临界点:为什么我们也许不能逆转气候变化

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更新于 Thu Jun 03 2021

什么是临界点?

想象把一个球滚上山坡。当你在上山时,如果你把球推上去一点,它会轻易地滚回你的手中。

然而,一旦你把球滚到山顶,它就会一直滚,而你将会失去它。在这里,山顶就是“临界点”,在这一点,如果你轻轻地推一下球,它就会从你身边滚开且不会停止!

临界点的类比

通常,我们的地球系统的行为方式与山脚下的球相似——如果我们稍微改变它们,给它们一点推力,它们最终会回到它们的自然状态。然而,如果我们使地球系统发生了很大的变化(比如向大气层大量排放温室气体),球就会移动到山顶,所以任何一点额外的推力都会引起巨大的不可逆 的变化。这被称为“临界点”

跨越一个临界点 是不可逆转的,因为你不能简单地通过撤销小的变化回到初始状态。它会引发一种不可避免的变化,这种变化可能是突然的,也可能发生在数年以后

我们有没有越过什么临界点?

直到最近,科学家们还认为在本世纪我们不太可能通过任何全球范围内的气候临界点。然而,现在有越来越多的证据和共识表明,我们比我们想象的更接近临界点

一些临界点地图

临界点1: 厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)

通常在南太平洋有强风从南美向西吹到澳大利亚。这些推动温暖的表面水向西,导致来自深海的冷水在东部上升

强大的西风

温暖的表面海水导致空气上升,导致更多的云和降雨在西部,因此,大气中有空气流动。这种气流增强了强风

稳定的空气流

那么厄尔尼诺从何而来呢?大约每2-7年,由于南太平洋表面压力分布的不寻常变化,西风开始减弱。

较弱的西风

你认为接下来会发生什么?


由于风力减弱,温暖的海水向西流动的动力减弱,所以向东流动的冷水就会减少,相反,太平洋中部就会有温暖海水

厄尔尼诺气流

这就是厄尔尼诺现象,它引起了大气中风和空气运动模式的变化,并对全球产生影响。这包括印度尼西亚、印度和巴西部分地区干旱的增加,以及秘鲁洪水的增加。2015 - 2016年厄尔尼诺事件期间,造成超过6000万人难以获得足够食物。下面的地图显示了在厄尔尼诺事件期间我们可以预期的天气模式:

厄尔尼诺对降水的影响

如果全球变暖导致海洋吸收更多的热量,温暖的表层水层可能会加深,以至于厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)将超过一个临界点。这将导致厄尔尼诺事件永久地变得更加严重和频繁。能够将厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)推向临界点的全球变暖很可能在本世纪发生,其影响将在未来一千年感受到

厄尔尼诺现象不仅会增加秘鲁的洪水,还会增加亚马逊地区的干旱。这使得我们更有可能跨越下一个转折点

临界点2: 亚马逊雨林的消失

你认为什么会导致亚马逊越过一个临界点?


亚马逊非常大,每年向大气中释放超过8万亿吨水!这发生在一个叫光合作用 的过程中,树木结合来自地面的水和大气中的二氧化碳来制造它们的食物。为了从大气中吸取CO₂,树木必须在叶子上开小洞,但这意味着大量的水会逸散。这些水进入大气层,形成云,使空气保持凉爽,为树木的生长创造更多的雨水

树木与水循环

因此,随着大量树木的消失,进入大气的水会越来越少,因此随着 水循环的破坏,亚马逊地区会变得越来越干。这已经发生在亚马逊的南部和东部,至少在过去的二 十年里,那里的旱季变得更长了

全球变暖将加剧这种破坏。伴随着森林砍伐,会导致森林火灾增加,区域干旱和洪水,破坏生物多样性

当水循环被严重破坏,森林地区无法产生足够的雨维持热带雨林的生长,此时亚马逊将会通过一个临界点。.它将永久消失,并退化为热带草原

亚马逊临界点

如果我们仅通过全球变暖来衡量临界点,许多研究表明,温度必须上升4摄氏度,才会导致亚马逊 热带雨林 的中部、南部和东部越过临界点

然而,如果考虑到森林砍伐造成的干燥效应,一些人认为临界点将出现得更早,在森林砍伐 20-40%的时候临界点就会出现。这尤其令人担忧,因为自1970年以来,我们已经砍伐了17%的亚马逊雨林

临界点3: 夏季北极海冰消失

你认为北冰洋的冰量一年到头都是恒定的吗?


并非如此——事实上,每年3月到9月,约有900万平方公里(约为总冰层的一般)冰层融化,但在冬天又重新结冰

然而,在1979年至2018年,一年中每个月的冰量很有可能都在减少。在过去的1000年里,9月经历了最显著的冰盖变化,自1979年以来,每年损失约8.3万平方公里的冰盖!你可以从下图中看出其中的重要性

9月北极冰川的消融

你认为是什么导致北极海冰比预期融化得更多?


增加的冰融化是由夏季高温引起的,也由于反馈循环 造成的。这意味着冰的融化会导致更多的冰融化。随着冰的融化,更多的海洋表面显露出来。海洋表面的颜色比冰深,所以它吸收更多的阳光。因此,冰融化的越多,海洋表面就变得越热,更有可能有更多的冰融化!

冰层融化的反馈循环效应

当气温过高以至于海冰进一步融化控制不住时,北极海冰将会越过一个临界点。这将导致在未来的某一时刻,北极夏季将不再存在海冰。这是气候模型预测 发现的最突然 也是最有可能出现 的临界点之一。

科学家预测,若全球气温上升2℃,则2100年夏季无冰的情况将不可避免,这种情况发生的可能性在10%-35%。更糟糕的是,近期北极海冰的流失远高于明显高于气候模型预测的结果,因此跨越夏季海冰临界点的时间可能会比模型预测的时间更早。一些科学家认为我们已经跨越了这个临界点

北极冰层的流失会对当地野生动物以及本土居民的食物、用水安全造成严重危害。北极冰层流失也可能影响北半球大部分地区的天气模式,影响更多人,然而科学家们并不完全确定这种关系的动态变化

临界点4: 南极和格陵兰冰原正在融化

另一个与冰有关的临界点是格陵兰岛和南极洲的冰盖融化。冰原是陆地上巨大的冰层;如果他们失去太多的冰,他们将会通过一个临界点,从而不可能阻止剩余的冰融化。这将导致未来几百年海平面上升数米

我们将在海平面上升一章中对此进行更详细的讨论!

我们能相信对临界点的预测吗?

由于缺乏数据和气候模型在表示这些过程中所面临的困难,对于2100年之前是否会有任何临界点存在争议。因此,对某一特定临界点的预测被越过包含了很多不确定性

你认为我们应该如何改进预测?


虽然目前最好的气候模型可以考虑许多气候突变,但一些过程仍然无法解释。例如,一些模型不包括导致冰原崩塌的反馈循环或那些造成植被破坏的反馈

冰原和植被反馈循环很可能对未来几个世纪的临界点产生更重要的影响,因为它们的响应相当缓慢,所以我们不会立即看到它们的结果。它们被排除在模型之外意味着可能会有更多的陆基临界点

更多的反馈循环,更多的临界点

结论

许多科学家认为,全球变暖2摄氏度是防止临界点被越过的安全限度

然而,最近,该领域的领先科学家说,我们应该把全球变暖控制在2摄氏度以下,以避免越过任何临界点。事实上,当测试37个潜在的临界点时,气候模型预测在2摄氏度以下会越过18个临界点。(请记住,我们已经使地球变暖了1.1摄氏度)。

这种风险会扩大,因为许多专家认为,在大多数情况下,一旦一个临界点被越过,另一个临界点更有可能被越过,这意味着多个临界点可能同时发生。就像引发连锁反应一样!

因此,科学家们正在敦促国际社会立即对不可持续的做法(如燃烧 化石燃料和砍伐森林)采取行动,以避免出现临界点的风险

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