冷却随着二氧化碳浓度下降而被放大。只有在考虑到二氧化碳作用的情况下，冰期气候的模拟才能产生令人满意的结果。
在上个冰期发生了20起突变的和剧烈的气候转迁，在北大西洋周边的记录中尤为突出。这些变迁不同于冰川间冰期的周期，在此周期内没有大的全球平均温度变化：格陵兰和南极的变化不同步，在南大西洋和北大西洋呈相反方向。这意味着已经不需要全球辐射平衡的重大变化就能引发上述变迁；在气候系统中的热量重新分布就足以触发变迁。事实上有确凿的证据表明，海洋环流和热输送的变化可以解释很多这些突发事件的特征；沉积物资料及模式模拟显示其中一些变化可能是由那个时代环绕大西洋的冰盖不稳定性及与之相关的淡水释放到海洋所触发的。
在过去的5亿年期间，气候历史上也曾发生过偏暖的时期，地球可能完全没有冰盖(地质学家可从岩石上的冰叶标迹予以判别)，而不像今天的格陵兰和南极被冰盖覆盖。追溯到过去一百万年以上的有关温室气体的资料，即超过南极冰芯年代的数据，仍有相当大的不确定性。但对地质采样的分析表明无冰暖期与大气中二氧化碳高浓度相吻合。在百万年时间尺度上，二氧化碳浓度的变化是由于地壳构造活动引起的，它影响到海洋和大气与固体地球的CO2交换。
过去气候变化的另一个可能的原因是太阳能量输出的变化。最近几十年的观测表明太阳能量输出在11年的周期中有略有变化(接近0.1%)。太阳黑子观测(可追溯到17世纪)以及从宇宙辐射产生的同位素资料证明了太阳活动的长期变化。数据相关性和模式模拟结果均表明，在工业化时代开始前的一百万年中，太阳变化和火山活动有可能是导致气候变异的首要原因。
这些例子说明过去不同的气候变化都有不同的原因。自然因子在过去引起气候变化的事实并不意味着目前的气候变化是自然的。如此类推，森林火灾长期以来一直是自然界雷击造成的，但并不意味着火灾不可能是由一位粗心的露营者引发。
全球气候是由地球辐射平衡所决定的。有三种基本途径可以改变地球的辐射平衡，从而导致气候变化: (1) 改变射入的太阳辐射(例如，地球轨道或太阳自身的变化)；(2) 改变太阳辐射的反射率(该反射率称之为反照率，它可以通过云层的变化、被称为气溶胶的颗粒物或陆地层等来改变)；(3) 改变辐射回空间的长波的能量(例如，通过改变二氧化碳的浓度)。此外，局地气候也取决于风和洋流如何分布热量。所有这些因素都在过去的气候变化中发挥了作用。
第二回答：与地球历史上的早期变化相比，当前的气候变化异常吗？
气候在整个地球历史中和所有时间尺度上一直在变化。当前的气候变化在某些方面并非异常，但在另外一些方面则属异常。与过去50多万年相比，大气中CO2的浓度现已经达到创记录的高值，并且还在以异常快的速度继续这种趋势。与至少过去五百年、甚至可能超过一千年相比，目前的全球温度是偏暖的。如果这种变暖持续下去，所引起的本世纪气候变化，用地质术语来说将是极端异常的。当前气候变化的另一个异常方面是它的成因：过去的气候变化源于自然原因，而过去百年特别是近60年的大部分变暖是因人类活动所致。
在对当前的气候变化和早期的自然变化进行比较时，必须区分三点不同。首先，必须明确是在对哪些变量进行比较：是温室气体浓度，或者温度(或者其它气候参数)，是它们的绝对值，还是其变化速率？其次，切勿把局地变化同全球变化相混淆。局地气候变化通常比全球气候变化大得多，因为局地因子(如海洋或大气环流的变化)能够把热量和水汽从一个地点转移输送到另一个地点，局地反馈会产生影响(如海冰反馈)。相比之下，全球平均温度的较大变化需要某种全球强迫(如温室气体浓度的改变或太阳活动)。第三，必须区分时间尺度。与一百年的时间尺度相比，几百万年的气候变化可能要大得多，并且有不同的成因(如大陆漂移)。
当前关注气候变化的主要原因是大气二氧化碳(CO2)(和其它一些温室气体)浓度的增加，这种增加在第四纪(过去约两百万年)中是十分罕见的。过去650,000年间的CO2浓度是从南极冰芯准确获知的。在这段时期内，CO2浓度在冷冰川期的低值180 ppm和暖间冰期的高值300ppm之间变化。在过去一个多世纪里，浓度值快速增加而大大超出了这一范围，现在约为397ppm。相比之下，在上一个冰期结束时，CO2浓度约80ppm的上升花费了5000多年的时间。高于当前值的浓度值仅在几百万年以前出现过。
温度是一个比CO2(全球充分混合气体)更难重建的变量，因为它在全球各个地方的意义不尽相同，因此单一的记录(如冰芯)只具有有限的价值。局地温度的变化，即便是短短几十年的变化，都可能达到几摄氏度，这远远大于过去一个世纪中约0.8℃的全球变暖信号。
大尺度(全球或半球)平均分析对于全球变化更有意义，在这种尺度下，大部分局地变化达到平均值，变异较小。有足够覆盖范围的仪器记录仅能追溯约150年。在时间上做进一步追溯，对来自树木年轮、冰芯等代用资料进行汇编使得追溯时间超过一千年，其空间覆盖有所减少。尽管在那些重建结果中存在差异，以及存在明显的不确定性，但所有已发表的重建结果表明，中世纪时期的温度是温暖的，17、18和19世纪降冷到低值，此后迅速变暖。中世纪的温暖水平是无法确定的，但在20世纪中期可能再次达到了这一水平，只是从那时起才有可能超过这一水平。这些结论也得到气候模拟的支持。在二千多年以前，温度变化没有被系统地汇编成大尺度的平均值，但它们也并未提供追溯到全新世(过去近11,600年)的比当前全球年平均温度偏暖的证据。有强烈的迹象表明，直到约3百万年以前，一直盛行着偏暖的气候，使得全球冰盖大大缩减，海平面更高。因此，目前的变暖从过去几千年的时间范围内看似乎是异常的，但站在更长的时间尺度上看则并非异常，在这种尺度上，构造活动的变化(可能由温室气候浓度自然、缓慢的变化所驱动)变得有关系了。
一个不同的问题是目前的变暖速率。代用资料中记录的全球气候变化是否较快？过去一百万年间最大的温度变化发生冰川期，在这段时期，全球平均温度从冰期的4℃变化为暖间冰期的7℃(局部变化要大得多，如在大陆冰盖附近)。然而，资料表明冰期结束时的全球变暖是一个渐进的过程，历时近5000年。因此很明显，根据以往的变化，目前全球气候变化的速率要快得多，且十分异常。经常讨论的冰期气候突变绝不是反例，因为这种突变大概是由海洋的热量输送所至，它们不太可能影响到全球的平均温度。
进一步沿时间追溯到冰芯资料以前的时代，沉积物和其它档案资料的时间分辨率分辨不出当前这样快速的变暖。因此，尽管过去发生过较大的气候变化，但没有证据显示这些变化是以比当前气候变暖更快的速率发生的。如果认识到对本世纪变暖的预估约为5°C(范围的上限)，则地球将如其在上一个冰期结束时那样，可能经历相同大小的全球平均增温；没有证据显示过去5000万年时间里的任何全球增温能比得上这一未来可能的全球变化速率。
综上所述，当代全球气候的变暖毋容置疑，无论是在变暖的速率上还是在全球尺度上。那么，大家又在寻找导致全球气候变暖的原因。
