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竺可楨先生如何看全球變化?

竺可楨先生是著名氣象學家、地理學家、教育家,也是氣候變化研究的先驅。

全球變冷的70年代--杞人憂天

1974年1月1日,竺可楨先生人生的最後一年,他注意到日本《每日新聞》1973年12月13日上有「地球變冷」的消息,在這篇報道里,日本氣象廳預報部的朝倉正、和倉鳴厚兩位學者根據對美國、加拿大和蘇聯氣象部門的訪問,發表報告討論了當時的氣候變冷問題,主要依據有:

1900-2014年全球溫度變化序列,在長期增暖的趨勢上,疊加有明顯的階段性特徵:20世紀前期的快速增暖(1908-1945,多套資料集成趨勢為0.149℃/10年)、20世紀中期的降溫(1940-1976,-0.033/10年)、20世紀後期的快速增暖(1975-1998,0.163℃/10年)和20世紀初的增暖減緩(2001-2012,0.029℃/10年),總平均增溫趨勢為0.797℃/100年,豎直虛線表示幾次大的火山爆發,圖片來自於中科院大氣所的研究Yao et al. (2017)。

對於這個報告,竺可楨先生認為在高緯度如列寧格勒(今天的聖彼得堡)這種地方年平均1℃的溫度變化,根本不算什麼,沒有什麼值得擔心的。對此,他用了「杞人憂天」的典故來評價,引用我國周代諸侯國之一的杞國有個人擔憂天會塌下來,整天為之的擔心而憔悴,用來說明根本不值得為之擔心。

高緯度與中低緯度相比,因為存在北極的放大效應,所以溫度變化比全球平均溫度要高至少一倍以上,因此竺可楨先生認為高緯度1℃的溫度變化不足以證實一個明確的變冷信號。

過了兩周,1月14日,竺可楨得知中央氣象局請來日本氣象學家,當時擔任日本氣象學會常務理事的根本順吉教授來講學,因為根本順吉專門贈送了竺可楨幾本他的著作和相關作品的單行本。竺可楨簽名回贈了他一本《物候學》和《中國五千年來氣候變遷的初步研究》的單行本。

1月15日,他看到了根本順吉的贈送的著作《向冰河期擴展的地球》(日本風濤社東京出版,1973年),在這本書里,作者認為地球正在走向另一次冰河時期(第四小冰期),其根據在於:

對此竺可楨先生的評論是:我在「中國五千年來氣候變遷」一文中指出,相差1℃至2℃,不能影響什麼,年溫度相差4°才能起作用,差8°(高緯度)才能成為冰川時期。

這裡面有個小插曲,根本順吉教授訪問是帶著友好態度來的,他讚美毛主席為偉大詩人,一再希望中日人民友好,並對竺可楨表示敬佩,說竺院長不但是中國的老前輩,也是日本氣象工作者的前輩。在給竺可楨先生贈書時,很體貼地考慮到竺可楨年事已高,擔心視力不好,附帶贈送放大鏡一個。在那個年代外國人贈放大鏡成了件大事,涉及到處理國際上友好饋贈的問題了,由中央氣象局外賓接待部門專門出接待簡報文件「1974年簡字第一期」交給中科院,由中科院再通告竺可楨先生,在那個年代,竺先生只能想辦法把禮物交還。

1974年的春天相當冷,雪也比較多,大寒之後天氣轉冷,連續多日的最高溫度在冰點以下(冰日),2月4日立春,最低溫度降到零下13度,3月3日,最低溫度還在冰點以下。

在70年代,竺可楨沒有用「氣候變化」這個詞,他用的是「氣候變遷」,現在台灣學者也還是喜歡用「氣候變遷」,不過都是climate change的意思,本質上沒有太大的差別。

2018年看全球變暖--來勢洶湧

竺可楨先生視野寬廣深思熟慮,學術地位超然,與著名學者陳寅恪、趙元任,熊十力、蔡元培、胡適等擁有同等崇高的地位,與以上人士交往密切且保持終生的友誼,與李四光、錢學森、茅以升、吳有訓、蘇步青、華羅庚等都是親密的朋友和同事,他的知識領域跨越氣象、氣候、地質、物候、教育等多個領域,並對最新的科技進展保持著深刻的理解和敏銳視角。

如果竺可楨先生在2018年初看過去幾十年的溫度變化,尤其是北極和高緯度地區在過去半個世紀的溫度變化,他一定會認可全球正在走向一個暖的時期,全球變暖正在洶湧的到來。在下面這張從1880年到2016年的全球各緯度逐年溫度異常圖裡,有幾個特徵已經滿足了竺可楨先生對全球溫度和氣候變化的關註:

過去100多年的溫度異常曲線,北極的增溫非常明顯

北極的溫度增加帶來北極地區顯著的冰雪消融,使得北冰洋面開闊起來,海冰的存在具有重要的氣候作用,一方面冰雪反照率高,可以達到0.6~0.8,意味著照射到冰雪上的絕大多數(60%~80%)太陽輻射會被反射回太空;另一方面,海冰的存在隔絕了海洋和大氣,大大減小了二者之間的熱量交換,使得冰層下的海水對大氣的加熱作用大大減弱。

但是當海冰消失後,水體的反照率只有0.02-0.2左右,會吸收絕大多數照射到水面的太陽輻射,反過來水體會加熱整個大氣。這帶來了進一步強大的正反饋機制,即溫度增加-->冰雪消融-->洋面開闊-->反照率降低-->進入海洋的輻射增加-->海溫進一步增加-->冰雪進一步消融……。

過去30年,北極地區的海冰大幅度減少,左圖為80年代平均海冰,右圖為2016年海冰,海冰消融使得航海家從歐洲到亞洲的北極航線越來越成為可能。

進一步,如果一切照常,保持現有的全球溫室氣體排放量節奏不變,繼續增長,數值模式估計:到2100引起的全球平均溫度增幅可以達到4°以上,因為北極的放大效應,增溫幅度會超過全球平均的2倍以上,北極的年均表面溫度變化可達10度以上。

氣候模式預測的兩種排放情形(左圖RCP2.6表示採取強有力措施抑制全球溫室氣體排放情形,右圖RCP85代表著按照現在的排放節奏不做太多改變)下的全球溫度變化。極地的溫度變化幅度是全球平均值的~2倍,在RCP85情形下(按照現在的排放量保持增長,不做太多改變)數值超過10度。

被譽為「民國四大日記」之一的竺可楨日記(1936-1974)包含了豐富的內容

被譽為「民國四大日記」之一的竺可楨日記(1936-1974)包含了豐富的內容

被譽為「民國四大日記」之一的竺可楨日記(1936-1974)包含了豐富的內容

作為嚴謹的科學家,竺可楨先生對氣候變化保持著敏銳的洞察力,一方面不同於那些「天氣變冷喊全球變冷,天熱了喊全球變暖」的騎牆學者,另一方面,他也從來不想當然地認為「氣候本來就是變來變去有一定的周期性」,對二戰後工業發展人類活動導致的氣溶膠的影響保持關注。

氣候變化具有顯著的時間尺度,脫離時間尺度談氣候變化有如雞同鴨講。地球歷史上發生過多次滄海桑田、冰川-酷暑(冰期-間冰期)的變化,但是地球歷史上的變化,其時間尺度往往為百萬年甚至更長,在這個時間尺度上發生物種的「大爆炸」或者「大滅絕」,與最近百年來迅速的增暖完全是不同的時間尺度。如果在21世紀末,地球平均溫度增加4度,那絕對是一次亘古未有的劇變。

以竺可楨先生的洞察力,他當然能夠分別地質期氣候變化和現今我們面臨的氣候變化之間時間尺度的截然不同,他也一定會在80年代注意到全球溫度的新變化、著名的二氧化碳增長曲線(Keeling曲線)、兩極的冰芯鑽探結果、最新的樹木年輪的分析、數值模式的模擬結果,成為國際著名的氣候變化研究的領導者。

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