The Innovation | 气候变化的自然科学基础：IPCC报告的新认知
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2021年8月9日联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第六次气候变化评估报告（AR6）第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。这是自2013年IPCC第五次评估报告（AR5）和后续三份特别报告SR1.5、SRCCL和SROCC发布以来，科学界对气候变化知识最全面的更新。那么最新的IPCC AR6提供了哪些新认知呢？
图1 与工业化前（1850~1900年）相比，全球平均地表气温升幅在1.5、2.0、3.0、4.0ºC时，年平均地表气温变化的空间分布。红色阴影越深表明增暖越强。（基于IPCC在线绘图系统绘制和加工：https://interactive-atlas.ipcc.ch/）
随着8月9日IPCC AR6第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》的发布，和10月5日气候学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）与克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）被授予本年度诺贝尔物理学奖，日益严峻的全球变暖问题再次成为全球焦点（图1）。真锅淑郎和哈塞尔曼是全球变暖科学基础的重要奠定人。真锅淑郎先生早在1960年代就用简化的气候模式，可靠地预测了后工业化时代全球最重要的现象之一——全球变暖，之后又组织研发了复杂的三维气候系统模型，用于气候变化的历史模拟和预估。哈塞尔曼先生则发展了气候变化检测归因理论，为寻找人类活动影响气候的“指纹”奠定了理论基础。正是在他们的理论基础上，整个气候科学界经过几十年来对观测资料、观测技术和气候模式的改进，科学认知水平大幅度提高。IPCC AR6首次明确指出：“毋庸置疑，人类活动的影响使大气、海洋和陆地变暖。大气、海洋、冰冻圈和生物圈都发生了广泛而快速的变化。”
那么围绕气候变化以及人类活动影响等关键科学问题，AR6第一工作组报告提供了哪些新认知呢？中国科学院大气物理研究所周天军研究员进行了深入解读。他认为，围绕全球变暖的观测事实、检测归因和未来预估等问题，AR6新认知的亮点如下（图2）：
图2 气候变化的自然科学基础示意图。蓝色框为IPCC AR6新认知，红色框为作者建议的未来待加强的研究方向。
1. 给出全球变暖的最新观测事实
基于更丰富、更可靠的观测资料和证据，采用更科学的分析方法，给出了更准确的全球升温估算，指出过去十年（2011~2020年）较工业化前（1850~1900年）增暖了1.09（0.95~1.20）°C。
2. 气候变化归因拥有更多的证据
有更多的检测归因证据表明，人类活动已经影响到全球许多地区极端天气/气候事件的变化，包括热浪、强降水、干旱等，归因信度有所提升，首次从归因的角度指出人类活动影响全球尺度的干旱（高信度）。
3. 未来气候预估更为可靠
AR6首次基于观测约束方法，更可靠地预估了未来全球平均温度、海洋热含量和海平面高度这三个要素的变化结果。
4. 气候敏感度的估计更为精准
气候敏感度用来衡量气候系统对CO2的增加有多敏感。平衡态气候敏感度（ECS）是指当CO2浓度升高到工业化前2倍时，气候系统达到平衡后全球平均地表气温增加的度数。升温越高，说明气候对CO2的增加越敏感。当科学界越来越确定人为排放的CO2增加是工业化以来气候变暖的主要原因后，气候敏感度有多大就成为气候变化研究的核心问题之一。随着对气候过程的认识的提高和更多的古气候重建证据，AR6给出平衡态气候敏感度ECS的最佳估计值为3ºC，可能范围为2.5~4ºC（高信度），不确定性范围比AR5（1.5~4.5ºC）减少。
5. 提出了“产生影响的气候因子（CID）”这一概念用来评估气候变化的影响
CID是指影响社会或自然生态系统的自然气候系统状态（如平均值、极端值、事件频率等），涵盖了冷热、干湿、风、冰雪、海岸、海洋以及其他类型共7大类。CID将气候变化与其产生的社会、生态影响联系起来，是连接IPCC第一工作组（自然科学基础）和第二工作组（影响、适应和脆弱性）之间的桥梁，能更有效地为应对区域气候变化提供科学依据。
6. 首次给出“小概率高影响”（LLHI）事件的预估结果
LLHI事件包括冰盖垮塌、海洋环流突变、复合型极端事件、以及增暖可能比预估的最大可能范围更强等这样一些“尽管发生的概率很低但不能完全排除、且一旦发生其影响极大”的事件，旨在面向决策者提供更为全面的风险评估信息。
7. 提供了更多的未来气候变化情景，包括碳中和排放情景
与AR5相比，AR6提供了更多的未来共享社会经济发展路径（SSPs），包括极低的碳排放情景（SSP1-1.9），该情景与1.5ºC升温目标相一致，在2050年代达到CO2净零排放。
8. 基于新方法估算全球升温1.5ºC时间
AR6估算，未来20年内，与工业化前（1850~1900年）相比的全球温度升幅将达到或超过1.5ºC。
与此同时，也应看到，要更好地理解过去、现在和未来的气候变化，在一些关键领域尚存在有待深入研究的科学问题。笔者认为，至少以下领域的研究工作需要加强（图2）：(1)观测资料的进一步挖掘和发展，特别是在观测记录不足的地区，这包括代用资料和古气候资料；(2)发展高分辨率模式乃至对流解析模式，进一步提升气候归因和预估的信度；(3)发展观测约束的新方法，针对更多气候要素给出更可靠、更准确的区域气候预估信息，特别是在人口密集和脆弱性高的东亚地区；(4)进一步提高对气候敏感度估算的准确性，这对于应对气候变化的政策制定工作（如控制全球升温水平、剩余碳排放空间的估算）至关重要。
总结和展望
应对地球可持续发展面临的气候与环境挑战，需要将知识转化为行动。IPCC AR6指出，若进行快速的温室气体减排并在2050年达到CO2净零排放，本世纪末全球升温低于2ºC是极可能的，使升温低于1.6ºC并在本世纪末降低到1.5ºC以下也较为可能。今年11月1-12 日，联合国气候变化大会COP26将在英国格拉斯哥召开，会议的目标是完成《巴黎协定》实施细则遗留问题的谈判，促进《巴黎协定》全面、平衡和有效实施，推动构建一个公平合理、合作共赢的全球气候治理体系。业已发生的气候变化无法挽回，但气候的未来可以改变，我们今天的行动，决定着地球气候的未来。
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https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00098-9
本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第四期以Editorial发表的“New physical science behind climate change: What does IPCC AR6 tell us?” (投稿: 2021-08-25；接收: 2021-10-08；在线刊出: 2021-10-13)。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100173
引用格式：Zhou T. (2021). New physical science behind climate change: What does IPCC AR6 tell us? The Innovation. 2(4),100173.
作者简介
周天军，理学博士，博士生导师，中国科学院大气物理研究所研究员。主要从事气候动力学和气候模拟研究。曾获国家杰出青年科学基金资助。现任世界气候研究计划（WCRP）耦合模拟工作组WGCM委员，曾任国际CLIVAR计划季风委员会联合主席、SPARC计划科学指导委员会委员等。是IPCC第一工作组第五次（2013）和第六次（2021）评估报告的主要作者。2014~2020年连续入选“Elsevier中国高被引学者榜单”；2018~2020年连续入选科睿唯安（Clarivate Analytics）地球科学“全球高被引科学家”。
个人主页：http://zhoutj.lasg.ac.cn