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秦大河:"'未来地球'计划与可持续发展"

时间:  2019-07-01 14:37  点击:  
   目前,地球处于不断变暖的过程,这主要由两个因素导致。第一是自然变暖,第二是人类活动排放温室气体和各种化学物质以及土地利用造成的总效应而变暖,两者相比以后者为主。全球变暖就像一把“双刃剑”,它将给地球和人类带来复杂的潜在的影响,其中既有正面的,也有负面的。总体而言,其负面影响大于正面影响,导致灾害的风险大大增加。数据显示,全球变暖自上世纪末本世纪初开始日益严重,跟1750年相比,全球平均地表气温已经上升约1摄氏度。
   地球气候系统变暖已是一个不争的事实。气候变化要注意几点,第一是尺度问题,包括时间尺度和空间尺度,其中,时间尺度是指1750年以来,特别是上世纪中叶1950年之后,空间尺度是指全球和区域;第二是系统问题,气候系统由大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈和人类社会,这五个圈层和一个系统组成,是自然和社会的交融。
   根据最新公告,工业化革命前大气中CO2的平均浓度为278 ppm。2017年全球大气中的CO2平均浓度已上升至406 ppm,达到了工业化前水平的145%。过去十年中,CO2浓度以每年2.2 ppm的速率增加,2016-2017年是增速最快的一年。CO2等温室气体浓度的增加称之为长寿命周期的温室气体增加,这些气体对于全球变暖起到决定性作用。
   根据报告,2018年是自有记录以来第四个最热的年份,虽然这一年是以“拉尼娜”为开端,通常为低温的一年,但还是第四最热的高温年份,证明大气圈仍然在持续升温。中国区域内除了西北部分地区,大部分都是3~5度的温升,与1960~1990年的平均气温相比。同时,水圈也存在温度上升的问题,今年1~7月全球平均海平面比上年同期相比,上升了2~3 mm,是一个相对较高的速率。
   人类活动排放温室气体以及其他活动造成的额外热量到哪里去了?IPCC第五次评估报告结果指出,93%人类活动排放温室气体以及其他活动造成的额外热量被海洋吸收,上层海洋占60%,700m以下占了30%。而根据调查,2018年7~9月的平均值显示,90%以上多余的热量进入了海洋,其中700~200m之间的上层海洋吸收热量最多。这一现象会影响海洋涛动,进而影响全球气候变化。后续还需要做大量的研究工作。
   水圈有海洋酸化问题。海洋溶解了人类排放的二氧化碳25%左右,造成海洋酸化。这一现象会影响渔业生产,影响海洋生物、软体动物、碳酸盐建造等,造成非常大的危害。
   大气圈今年表现非常异常,全球有连续4个月的极端高温,非洲温度上升到51度,这是有史以来最高的温度。还有森林火灾,前两天的加尼福尼亚森林大火造成人员伤亡、失踪是有史以来最严重的,甚至北欧寒冷地区的森林火灾也有发生,这都与全球变暖有密切关系。因此,世界气象组织(WMO)认为极端天气频发与温室气体排放导致的气候变化有关。长期来看,极端高温和降水增多这一趋势,毫无疑问是气候变化引起的。
   世界热带气旋也存在异常,今年热带气旋异常频发。上海解放以来一共发生过5次台风,今年就有两次,过去六、七十年代只有3个,所以台风的频率很高。大西洋上正在同时形成的9个大台风、热带气旋和热带风暴,其中进入中国最有名的“山竹”台风,2018年8月15日登录山竹,造成经济损失20多亿元。另外一个中等规模的台风“飞燕”进入日本,造成近半个日本瘫痪,关西机场被迫关闭10天以上。气候变化、自然灾害和人类可持续发展相互紧密联系。
   冰冻圈工作有赖于技术进步,美国冰卫星使用ICESat-1技术,2003~2009年冰卫星一号做了很多工作,但2009年以后冰卫星失效,直到2018年9月11日ICESat-2才升空。卫星拍的格陵兰冰盖全图就是该卫星用一种特殊的传感器拍摄的,测量光子从地球测到卫星往返时间的长度来计算高度,测高仪设置为每秒发射一万次光子数,精度测算5mm,冰盖表面的变化精度得到了很大提高。但美国发射的这个卫星完全是由美国自己来掌握,只发布结果,他人很难拿到一手资料。
   根据资料判断今年海冰的情况,海冰是冰冻圈重要的组成部分。北冰洋的海冰范围2018年8月15日是570万km2,预估2018年9月海冰范围是最小的,处于过去40年以来第九个最低点。根据过去几个月消融,国际雪冰中心给出的资料显示,2018年9月初北极海冰最低的值为420万km2到500万km2。各国的数据都不一样,英国气象局给出的数据就比这个数据大。
   相比2018年7月初海冰最低值,英国气象局的结果就比我国结果要高。海冰范围远远低于平均值,北极海冰三十年以前的范围大约是1000-1200万km2,现在只有400-500万km2。南极海冰在三十年前大概是1800-2000万km2,现在也减到约1000万km2。9月中旬北极海冰范围英国气象局的数据显示540万km2,这个数据比国际海冰结果误差10%左右。所以,尽管中国、英国、美国、日本这些国家卫星的资料结果不是很一致,但海冰范围和数量都在减少。资料显示1979年到2017年北冰洋海冰的量,单位是1000km3(立方公里),揭示了海冰不仅面积缩小,海冰的厚度也减少了。到了2017年9月海冰体积大概只有300km3,以前最大的时候大概有将近1800km3,减少了三分之一,范围减少一半多,冰量减少三分之二,所以北冰洋的变化是非常大的。
   北冰洋的变化直接关系到气候问题、航运问题和资源问题。所以我们把这个漩涡起名叫“死亡漩涡”,美国科学家描述“死亡漩涡”为海冰覆盖范围正在呈螺旋装的减少,一旦越过这个阈值,人类就可能面临一个夏季、甚至全年没有冰的一个北冰洋。这个情况将会带来天气、灾害、地缘、资源和领土争分等一系列重大问题,被称为“死亡漩涡”。
   中国对北极十分关注,中国发表了北极白皮书,对海洋运输至关重要。北冰洋临海还有经济区,真正的公海面积只剩280万km2,且被各国瓜分得差不多了。2015年俄罗斯提出北冰洋120万km2的海底面积是他们的开采地区,其中蕴含巨大的油气资源。其依据是俄罗斯延伸到北极点的区域都是它的领土,可以从此看出竞争非常激烈。
   中国比较关注的是北冰洋,除了陆上丝绸之路、海上丝绸之路之外,还有北极航道的问题,人们称之为“冰上丝绸之路”,冰冻圈的研究这非常关心北极航道问题。该航道夏季部分时间开通,东北部称“东北航道”,西部称“西北航道”。其中,“东北航道”又称“俄罗斯航道”,“西北航道”又称“美国航道”。如果整个冰冻圈海冰在夏季或全年消失的话,“中央航道”将会开通,这将会大大节约能源、时间、资金,带来巨大的经济效益,同时带来巨大的地缘政治风险。近期有报纸指出,北极航道对中国具有巨大的经济和政治价值,实际这条航道的开通对中国的地缘政治和经济发展有重要的作用。
   气候变化还会带来一些其他问题。目前全世界人口大约有74亿,预计2050年达到90亿,人口迅速增加,印度将取代中国成为第一人口大国。一万年之前,野生动物和人分别占99%和1%,现在野生动物只占1%,其他99%是人和家畜,情况发生了本质上的变化。自二十世纪中叶,对地球的影响除了流水影响了地貌以外,环境变化成为地球系统变化的主要驱动力。地球系统变化率取决于三点A、G、I,A是天文因素,G是地球物理因素,I是地球内部驱动力,比如海洋涛动等。
   过去四十年以来,对地球影响的时间一阶导数变成了工业化,而A,G,I的影响则趋近于0。人类经过几次工业革命,科技层次越来越高,这个情况也越来越明显。有些人提出人类世,环境变化必然要和经济相联系比如GDP和人口、社会结构。所以人类世的环境变化和经济社会的巨变是紧密联系在一起的,相互作用的。因此科学家提出人类世的概念,它是地质学名词,人类世定义为自1750年人类工业化开始。
   随着经济社会的发展,人类征服自然环境的足迹遍布全球,环境问题也从区域性问题发展成全球性问题。人口的增加和城市化进程使人类将自己的领地在自然界中无限扩张,造成生态破坏、物种灭绝、带来了资源消耗加剧、生存空间紧张还有层出不穷的化学物质和材料问题,给环境造成了难以消灭的污染。国际社会开始重视这个问题,提出四大科学研究计划,其中包括WCRP、IGBP、IHDP和DIVERSITAS,这四大科学计划现在演变成了“未来地球”计划(Future Earth)。Future Earth是2005-2015年,全球环境变化可持续发展的合作平台,它通过协同设计,加强科学家、科研资助机构以及利益相关的联系,使之成为全社会的科学。
   Future Earth是以解决问题为导向,为可持续发展提供理论的支持和行动的组织。它制订了一个未来科学发展计划,即Future Earth 2025战略计划,把环境问题归结为三大主题和八个交叉问题,三个主题为动态地球、全球发展和向可持续发展转变,八个交叉领域为地球观测系统、数据共享系统、地球系统模式、发展地球科学理论、综合与评估、能力建设与教育、信息交流、科学政策的沟通和平台,其中有很多人文和自然相结合的部分。
   其中有几个值得注意的问题,“动态地球”关注的是方法、状态和关键地区,包括寒带地区、热带地区以及极地地区等等。全球发展关注的是资源管理、生态系统管理和公共管理。在可持续发展转型中谈到的转变过程的创新和变化以及全球和区域管理。
   未来地球计划的核心计划有很多,且相互交叉,分属自然科学和人文科学两大类。该目标是到2020年要消除自然科学与人文科学的隔阂,到2025年使两者完全贯通。中国国情和发展和它的目标是一脉相承的。
   Future Earth有一个项目,被称之为“知识行动网络”,它已经列出一些课题,比如说城市问题、健康问题、海洋问题等等列成课题。各地有很多出版物引领国际可持续发展的结果和研究,比如全球碳计划对温室气体排放的研究。还积极参加国际可持续发展和科学决策的进程,比如参加联合国可持续发展的17个目标咨询工作,在尖端杂志上发表评论,促进可持续发展目标的形成,举行研讨会等等。可持续发展有17个目标,并给出了冰冻圈科学与17个可持续发展目标的关系,比如消灭贫困、消灭饥饿等等。
   随着对全球变化问题的深入原有的科学计划逐步显现出研究对象片断化、碎片化,研究方法单一,研究成果内部化,很难对地球系统开展更系统、更全面地观测与研究。未来地球计划设定的思路对国际可持续发展相关工作的启示就是国内的宣传不够,包括各种基金发放都是单一、片段、碎片。聚焦未来地球计划的前沿科学问题要从需求出发,从国际前沿国家战略需求讨论这一问题,并为共建人类命运共同体而努力奋斗。
   地理学可以做的工作有很多,人类处于很危险的环境,由于人类活动影响、排放污染等各种因素造成全球变暖。自1750年以来,气候变化可能造成“热式地球”。如果不坚持减排,不坚持积极应对气候变化,我们就会进入“热式地球”。进入“热式地球”会使气温增加5~6度,后果是不可想象的。
   地质历史告诉我们,5000万年之前,地球CO2浓度是1000 ppm,3000万年左右,在700~1000 ppm,距今500万年到300万年在400~450 ppm之间。值得注意的是,距今500万年到300万年,当时气温比现在高2~3度,海平面比现在高20m,许多大陆被海水所淹没。到2030年,科学家预估气温升高1.5~2.0度之间,如果全球能限制温室气体浓度不超过450ppm。因此,全球变暖和我们的可持续发展及人类命运紧密相联系到一起,科学家要为全人类抑制二氧化碳浓度的升高。
秦大河 中国气象局 中国科学院院士

 
中国国情与发展论坛秘书处  供稿

                        2019年7月1日

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