從1958年莫勞島二氧化碳含量變化
環境氣體循環圖
美國一所石化廠的排煙

全球变暖,或稱全球暖化,指的是在一段時間中,地球大气海洋溫室效應而造成溫度上升的氣候變化,為公地悲劇之一,而其所造成的效應稱之為全球变暖效应

目前學界已有共識認為人為活動導致全球暖化是事實,「全球暖化存在,且人類活動極有可能是導致半個世紀的全球暖化現象的主要原因」這點,在學術界當中是沒有爭議且有著強烈的共識的,超過97%的氣候科學家認為「人類活動極有可能是導致近半個世紀的全球暖化現象的主要原因」。[1]

在1906至2005年間,全球平均接近地面的大氣層溫度上升了0.74攝氏度。[2]普遍來說,科學界發現過去50年可觀察的氣候改變的速度是過去100年的雙倍,因此推論該時期的氣候改變是由人類活動所推動。[2]

二氧化碳和其他溫室氣體的含量不斷增加。[3]正是全球变暖的人為因素中主要部分。據資料顯示[4] ,大氣中一氧化二氮(N2O)的含量比18世紀中葉(1750年)工業革命開始從275ppbv增加到310ppbv,二氧化碳(CO2)的含量從280ppmv增加到360ppmv,甲烷(CH4)從700ppbv增加到1,720ppbv,這些增長趨勢主要緣于人類的活動。燃燒化石燃料、清理林木和耕作等都增強了溫室效應。自從1950年,太陽輻射的變化與火山活動所產生的变暖效果比人類所排放的溫室氣體的還要高。[5][6]這些結論得到30多個來自八大工業國家的研究團體所確認。[7][8]

美國賓州大學科学家夏威夷茂納羅亞峰上设立4个7米高和一个27米高的采样塔,每小时采样4次,分析二氧化碳的变化情况。(如右图)[9][10]

目前全球平均温度的变化,二氧化碳濃度的變化與氣溫上升,實際上並沒有直接的關係,从工业革命开始,二氧化碳的含量急剧增加,虽然植物光合作用吸收了很大一部分二氧化碳,海洋也溶解一部分二氧化碳并固定成碳酸鈣,但空气中二氧化碳的含量还是逐步增加。根据美国弗吉尼亚大学英国東安格里亞大學联合研究的结果,在进入20世纪后半叶,全球温度上升的趋势非常明显,温度变化情况见下图。

全球性的溫度增量带来包括海平面上升和降雨量及降雪量在數額上和樣式上的變化。這些變動也許促使極端氣候事件更強更頻繁,譬如洪水旱災熱浪颶風龍捲風。除此之外,還有其它後果,包括更高或更低的農產量、冰河撤退、夏天時河流流量減少、物種消失及疾病肆虐。預計全球变暖所因致事件的數量和強度;但是很難把這些特殊事件連接到全球变暖。因為二氧化碳在大氣中有50年到200年的壽命[11],很多研究集中在2100年或之前的時間。但是無論氣候變化的成因或結果為何,許多人是非常關心的;對於應付預言後果的政策應該如何實施,引起了全球廣泛的政治爭論、公開辯論及各種學術研究。這些政策討論重點是應該減少還是扭轉未來的暖化及怎麼應付預計的後果。

命名

原則上,「全球变暖」一詞對成因持中立觀點,但是根據大眾的用法,「全球变暖」意味著人類對環境的影響。[12][13]其他組織則使用「人為的氣候改變」(anthropogenic climate change)代表人為因素導致的改變。

歷史

根據不同的重組所展示過去2000年的平均地表溫度。每十年找一個平均值。特別顯示2004年的溫度來作參考。

根據儀器記錄,相對於1860年至1900年期間,全球陸地與海洋溫度上升了攝氏0.75度。自1979年,陸地溫度上升速度比海洋溫度快一倍(陸地溫度上升了攝氏0.25度,而海洋溫度上升了攝氏0.13度)。根據衛星溫度探測,對流層的溫度每十年上升攝氏0.12度至0.22度。在1850年前的一兩千年,雖然曾經出現中世紀溫暖時期小冰河時期,但是大眾相信全球溫度是相對穩定的。

根據美國太空總署戈達德太空研究所的研究報告估計,自1800年代有測量儀器廣泛地應用開始,2005年是地球有温度记录以来第二溫暖的年份,比1998年的年平均地表温度記錄低了0.06摄氏度。世界氣象組織英國氣候研究單位也有類似的估計,曾經預計2005年是僅次於1998年第二溫暖的年份。[14][15]

在人類近代歷史才有一些溫度記錄。這些記錄都來自不同的地方,精確度和可靠性都不盡相同。在1860年才有類似全球溫度儀器記錄,相信當年的記錄很少受到城市熱島效應的影響。從最近的千禧年內的多方記錄所展示的長遠展望,在過去1000年的溫度記錄中可以看到有關的討論及其中的差異。最近50年的氣候轉變的過程是十分清晰,全賴詳細的溫度記錄。到了1979年,人類更開始利用衛星溫度測量來量度對流層的溫度。

在2000年後,各地的高溫記錄經常被打破。2003年8月11日,瑞士格羅諾鎮錄得攝氏41.5度,破139年來的記錄。同年,8月10日,英国伦敦的溫度達到攝氏38.1度,破了1990年的記錄。同期,巴黎南部晚上測得最低溫度為攝氏25.5度,破了1873年以來的記錄。8月7日夜間,德国也打破了百年最高氣溫記錄。在2003年夏天,中華人民共和國上海杭州武漢福州都破了當地高溫記錄[16][17],而中國浙江省更快速地屢破高溫記錄,67個氣象站中40個都刷新記錄。[18]2004年7月,廣州的罕見高溫打破了53年來的記錄。[19]2005年7月,美國有兩百個城市都創下歷史性高溫記錄。[20] 2006年8月16日,中國重慶最高氣溫高達43度。[21]台灣宜蘭在2006年7月8日溫度高達38.8度,破了1997年的記錄。[22]2007年8月16日,日本埼玉縣熊谷市溫度高達40.9度,破了1933年日本山形市的記錄。[23]

成因

過去40萬年的二氧化碳含量與自工業革命的急速飆升;地球軌道的週期性改變(又稱為米蘭柯維奇旋迴)被相信是十萬年的冰河時期循環的背後推動者。

氣候系統的改變來自自然或內部運作及對外來力量的改變作出的反應。這些外來力量包括了人為與非人為因素,譬如太陽活動火山活動及溫室氣體。幾乎所有的氣候學家同意地球近年來已經变暖。近代氣候轉變的成因仍然是活躍的研究範疇,科學界的共識認為人為排放的溫室氣體是全球变暖的主因,對於這點,學界並無爭議。

在地球大氣層排放二氧化碳甲烷,而其他情況不變下,會促使地面升溫,溫室氣體產生天然的溫室效應。如果沒有它,地球溫度會比現在低攝氏30度,使地球不適合人類居住。因此,在支持與反對這套变暖理論之間爭辯是不正確的,反而應該侧重於大氣層中二氧化碳及甲烷含量的增加所產生的最終效果,什麼時候應該促進或什麼時候才同意使之緩和。

舉一個重要的回饋過程的例子,就是冰反照率回饋。大氣層中增加二氧化碳暖化了地球表面,導致兩極冰塊溶解。陸地與開放水域便佔據更多的地方。兩者比冰的反射還要少,所以吸收了更多太陽輻射。這樣使变暖加劇,到頭來促使更多冰塊溶化,循環不斷持續。

因為地球的熱力慣性與對其他間接效應的緩慢反應,地球現今的氣候在不斷增加的溫室氣體下變得不平衡。氣候行為研究指出,縱使溫室氣體維持現今的水平,全球平均溫度可能仍然會上升攝氏0.5至1度。

大气层中的溫室氣體

1980年至2003年,全球主要溫室氣體的趨勢圖
燃料類造成的排放比較

溫室氣體對於太陽的短波輻射來說是透明的。可是,它們卻吸收了來自地球發放的(黑體輻射)部份長波的紅外線輻射。這樣使地球難以降溫。它們能暖化地球多少是以全球暖化勢能作指標。

大氣層中二氧化碳及甲烷的濃度自1750年比前工業化水平(280百萬分率)分別上升了31%與149%。而現在的水平已經長期高於380百萬分率,並即將突破400ppm。從冰芯中提取可靠的數據指出,與過去65萬年的作比較,這是個明顯的飆升。從一些非直接的地質學證據,有理由相信過去4000萬年的二氧化碳含量比較高。在過去的20年中,大約四分之三的人為的二氧化碳排放都是燃燒化石燃料。其他的人為排放都是土地使用方面,特別是砍伐森林[24]

1958年在夏威夷大島海拔約3400公尺的毛纳洛峰上對二氧化碳混合比率展開了最漫長的連續的儀器測量。從此以後,人們發現每年的測量結果不斷攀升,如基林曲線(Keeling Curve)顯示,數值由當初的315百萬分率上升至2006年超過了380百萬分率,升幅大約是21%。[25][26]結果顯示二氧化碳含量在每個月出現輕微季節性變動而整體上全年是不斷上升。

甲烷天然气的主要組成部分,大部分由生物生產和從天然氣管道和其它基礎設施洩漏出來。一些甲烷的生物來源是自然的,譬如白蟻。可是其他來源則是由人類農業活動增加而帶動的,例如稻米的耕種。[27]最近的證據顯示,森林也許是甲烷的來源[28][29]。如果屬實,這會是對天然溫室效應的額外貢獻,而不是人為溫室效應的。[30]

雖然實際的趨勢軌線視乎不確定的經濟、社會、科技及自然發展,預期未來的二氧化碳水平將因為使用化石燃料而持續攀升。政府間氣候變化專門委員會的《排放情況的特殊報告》羅列出很多不同的二氧化碳情況,在2100年可以達致由541至970百萬分率的水平。[31]如果煤與焦油被廣泛地採用,現時的化石燃料儲備是有能力實現這個水平並且在2100年後繼續排放。

於2000年人為排放的溫室氣體的各個組成部分

全球的主要人為排放的溫室氣體是來自燃燒燃料。餘下的大部分來自“短暫的燃料”(生產與運送中耗用的燃料)、工業及農業體增多。生產中的排放。在1990年,他們的比重分別是5.8%、5.2%和3.3%。當前的數據都可以作比較。[32]大約17%來自發電時所耗用的燃料。很少來自大自然與人為生物來源,大約只有6.3%來自農業所產生的甲烷氧化亞氮

正回授效果會導致更多溫室氣體的來源。譬如從西伯利亚永久冻土中的泥煤田釋放的甲烷可能多達7百億噸。[33]注意人類排放的污染物如硫酸鹽氣溶膠有冷卻的作用。雖然被干擾的自然循環可能導致二十世紀中期的溫度記錄中所見的高原,但那些人類排放的污染物在某個程度上也引致同樣的溫度記錄。[34]

其他理論

人類曾企圖測量關於「在過去50年觀察得到的大部分暖化都是由人類活動所致的」的科學公眾輿論程度。 [35]科學雜誌中,加利福尼亞大學聖地牙哥分校的歷史學教授納奧秘·奧勒斯克斯科學資訊機構中的928份科學文獻的摘要中尋找全球氣候改變(global climate change)。他得出結論,當中75%明示或暗示接受了這個公眾輿論的觀點。[36][37]可是,奧勒斯克斯教授並沒有表示多少摘要指出人類導致的暖化效果。

除了這個公眾輿論外,還有其他的假說嘗試解釋全部或部分的全球溫度升高的原因。某些假說如下:

  • 全球溫度升高仍然屬於自然溫度變化的範圍之內。
  • 全球溫度升高是小冰河時期的來臨。
  • 全球溫度升高的原因是太陽輻射的變化及雲層覆蓋的調節效果。[38]
  • 全球溫度升高正反映了城市熱島效應。因為很多都市都在人口稠密或正在擴張的地區。[39]

目前學界的共識是「全球暖化存在,且人類活動極有可能是導致全球暖化的主要原因」,對於這點,學界並無爭議。

太陽變化理論

過去30年的太陽輻射的變化圖

政府間氣候變化專門委員會的第三份評估報告所闡述的模型研究發現最近40至50年的氣候改變並不需要太陽發光度的變動。[40]這些研究發現火山及太陽活動只能影響1950年前的溫度改變的一半,但這種自然力量最近已經被抵消。[41]特別是,自1750年的溫室氣體所推動的氣候改變比同期增加的太陽活動所推動的高出八倍。[42]

有些研究(Lean等人,2002年;Wang等人,2005年)認為前工業時期的太陽發光度比第三份評估報告中所提及的復原紀錄(例如:Hoyt和Schatten,1993年;Lean,2000年)還少三四倍。其他研究人員[43]相信太陽發光度對全球变暖的影響被低估了。他們估計太陽活動促使近來溫室效應的16%或36%。其它人[44]則建議雲層和其他過程的回饋加劇了太陽活動的變動所帶來的影響。如果是真的,太陽活動的變動真的被低估了。從普遍的科學理解來說,太陽發光度變動對歷史上的氣候改變貢獻十分的微小[45]

現在的太陽活動水平是有史以來高點。科學家薩米·索蘭基英语Sami Solanki博士等人認為過去60年至70年的太陽活動是八千年來的高峰期。[46] Muscheler等人則認為過去幾千年都曾經出現類似的高峰期。[47] Solanki博士根據他們的分析斷定了太陽活動在未來的50年會降低的機會率大約是92%。再者,美國杜克大學的研究者在2005年發現過去二十年的改變中的10%至30%可能來自增加的太陽輸出。[48]回顧了現有的文獻,Foukal等人斷定自從1970年代中期太陽輸出的變化很難加劇全球变暖並且沒有證據顯示太陽發光度在這個時期有所增加。[49][50]

目前學界的共識是「全球暖化存在,且人類活動極有可能是導致全球暖化的主要原因」,對於這點,學界並無爭議;而太陽活動的變化,對近幾十年全球暖化的趨勢,並無顯著的影響。[51]

植物、森林资源与全球变暖的關係

全球森林资源是有效防止全球变暖的工具。树木通过光合作用吸收空气中的二氧化碳,生成氧气和糖类。当人类将森林破坏后有一部分会被用作燃料使用用于供暖或是烧制成碳木。在使用的过程中燃烧会产生二氧化碳,增加二氧化碳在大气中的含量,进一步加重温室效应,加速全球气温变暖。因此,一方面减少吸收二氧化碳这种主要温室气体的数量,另一方面又会增加二氧化碳的排放。所以破坏或是不合理使用森林资源是对环境的严重破坏,是全球气温上升的一大诱因。[52]大面積的草原與植物同樣具有吸收二氧化碳與涵養地下水的功能,草原與植物被嚴重破壞的區域同時會造成嚴重沙塵暴,加速草原與植被的沙漠化。

現存大氣中積累的溫室氣體,主要歷史責任國分布

道德、社會及政治爭議

過去幾年以來,大眾對地球暖化的重視程度明顯提升。[53]人們對地球暖化原因的各項科學解釋高度關注,同時引起了政治與經濟上的辯論。雖然貧窮地區,特別是非洲的排放量很微小,但卻面對著全球变暖所帶來的極大風險。[54]同時,美國不滿發展中國家能夠免除京都協議書的約束,並且以這個為拒絕簽署協議書的理由。[55]西方社會中,相比美國歐洲有很多人接納了人類對氣候的影響及努力對抗变暖這些說法。[56][57]應當注意的是,對於「人為造成的全球暖化存在,並正在發生」的事實本身,是有著科學共識且沒有爭議的,獲得有關專家的一致支持的;也就是說,幾乎所有合格的氣候學家都認為,全球暖化存在,全球暖化是近幾十年持續發生的現象,而人類活動是造成此次全球暖化的最主要的原因。

化石燃料組織及公司譬如由菲利普·庫尼英语Philip Cooney及某些智庫競爭企業協會卡托研究所所代表的美國石油學會艾克森美孚利用一些運動來淡化全球变暖的風險[58][59][60][61]環保團體及公眾人物則舉行運動來強調當中的風險。最近,一些化石燃料公司已經減少了淡化運動[62],甚至呼籲制定避免全球变暖的政策。[63]

這個議題促發了關於限制工業的溫室氣體排放對經濟活動的影響的辯論。在美國,對科學證據及報告作政治操控也成了重要的議題。[64][65]其他國家則更會討論為了減排而採取另外一些更潔淨能源時所需要的成本。[66]

其他爭論焦點則在於一些新興工業國家如印度及中國在控制排放的力度應該有多大。2007年,中國的二氧化碳排放量已经超越美國,中國稱因為中國人均排放量是美國的三分之一(2010年),所以在減排上沒有很大責任。美國稱如果他們必要承擔減排成本,中國也要。[67][68]印度也快將成為工業排放的大國之一,將會與中國一樣面對同樣的問題。[69]

影响

受全球暖化影響,在瑞士阿爾卑斯山阿萊奇冰川正在不斷後退。
一千年内北半球温度变化趋势(1000年-1950年每50年一刻度,1950-2000每10年一刻度)。
  1. 由于海洋温度升高,海水體積膨脹,南极格陵蘭的大陸冰川也会加速融化,导致海平面上升,会淹没沿海低海拔地区。例如大洋洲島國圖瓦魯已被水淹沒。全世界有3/4的人口居住在离海岸线不足500公里的地方,陆地面积缩小会极大地影响人类居住环境,甚至可能导致战争。河、海堤的建立,可降低海平面上升的影響,保護地勢低的地區。(要注意,广为流传的“海洋上漂浮的冰川的融化会导致海平面上升”的说法是错误的。根据阿基米德原理,实际上,海洋上漂浮的冰川融化后海平面仍会保持不变。只有当陆地的冰川融化后流入海洋才会改变海平面的高度)
  2. 由于海洋温度升高,水蒸发加快,大量水气被输送进入大气,会导致局部地区短时间内降雨量突然升高,这样暴雨天气就会导致水灾山体滑坡泥石流等更加频繁的发生,位于河流沿岸的城市和位于河流下游的广大地区因此受到洪水的威胁,水灾面积因为短时的强降水而迅速扩大,水土流失问题也比过去更加严峻。
  3. 由于大气温度升高,导致热带传染病向高纬扩散,目前已有热带传染病扩散的迹象。而过去在低温下难以存活的病毒随着冬季温度上升,有全年活动的可能,最近一段时间的监控发现,过去已经得到控制的疾病如结核病等有再度爆发的可能。
  4. 由于大气温度升高,令蒸发量上升,在以往干旱少雨的地区面临更加严峻的考验,而不正确的耕作方法很有可能让以前植物覆盖的半干旱地区失去保护成为半沙漠化地区,从而导致内陆地区沙漠化加速,沙漠有扩大的危险(实际上沙漠化问题已经困扰着东亚和中亚国家,在撒哈拉边界地区更是情况堪忧)。
  5. 由于温度升高,如果食物链中的上层和顶层生物如果不作出相应变动就会严重危机到种群的繁殖和发展,整个生物多樣性会受到威胁,许多物种会加速灭绝的步伐。
  6. 由于两极冰山崩塌,北欧南美近极地的地方温度会迅速下降(因冰溶化有溶化比潛熱,大量冰同時溶化會吸取大量能量以作溶化之用,所以近极地的地方温度会迅速下降),会严重影响当地生态系统,造成不可逆的变化。
  7. 澳洲流行病學家安東尼奧·麥克邁克爾英语Tony McMichael於美國微生物學會的會議上提出警告,表示全球暖化使得多種流行病的流行模式發生改變增加爆發機會[70]
  8. 由於
    能量信息管理預言世界能量和礦物燃料用法在下十年內將上升。

    不少公司和團體組織設法削減全球暖化,為全球暖化的削減與緩和提議了某些戰略戰術,包含:倡導使用生物柴油風能太陽能核融合純電動車混合動力車輛碳稅、人口管控策略等。許多環境小組鼓勵單獨行動抵抗全球變暖,經常瞄準消費者,並且有對氣候變化的業務商業活動。

    京都議定書

    關於參與全球变暖的主要世界性國際協議就是在京都協議書。京都協議書是1997年討論聯合國氣候變化應變中心(UNFCCC),批准這個協議的國家承諾減少排放二氧化碳和其他五種溫室氣體,如果他們繼續增加排放這些氣體,他們就會受到其他國家的譴責。萊比錫宣言於1995年簽訂,大部分科學家認為二氧化碳的增加不足以引致全球暖化。

    科技

    Raymond Kurzweil美國國會軍隊科學顧問委員會面前作證,他在纳米科技科學看到可觀的潛力可解決重大全球性問題,例如氣候變化,即纳米科技可能將全球暖化問題逐漸解決。 Raymond Kurzweil在其於2012出版之作品How to Create a Mind一書中預測,以科技進步的速度,屆西元2040時的人工智能將強大到足以解決全球暖化。

    陰謀論

    目前學界的共識是「全球暖化存在,且人類活動極有可能是導致全球暖化的主要原因」,對於這點,學界並無爭議;但有些人認為全球暖化乃是一場騙局甚至是一場陰謀。

    2013年4月2日,根據一家專門分析政治動向的美國機構 — 公共政策民調基金會所做的調查顯示,有37%的美國民眾投票認為,全球變暖是一場騙局[71]羅格斯大學社會學教授泰德·戈澤爾英语Ted Goertzel指出,參與全球變暖研究的科學家和機構是全球科學陰謀的一部分,是他們進行操縱性的一場騙局[72]。有關陰謀的指控,最引人注目的是氣候研究小組電郵爭議,駭客證明負責研究全球暖化的研究員在篡改數據[73]

    美國作家、製片人格林·貝克將宣揚全球暖化的聯合國、前美國副總統艾爾·高爾納粹黨相提並論,批評全球暖化的宣傳運動等同於納粹黨對猶太人的運動。他表示:「這和希特勒用的是同樣戰術,你必須有一個敵人作為目標,當你弄出一個假的敵人讓大家感到威脅,你就可以團結整個世界當你的靠山,讓你順利奪取權力。希特勒的計劃就是將猶太人當作敵人,高爾和聯合國的敵人就是全球暖化這個假議題」[74]

    澳洲總理東尼·艾伯特的首席商務顧問莫里斯·紐曼英语Maurice Newman也表示:「有95%的氣候模型都告訴我們,人類排放的二氧化碳導致災難性的全球暖化,聯合國堅持要求世界各國,每年花費數千億美元來應對無效的氣候變化政策。我想說的是,全球暖化議題是『新世界秩序』的一件工具,這跟事實或邏輯無關,而是聯合國控制下的『新世界秩序』,他們用偽造的科學數據欺騙我們[75]」。

    相关國際公約