气候变化的过去与未来

2018-06-20

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气候的变化是周期性的,它悄无声息地发生在我们所处的这个蔚蓝星球。还记得那部《冰河世纪》吗?数亿年前,它可能是真实发生过的场景。

冰河时期(Ice Age)是指地球上经历长期低温、极地冰盖覆盖大陆的一个时期。在中国,学术界称之为“大冰期”。而相邻的大冰期之间的地球气候比较温暖的时间段,称之为“大间冰期”。大冰期内部又分为若干次冰期与间冰期,在一个大冰期内会有小冰期(相对寒冷)和小间冰期(相对温暖)交替出现。资料显示,大冰期时气温比平均值下降4~7℃,海面降低,陆地大面积被冰雪覆盖。间冰期时气候转暖,高纬度大陆冰川面积缩小,中纬度山岳冰川大规模后退,雪线上升,全球自然带向两极方向推移,海面上升。

宏观而言,我们已经经历了三个大冰期,分别是震旦纪大冰期(约六亿年前的元古代末期开始)、石炭纪-二叠纪大冰期(约三亿年前开始)、第四纪大冰期(约240万年前开始),它们之间约间隔1.5~3亿年。温度的下降不是直线的,而是由一系列的波动组成。第四纪大冰期又分为4个小冰期和3个小间冰期,时间尺度都在十万年以上。

中国、欧洲冰期对照表(从上往下距今年代增加)

(资料来源:百度文库)

根据冰川学,目前地球气候仍处于第四纪大冰期的一次小间冰期当中,已经持续了1.2万年。

气候变化的原因:竺可祯在《历史时代世界气候的波动》中提到大多数科学家相信地球上气候的波动与太阳辐射是相关的。例如当太阳黑斑多时,地面上空游离层骚动加多,其下的臭氧层则吸收大量紫外光线,因之高空的同温层温度可以骤然增高而影响到大气环流,大气环流的改变再影响到地面上温度和雨量的分布。

一、中国的气候变化

我国幅员广阔,经度和纬度跨度很大,囊括赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带六个热量带,以温带、暖温带、亚热带面积为主,气候多样。

影响中国气候变化的因素主要有太阳辐射、大气环流及人类活动等因素。

下面将我国的气候变化分为近现代、古代、和未来三个方面进行讨论:

近现代:最新发布的《第三次气候变化国家评估报告》显示,近百年(1909~2011年)来中国陆地区域平均增温0.9~1.5℃。近十五年来气温上升趋缓,但仍然处在近百年来气温最高的阶段。

图2 中国年平均气温变化曲线图(资料来源《2009年中国环境状况公报》)

由图1、图2可以看到,大部分年份的地表温度与气温变化趋势是相吻合的,如1976年和1984年附近都达到低谷,1990年开始温度超过平均值并达到一个小峰值,之后围绕上升趋势不断波动。

古代的回溯:

(资料来源:知乎)

温暖期在逐渐变短,温度也在降低,唐朝之后以冷干气候为主。气候对农业的影响很大,气温每降低1℃,亚热带北界位置也随着向南推移一个纬度左右,适宜于农作物生长的北界位置也随着南移。因此以农业为本的古代中国经济重心逐渐向南迁移。

(由于古代记录条件所限,此图仅作参考资料来源:公众号历史讲坛)

第一个温暖期:公元前2000-公元前1000年

夏、商

第一个寒冷期:公元前11世纪至公元前8世纪中期

西周、东周(年均温度低于现在1~2摄氏度)

第二个温暖期:公元前8世纪中期至公元前1世纪

春秋至西汉(年均温度高于现在1~2摄氏度)

第二个寒冷期:公元前1世纪至6世纪

东汉、三国、魏晋、南北朝(北方气候寒冷,“五胡乱华”等事件所代表的草原民族南迁,长江流域大规模开发)

第三个温暖期:7至8世纪

隋唐(年均温度高于现在1摄氏度)

第三个寒冷期:9至11世纪

五代十国、两宋(南方经济超过北方,形成了南盛北衰的局面)

第四个温暖期:12世纪至14世纪(期间又分为金前期的温干气候和金后期、元代的凉干气候)

宋、元(相对温暖,但不及之前温暖)

第四个寒冷期:14世纪后半叶至19世纪

明、清(明清以来,东南沿海经济飞速发展。)

明清小冰期:有人认为1600年至1644年的干旱和极其寒冷造成了崇祯朝的自然灾害乃至使其覆亡。但客观而言,天灾是明亡的重要的因素,但还不是决定性的因素。赵世瑜先生在《海外学者谈明清为何易代》书内提出了五种解释(1)王朝更替(2)民族革命(3)阶级革命(4)近代化(5)生态灾害。可以认为极端的气候变化造成了生态灾害,进而成为明亡的因素之一。

(资料来源:维基百科)

这幅图是对过去2000年中11种不同的温度重建的比较,颜色较红比较靠前的是近期的重建,仪器记录的温度则是黑色线来表示。很明显,在标着little ice age(小冰期)的时间段,对应的正是明朝末期。在1601年-1644年四十年的时间里,存在两次“八年大旱”的资料记载,粮食短缺,价格飞涨,税赋沉重,民不聊生,据统计由于寒冷和干旱灾年使明末时期的中国人口由一亿减少到七千万。自然灾害导致了经济的崩溃,引发了社会动荡,农民纷纷起义,最终使得明朝覆灭。

对未来的预测:中国气温将继续上升。到21世纪末,可能增温1.3~5.0℃,全国降水平均增幅为2%~5%,北方降水可能增加5%~15%,华南降水变化不显著。未来极端事件增加,暴雨、强风暴潮、大范围干旱等发生的频次和强度增加,洪涝灾害的强度呈上升趋势。海平面将继续上升。

二、全球的气候变化:

我们所处的间冰期气候较为温暖湿润,但是有时候会突然出现冷干气候(即寒冷干燥的气候)。这些突发的冷干气候可能对人类社会造成影响,如新石器时代的气候突变可能成为因人口增加,原有的采集、狩猎无法提供足够资源的人类发展农牧业的动力之一。对于四大文明古国,突发的气候变化与政权更替、社会动乱可能也有一定的相关性。尽管如此,经过科学研究,当代发生重大气候突变的可能性极低,大可不必因此而忧虑。

以更小的时间尺度来讲,在工业革命以来的近现代温室效应和海平面上升明显,全球变暖对我们的影响更大。下图显示自工业革命后,全球的温度有升高的趋势。

1850–2015年全球年平均温度距平(资料来源:WMO)

全球变暖:指的是在一段时间中,地球大气和海洋温度上升的现象,其主要原因可能是温室气体、气溶胶和烟尘、太阳活动、地球轨道变化。通常我们所指主要是人为因素造成的温度上升,如由于人类对能吸收二氧化碳的森林大量砍伐,温室气体(如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等)排放过多所造成的。2013年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告得出结论,“自20世纪20年代中期以来,人类影响极有可能是观察到的变暖的主要原因。”具体如下图所示:

1950年至2014年地球表面温度变化趋势(资料来源:维基百科)

下图显示了世界各地山区冰川的平均厚度变化率,红色为增,蓝色为减,过去50年只有三年平均厚度在增加。冰川退缩其实一直在发生,但近年来明显速度加快。

(资料来源:维基百科)

WMO发布《2011-2015年全球气候报告》称,2011至2015年是有记录以来最热的五年,2015年全球平均温度首次高出工业化前时期温度1℃,2015年二氧化碳浓度首次达到400ppm的破纪录高浓度。全球气候的变化主要有气温升高、海平面上升、北极海冰、大陆冰川和北半球冰雪覆盖面积不断缩小,这些变化被指证实了温室气体导致的长期气候变暖趋势。但是近十年,更令人关注的是带来显著的危害的极端天气的频发。

三、拉尼娜和厄尔尼诺现象

拉尼娜和厄尔尼诺现象是极端天气的罪魁祸首。“厄尔尼诺”一词来源于西班牙语,原意为“圣婴”。厄尔尼诺现象是指赤道中、太平洋东部海表大范围持续异常偏暖(海温距平指数持续6个月高于常年0.5°C以上)的现象。拉尼娜为西班牙语“小女孩”的意思,用以指赤道太平洋东部和中部海表温度大范围持续异常变冷(连续6个月低于常年0.5℃以上)的现象,也被称为“反厄尔尼诺”。

正常情况下的沃克环流与信风的关系

发生厄尔尼诺现象时沃克环流与信风的关系(东南信风减弱)

发生拉尼娜现象时沃克环流与信风的关系(东南信风增强)

(资料来源:澳大利亚气象局)

形成原因:

太平洋上空的大气环流叫做沃尔克环流,在海平面附近形成东南信风。每隔3~7年,当沃尔克环流变弱导致表面被太阳晒热的海水吹不到西部的时候(或者说沃尔克环流圈东移),太平洋东部海水变暖,形成厄尔尼诺现象。反之,沃尔克环流变强,东信风将表面被太阳晒热的海水吹向太平洋西部,太平洋西部海水变暖,气压下降,形成台风和热带风暴,上翻东部底层的海水,东部的海水就会异常变冷,形成拉尼娜现象。

演示动图链接:

一般拉尼娜与厄尔尼诺交替出现,拉尼娜经常出现厄尔尼诺现象之后,且频率低于厄尔尼诺。

厄尔尼诺和拉尼娜现象发生时海水表面的温度异常值

期货日报曾统计,从1959年起计全球已发生8次明显的拉尼娜现象和12次明显的厄尔尼诺现象(明显的拉尼娜现象是指NOAA海洋厄尔尼诺现象指数低于正常水平-1℃,明显的厄尔尼诺现象则指高于正常水平+1℃。)

从1972—1973年、1982—1983年及1997—1998年可见,最强烈的厄尔尼诺现象会在12至24个月内转化为拉尼娜现象。其中1997—1998年与2015—2016年的厄尔尼诺现象强度是史上最强,从下图可见红色和黑色所代表的曲线较为接近,即1997—1998年与2015—2016年的厄尔尼诺现象强度接近。

2015-2016年厄尔尼诺事件海温距平累积值与1982/1983年、1997/1998年对比

(资料来源:国家气候中心)

阶段分析:

厄尔尼诺现象可以分为两个阶段,即形成过程(增温吸热)和消失过程(降温放热)。一般来说在形成过程中,海水温度要上升就得吸热,所以从热带赤道向中高纬度传送的热量减少,导致中高纬地区气温偏低,出现凉夏、多雨洪涝、台风减少等,低纬和赤道附近高温干旱;消失过程中,海水温度要下降至正常水平就得放热,所以从热带赤道向中高纬度地区传送的热量增加,导致中高纬度地区出现暖冬,气温偏高。但是这两个过程中的转折点出现的时点有时不同,研究指出,如果转折点出现在冬季,则带来暖冬,出现在冬季后则可能反而带来寒冬,如1977年的厄尔尼诺现象带来的就是寒冬。以上是整体气候的变化,表现在具体地区则可能只是一个阶段的明显变化。

拉尼娜现象则相反,在形成过程中降温放热,传至中高纬度的热量增加,导致中高纬度高温干旱,台风增加变强,在低纬度地区和赤道附近,导致温度偏低和洪涝;在消失过程中增温吸热,导致中高纬度气温偏低,出现寒冬和汛期的洪涝。转折点不同带来的影响也与厄尔尼诺刚好相反。

由于地球表面的海陆分布并不均匀,气候变化的影响具有地域性的特征,即对于不同位置的国家有不同的影响。

对各国的影响:

2015年厄尔尼诺对全球气候的影响

资料来源:天气网

以2015年的厄尔尼诺事件为例

(1)就国际而言,它形成过程的影响为:导致2014年夏季澳大利亚出现历史性的高温、巴西出现多年难遇的旱灾,南美洲出现洪涝,冬季则是美国中东部暴风雪频发。消失过程的影响为:2015年南美洲的巴西南部、智利和阿根廷北部等地区遭受暴雨洪涝袭击。整体来说, 它使得全球粮食和糖、植物油、乳品等价格大涨,暖冬使得天然气等能源的价格受挫。

(2)就我国而言,这次厄尔尼诺现象形成过程的影响为:导致2014年登陆我国的台风只有5个,少于常年(7—8个)、夏季的降水集中在长江以南地区;消失过程的影响为:导致2014至2015年冬季出现暖冬(2015年1月和2月,全国平均气温均创历史新高)、2015年华南前汛期入汛偏晚、广西、广东等地出现干旱。

对中国气候的影响:

对于中国来说,厄尔尼诺易导致

1、暖冬冷夏。厄尔尼诺现象发生后,因为海水温度降低,海陆间热力差异变小,冬季风减弱,导致我国北方地区冬季容易出现暖冬。而台风减少,夏季风较弱,导致夏季容易出现冷夏。当然,这只是通常情况,有时也会在厄尔尼诺现象发生后出现寒冬。

2、南涝北旱。厄尔尼诺使西太平洋海温降低,大气对流活动减弱,从而使副热带高气压带偏南。因此导致带来降水的季风雨带偏南(位于中国中部或长江以南地区),北方地区夏季容易出现干旱、高温,南方易发生低温、洪涝。近百年来我国的严重洪水,如1931年、1954年和1998年长江中下游地区的洪水,都发生在厄尔尼诺现象出现的次年。

对人类的影响:

极端天气对人类社会总体是弊大于利的。比如重大的工程建设、农业生产都会受到影响。

(1)冬季:

严寒首先导致取暖耗能需求增加(刺激煤炭、天然气等需求、羽绒服等保暖用品销量增加),人们减少室外工作和出行,因此外卖、网购等服务受欢迎-电商营收增加,而建筑工程业的项目会大受影响(进度减缓甚至搁置,施工风险增加),部分国家的观光业受挫(如芬兰)。低温还会使人的身体健康甚至生命安全受到威胁。

其次影响动植物生长,不利于农业(农产品产量减少价格上涨)、不利于畜牧业(严寒使畜禽舍饲期增加,饲料消耗增加,且不能正常生长发育,如掉膘)、不利于林业、不利于工业(严寒天气条件下,生产装置的润滑系统、传动系统以及管道阀门都非常容易产生故障),更不利于交通运输业(路面积雪难行,容易引发交通事故)。但是在暖冬,则恰恰相反。取暖耗能的需求低于严寒时节,对保暖用品需求高峰也相对推迟。

(2)夏季:

高温酷暑首先导致用电量大增,降温产品销量高,人们减少室外工作,容易腐败的商品运输受影响。其次影响动植物生长,不利于农业(例如在温室大棚或在存储运输时会因温度过高,使蔬菜植株的呼吸作用强度高,大量消耗植物制造的有机物)冰雪面积会缩减,进而导致海平面上升,部分地区会有被淹没的风险。

假设海平面上升六米(红色标出)后的世界地图

(资料来源:NASA)

(3)灾害性事件:

发生灾害性事件时人的生命、财富都会受到威胁,灾区的人们工作和生活都受影响;动植物生长也受影响,农作物会减产。因此事前合理的保险显得尤为重要。发生暴雨洪涝、强烈台风时国家需要投入大量资源救灾,交通运输业会受阻,部分产业的供应链也会中断(如2011年拉尼娜引发的泰国大洪水使得苹果和丰田的供应链受挫)。发生干旱缺水时,河流径流量减少,由于没有清洁的水资源而导致的疾病传播也会对人类造成威胁。

(4)政策:政府出台支持低碳经济的政策以减缓全球变暖,并对碳排放进行管控,碳交易市场将日渐成熟。这样一来,受益的有例如参股碳交易所的公司、清洁生产企业(通过低碳生产、开发并出售CCER即中国核证减排量来获益)、清洁新能源企业(风电、光伏、光热等)。

四、极端天气对农产品期货的影响:

厄尔尼诺与农产品期货收益率

很明显在2015-2016的厄尔尼诺现象中,豆粕和瘦肉的回报率超过了以往11次厄尔尼诺时期的平均值,而小麦、豆油等是远低于过往平均值的。

根据期货日报的结论,厄尔尼诺现象越强烈,农产品价格的波动往往越剧烈,而且往往导致农产品价格上涨,而拉尼娜现象往往导致价格下跌。一般来说,大豆产品(大豆、豆油和豆粕)还有玉米对厄尔尼诺现象和拉尼娜现象的反应通常更为强烈。如拉尼娜经常会令美国、巴西南部和阿根廷北部的农产品产量减少,从而推高玉米,小麦和大豆的价格。不同地区的农产品种类和面积不同,库存不同,受到的影响也不同。如美国、巴西南部和阿根廷北部的农产品主要是玉米,小麦和大豆的。降雨有利于冬小麦生长,温暖天气则不利于玉米、大豆和小麦生长。墨西哥湾的产品主要是石油和天然气,美国东海岸的飓风会对其造成影响。

然而,每次极端天气的强度和持续时间不同,对不同区域的农作物影响也不同(主要是温度和降水),例如棉花在不同国家的不同生长阶段时,需要结合种植面积判断总产量。如果按需水多少将棉花的生长分为三个阶段,则播种出苗和吐絮收获需水都较少,现蕾开花需水较多。

未来全球气候:

预期的影响包括全球变暖,海平面上升,降水变化和亚热带沙漠的扩张。随着冰川,永久冻土和海冰的持续退缩,预计在陆地上的变暖程度比海洋更剧烈。还可能有更频繁的极端天气事件,包括热浪,干旱,大雨,洪水和大雪以及由于温度变化而导致的物种灭绝等。

参考文献:

1、维基百科、百度百科

2、《试论第四纪冰期与环境的关系》

3、《中国历史上气候变迁的时空差异性及其影响》

4、《中国近五千年来气候变迁的初步研究》

5、《从大禹治水讲起--中国古代气候变化》

6、《厄尔尼诺/拉尼娜转换对市场的影响》

7、《2015-2016年厄尔尼诺现象回顾》

8、《厄尔尼诺强度创一年来新高将持续到夏秋季节》

9、《重大气候突变会不会发生?》

10、《IPCC气候变化2014综合报道》

11、《厄尔尼诺现象和拉尼娜现象的成因分析和它们对气候变化的影响 》

12、《WMO2015年全球气候状况声明》


来源:搜狐财经 作者:本站编辑 浏览次数:

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