地球的「发烧」：什么是气候变化？ Earth's Fever: What Is Climate Change?
你有没有注意到，近些年的夏天好像越来越热了？记得小时候，空调还是奢侈品，夏天在树荫下乘凉就能度过整个午后。可如今，动辄35摄氏度以上的高温天气屡见不鲜，"热射病"这个词甚至成了新闻里的常客。不仅是温度，暴雨、洪水、干旱、台风……这些极端天气的新闻似乎越来越频繁地出现在我们的生活中。
这不是错觉。
在我们深入探讨气候变化之前，让我们先来聊聊你可能亲身经历过的一些现象。也许某个暑假，你和家人去海边度假，却发现海边的游客比往年多了许多，海水浴场的季节也明显延长了。又或者，你看到新闻里说某个冰川在融化，某个岛国面临着被淹没的危机。这些看似遥远的画面，其实正悄悄影响着地球上的每一个人——包括你。
本章，我们将一起踏上探索气候变化的旅程。我们会从最基础的概念开始，弄清楚什么是"天气"，什么是"气候"——这两个词虽然经常被混用，但实际上有着本质的区别。我们会穿越时光，回到地球的远古时代，看看这颗蓝色星球在人类工业文明之前，是如何调节自己的"体温"的。然后，我们将把目光聚焦到当下，用数据说话：过去一百多年里，全球平均温度究竟上升了多少？海平面上升了多少？这些变化意味着什么？
准备好了吗？让我们开始吧。
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从身边的感受说起：越来越热的夏天
你有没有过这样的经历：站在夏天的马路上，感觉热浪从脚底往上冒，柏油路面似乎在微微颤抖，连空气都变得黏稠起来？如果你生活在中国北方，可能还记得小时候冬天会下很大的雪，河面上会结厚厚的冰，可以安全地在冰面上玩耍。可现在呢？同样的城市，降雪的频率和雪量似乎都不如从前了。
这些变化并非你的主观臆断。全球数以万计的气象站记录下了同样的趋势：地球正在变暖，而这个变暖的速度正在加快。
让我们先看一组数据。2023年，全球平均气温比工业化前水平高出了约1.4摄氏度。这听起来可能不算多，但要知道，在地质历史的尺度上，即便是1到2摄氏度的变化，都足以引发大规模的冰川进退、海平面升降，甚至导致物种的大规模灭绝。想象一下：如果你的体温从37摄氏度变成38.5摄氏度，那意味着你正在发高烧，身体会出现各种不适。地球也是一样，它的"发烧"正在影响着整个生态系统。
但等等，在继续深入之前，我们需要先澄清一个基本概念：什么是天气，什么是气候？这两个词在日常对话中经常被混用，但实际上，它们描述的是完全不同的现象。
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天气与气候：两个容易混淆的概念
想象一下这样的场景：你的好朋友从北京打电话给你，说"今天北京好冷啊，只有5度！"而你可能会反驳说"北京不是很冷吗？北京的气候很冷啊！"
你们的对话听起来都没问题，但仔细想想，朋友说的是"天气"，而你说的是"气候"。这两个概念有什么区别呢？
天气是指一个地方在短时间内（比如今天、这周）的温度、降水、风力等大气状况。你每天出门前查看的天气预报，告诉你今天会不会下雨、要不要带伞，这就是天气预报——它预测的是"天气"。
气候则是指一个地区长期（比如几十年、几百年）的大气平均状态。它描述的是这个地方的"脾气"——北京的气候是温带季风气候，特点是夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。你不会因为某一天北京很热就说北京是热带气候，也不会因为某一天北京下雪就说北京是极地气候。气候是一个地区长期的、统计意义上的天气特征。
用一个形象的比喻：天气就像是人的日常情绪——今天高兴，明天可能就不开心了；而气候则像是人的性格——开朗的人总体上比较乐观，但偶尔也会情绪低落。
美国有一位气象学家曾说过一句经典的话："气候是你期望的，天气是你得到的。"这句话很好地概括了两者的区别。气候是一个地区长期的平均表现，而天气则是每一天的具体状况。
为什么这个区别很重要？因为气候变化讨论的是气候的长期改变，而不是某一天的异常天气。一年中的某一天特别热或特别冷，并不能说明气候在变化；但如果我们在几十年甚至上百年的时间尺度上看到，温度普遍升高了，极端天气事件增多了，那就说明气候确实在改变。
这就是我们接下来要深入探讨的主题。
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穿越时光：地球气候的漫长历史
要理解今天正在发生的气候变化，我们需要把目光放远，看看地球的气候在历史上是怎么变化的。毕竟，地球已经存在了约46亿年，在这漫长的岁月里，它的气候一直在不断变化——有些时期比现在热得多，有些时期则冷得多。
让我们做一次时间旅行，从地球的诞生开始，慢慢快进到人类出现之前的时代。
冥古宙与太古宙：地球的"童年时代"
地球诞生于大约46亿年前。在最初的几亿年里，地球是一颗炽热的星球，表面布满了熔岩，大气中充满了二氧化碳、甲烷和水蒸气，几乎没有氧气。那时，地球的"体温"比现在高得多，根本不适合任何我们今天所知的生命形式存在。
到了约38亿年前，地球开始慢慢冷却。海洋形成，大气中的水蒸气凝结成雨落下，在地面汇集成原始的海洋。最早的生命——简单的单细胞生物——在海洋中诞生了。
元古宙：冰封的地球
地球历史上最极端的气候事件之一发生在约7亿年前，被科学家称为"雪球地球"事件。当时，地球几乎完全被冰覆盖，从两极到赤道，都覆盖着厚厚的冰层，整个地球看起来就像一颗巨大的雪球。
这听起来可能难以置信——地球怎么会变成一个雪球呢？科学家认为，原因是这样的：当大规模的火山活动喷发出大量二氧化碳时，大气中温室气体增加，气候变暖。但同时，大陆上的岩石风化会吸收二氧化碳。当这些过程达到某种平衡时，可能出现了一个临界点：大陆岩石的风化吸收了太多二氧化碳，导致地球急剧变冷。冰雪覆盖了地球，而白色的冰雪又反射了更多阳光，进一步加剧了寒冷，形成了一个自我强化的循环。
"雪球地球"听起来像是生命的末日，但实际上，生命并没有灭绝。科学家认为，在冰层下面，液态水的海洋仍然存在，最早的微生物在这里幸存了下来。当火山活动继续释放二氧化碳，温室效应再次增强，地球最终从雪球状态中"解冻"出来。
这告诉我们一个重要的道理：地球的气候系统非常敏感，一点微小的变化就可能引发巨大的连锁反应。
古生代：生命的大爆发与冰川时代
大约5.4亿年前，地球进入了寒武纪时期，生命迎来了前所未有的大爆发——科学家称之为"寒武纪生命大爆发"。在那短短的几千万年里，地球上突然出现了大量复杂的多细胞生物，包括我们今天所有动物门类的祖先。这时的地球气候总体上比较温暖，海平面比现在高很多。
到了约3亿年前，地球进入了石炭纪和二叠纪时期。当时的气候温暖湿润，沼泽森林繁茂，这些植物死后堆积形成了今天我们开采的煤炭——这就是为什么石炭纪和二叠纪被称为"成煤纪"。
然而，约2.5亿年前，地球经历了一次大规模的物种灭绝事件，科学家称之为"二叠纪-三叠纪大灭绝"。在这次事件中，约90%的海洋物种和70%的陆地脊椎动物灭绝了。造成这次大灭绝的原因有多种理论，其中之一就是气候急剧变化——有证据显示，当时西伯利亚地区发生了大规模的火山喷发，释放出大量二氧化碳和甲烷，导致全球气候剧烈波动。
中生代：恐龙的黄金时代
二叠纪大灭绝之后，地球迎来了中生代——恐龙的时代。三叠纪、侏罗纪和白垩纪这三个时期，地球气候总体温暖，没有大规模的冰川，南北极地区甚至没有永久性的冰盖。恐龙在这个温暖的世界里繁衍生息了约1.6亿年。
侏罗纪时期，大气中的二氧化碳浓度比现在高出数倍，全球平均温度比现在高约3到4摄氏度。那时的地球，两极地区覆盖着温带森林，而不是今天的冰原。
白垩纪末期，大约6600万年前，一颗巨大的小行星撞击了地球，引发了第五次大灭绝，恐龙和大量其他物种从此消失。这次灾难同样伴随着剧烈的气候变化——尘埃和气体进入大气，遮蔽了阳光，导致地球表面温度急剧下降。
新生代：冰河时代的来临
恐龙灭绝后，地球进入了新生代。约3400万年前，南极洲开始形成冰盖。到了约260万年前，地球进入了频繁的冰期和间冰期交替的时期，这就是我们常说的"冰河时代"。
冰河时代并不是说整个地球都被冰封住了。实际上，冰川主要分布在高纬度地区和高山上。在这个时期，地球经历了一系列的冰期和间冰期。在冰期时，大量的水被"锁"在冰川中，海平面比现在低上百米；在间冰期时，冰川融化，海平面回升。
人类—— Homo sapiens——就是在约30万年前，在这样一个冰河时代中诞生的。我们的祖先经历了多次冰期和间冰期的交替，这些气候变化深刻地影响了人类的迁徙和演化。
上一个冰期的极寒期约在2万年前达到顶峰。那时，北美和欧洲的大部分地区被厚厚的冰川覆盖，海平面比现在低约120米，许多今天被海水隔开的陆地区域曾经是连在一起的。大约1.1万年前，上一个冰期结束，地球进入了目前这个相对温暖的间冰期——地质学家称之为"全新世"。
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人类时代：工业革命带来的转折
就在地球刚刚进入全新世温暖期的时候，人类文明也在悄然发展。从狩猎采集到农业革命，从青铜时代到铁器时代，人类一步步改变着自己与地球的关系。
但真正改变地球"体温"的，是18世纪中叶开始的工业革命。
1760年代，英国发明家詹姆斯·瓦特改良了蒸汽机，标志着工业革命的开端。此后，煤炭被大量开采和燃烧，工厂烟囱林立，蒸汽火车轰鸣而过。19世纪，内燃机的发明和应用让石油成为新的能源宠儿。进入20世纪，电力、汽车、航空、电子工业蓬勃发展，人类的生活方式发生了翻天覆地的变化。
这些变化带来了一个问题：人类燃烧化石燃料（煤炭、石油、天然气），释放出大量的二氧化碳。工业生产、汽车尾气、森林砍伐……这些活动每年向大气中排放数百亿吨的二氧化碳。
二氧化碳是一种温室气体。它能允许太阳的短波辐射通过大气层到达地面，却会阻挡地球向太空发射的红外长波辐射，从而在大气中形成保温效应——就像给地球盖了一层看不见的"被子"。适量的温室气体让地球保持了适合生命存在的温度；但如果温室气体过多，地球就会"过热"。
自工业革命以来，大气中的二氧化碳浓度从约280ppm（ppm是parts per million的缩写，即每百万个空气分子中有280个二氧化碳分子）上升到了2023年的约420ppm，增长了约50%。这个变化是过去800万年来从未出现过的。
与此同时，甲烷、氧化亚氮等其他温室气体的浓度也在上升。所有这些因素叠加在一起，导致地球正在以前所未有的速度变暖。
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数据会说话：全球变暖的证据
科学家们是如何知道地球在变暖的呢？证据来自多个方面。
温度记录
自1880年以来，全球建立了密集的温度监测网络。数以万计的气象站分布在陆地表面和海洋上，持续记录着温度数据。这些记录清晰地显示：过去140多年里，全球平均温度呈上升趋势。
2023年，全球平均表面温度比工业化前水平（1850-1900年的平均值）高出了约1.4摄氏度。这意味着2023年是有记录以来最热的一年。全球十大最热年份中，有八个发生在2015年以后。
对于中国来说，1951年至2023年间，平均气温每十年上升约0.2摄氏度。夏季日数明显增加，冬季日数则在减少。
海平面上升
地球变暖带来两个直接后果：一是海水受热膨胀（热胀冷缩的原理），二是陆地上的冰川和冰盖融化。这两个过程都会导致海平面上升。
自1880年以来，全球平均海平面上升了约21-24厘米。听起来好像不多，但要注意的是，海平面上升并不是匀速进行的——近年来，上升的速度正在加快。20世纪，平均每年海平面上升约1.4毫米；到了21世纪，这个数字增加到了约3.6毫米，而在2013-2022年间，更是达到了约4.5毫米/年。
海平面上升对沿海地区构成严重威胁。许多大城市坐落在河口三角洲和沿海平原上，这些地方居住着数亿人口。如果海平面继续上升，洪水和风暴潮的频率和强度将增加，沿海地区可能被淹没有些太平洋岛国甚至面临整个国家消失的风险。
冰川消退
全球冰川正在以前所未有的速度消退。阿尔卑斯山脉、安第斯山脉、喜马拉雅山脉……到处都在传来冰川后退甚至消失的消息。
以格陵兰岛和南极冰盖为例，它们是地球上最大的两个冰库。如果它们完全融化，全球海平面将上升约66米——当然这是一个极端情况，完全融化需要数百甚至上千年。但即使是部分融化，也足以对沿海地区造成灾难性影响。
根据卫星观测，格陵兰冰盖每年损失约2800亿吨冰，南极冰盖每年损失约1500亿吨冰。这些数字听起来抽象，让我们换一个角度：每秒钟，大约有10000吨冰从格陵兰流入海洋。
极端天气事件增多
全球变暖不仅是平均温度上升，还表现为极端天气事件的频率和强度增加。热浪、暴雨、洪水、干旱、强台风……这些极端事件正在变得更加常见。
IPCC（政府间气候变化专门委员会）的报告指出，几乎可以肯定的是，人类活动导致的气候变化正在增加极端热事件的频率和强度。自1950年以来，热浪变得更加频繁和强烈，而冷事件则变得更少。强降水事件也变得更加频繁。
在中国，1961年以来，极端高温事件显著增加，极端低温事件显著减少。区域性干旱加重，暴雨日数和极端降水的强度都在增加。超强台风的比例也在上升。
海洋酸化
除了温度，海洋还在发生另一个变化：酸化。
海洋吸收了大气中约30%的二氧化碳。这些二氧化碳溶解在海水中，形成碳酸，导致海水的pH值下降——也就是变酸了。自工业革命以来，海洋的pH值从约8.2下降到了约8.1。虽然听起来变化不大，但pH值是对数尺度，这意味着海洋的酸性增加了约26%。
海洋酸化对珊瑚礁和贝类等海洋生物构成了严重威胁。这些生物需要碳酸钙来构建外壳和骨骼，而酸性环境会溶解碳酸钙。如果不采取措施，到本世纪末，海洋pH值可能下降到7.8左右，这对许多海洋生态系统来说将是一个巨大的挑战。
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为什么现在的变暖是"史无前例"的？
地球历史上曾经有过多次气候变暖和变冷的时期，为什么科学家们说当前的全球变暖是"史无前例"的呢？
关键在于速度和原因。
速度：快得惊人
地球历史上确实出现过温暖期。例如，约1.25万年前的全新世初期，地球就比现在温暖。但从那个温暖期过渡到后来的较冷时期，变化是缓慢的，数千年才发生几度的温度变化。
而当前的变暖呢？从工业革命到现在，不过200多年时间，全球平均温度就上升了约1.1-1.4摄氏度。这个速度是自然气候变化速度的数十倍甚至上百倍。
打个比方：如果地球气候是乐队演奏的音乐，自然的气候变化就像是一首缓慢的交响曲，旋律的变化需要几千年甚至几万年来展开；而当前的气候变化则像是一首突然加速的摇滚乐，整个曲调在几百年内就发生了剧烈转变。
原因：人类活动
更关键的是，当前全球变暖的原因与历史上任何一次气候变化都不同。
地球历史上的气候冷暖变化，主要是由自然因素驱动的：太阳活动的周期性变化、火山喷发带来的降温效应、地球轨道参数的变化（米兰科维奇周期）……这些因素确实能影响地球气候，但它们都有其内在的规律和周期。
而当前的气候变化，主要是由人类活动驱动的。自工业革命以来，人类燃烧化石燃料、砍伐森林、改变土地利用方式，向大气中排放了大量温室气体。这些人为排放的温室气体是当前全球变暖的主要驱动力，其作用远远超过了自然因素。
IPCC在2021年的评估报告中明确指出："人类活动已经导致了大气、海洋和陆地的变暖，这是确定无疑的。"报告以极高的置信度确认，自20世纪中叶以来观测到的全球变暖主要是由人类活动引起的。
这意味着什么？意味着地球当前的气候变化不是自然轮回的一部分，而是人类活动造成的。这是一个根本性的区别。因为，如果我们能认识到原因是人类活动，那么解决问题的方法也就在我们手中——我们可以通过改变我们的行为来减缓甚至阻止这种变化。
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气候变化的影响：一个全球性的大问题
气候变化的影响是全方位的，涉及自然环境的方方面面，也深刻影响着人类社会。
对自然生态系统的影响
北极海冰减少：自1979年以来，北极夏季海冰面积每十年减少约13%。有科学家预测，如果趋势继续，北极可能在2030-2050年间出现夏季无冰的状态。
珊瑚礁白化：海洋温度升高导致珊瑚礁白化现象加剧。珊瑚与共生藻类的关系对温度非常敏感，当海水温度比正常高1-2度时，珊瑚就会驱逐藻类，导致白化。2016-2017年的大规模白化事件导致全球约75%的热带珊瑚礁受到影响。
物种迁移和灭绝：许多物种正在向高纬度或高海拔地区迁移，一些无法适应快速变化的物种面临灭绝风险。气候变化已经成为生物多样性下降的主要原因之一。
对人类社会的影响
粮食安全：气候变化影响农业生产。温度升高、降水模式改变、极端天气增多，都会影响作物产量。主要粮食作物如小麦、水稻、玉米的产量都可能受到负面影响。低收入国家由于适应能力较弱，受影响尤为严重。
水资源短缺：冰川融化和降水模式改变影响淡水资源供应。依赖冰川融水补给河流的人口数以亿计，当冰川消退到一定程度后，水资源短缺问题将更加严重。
健康威胁：热浪导致死亡人数增加，蚊媒疾病（如登革热、疟疾）向更高纬度扩散，空气污染加重……气候变化直接影响人类健康。
经济损失：极端天气事件造成的经济损失正在增加。1980年代以来，全球每年因极端天气造成的经济损失增长了数倍。气候相关灾害的数量也在增加。
社会不稳定：资源短缺、经济压力、气候难民……气候变化可能加剧社会矛盾，甚至成为冲突的导火索。
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我们距离"红线"还有多远？
2015年，195个国家在巴黎气候变化大会上通过了《巴黎协定》，承诺将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上2摄氏度之内，并努力将气温升幅限制在1.5摄氏度之内。
1.5摄氏度和2摄氏度，这两条"红线"是怎么来的？为什么要设定这些限制？
科学家通过大量研究分析了不同升温水平下的风险。相对于工业化前水平：
- 如果升温控制在1.5摄氏度以内，大部分珊瑚礁还有机会存活，热浪和极端天气事件的频率和强度虽然会增加，但尚在可控范围。
- 如果升温达到2摄氏度，珊瑚礁将大面积死亡，热浪将成为常态，海平面上升将更加显著，对许多沿海城市和小岛国家构成生存威胁。
- 如果升温超过3摄氏度，全球多数陆地可能变得不适合人类居住，极端天气事件将成为严重灾难。
但现实是严峻的。按照目前各国的减排承诺和实际行动，到本世纪末，全球升温可能会达到2.5-3摄氏度。这意味着我们必须大幅加强减排力度，才能把升温控制在安全范围内。
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本章小结：开启气候认知的第一步
在这一章中，我们建立了对气候变化的基本认知。
首先，我们认识到气候变化不是一个抽象的科学概念，而是与每个人的生活息息相关。我们日常感受到的越来越热的夏天、越来越频繁的极端天气，都是气候变化的表现。
其次，我们明白了"天气"和"气候"的区别。天气是每天的大气状况，而气候是长期的大气平均状态。气候变化讨论的是几十年甚至更长尺度上的改变，而不是某一天的异常。
我们还了解了地球气候的漫长历史。这颗蓝色星球在46亿年里经历了无数次冷暖交替，从"雪球地球"到恐龙时代的温室世界，气候一直在变化。但当前的气候变暖在速度和原因上都与过去不同——它的速度是自然的数十倍，而主要是由人类活动引起的。
全球变暖的证据是确凿的：温度记录、海平面上升、冰川消退、极端天气增多……