气候科学简史

这是Ed Hawkins的《A brief history of climate science》的译文

气候科学简史

气候变化经常被误认为几年来才有的,事实上早在150年前人类就已经意识到全球气候因人类活动而产生的变化。

在十九世纪二十年代,一名叫约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier)的法国数学家试图弄明白影响地球温度的因素。他通过计算发现,地球曾经应该是一个冰球。

其中最为明显的影响因素,太阳,并不能提供充分的能量融化这个冰球。最初,傅里叶认为必然是地球内部或外太空提供额外的能量,但是这种想法很快被否定了。然后,他意识到这可能与地球的大气圈有关,大气圈刚开始可能是透明的。

气候科学简史
丁达尔的试验装置

1861年,来自爱尔兰的物理学家约翰·丁达尔(John Tyndall )做了个试验,改变了我们队大气圈的认识。丁达尔认为像甲烷和二氧化碳气体吸收热红外辐射,并将热量圈闭在大气圈内。他很快意识到这种效应会影响陆地辐射并使气候发生变化。

虽然这个发现影响深远,但是丁达尔像同时代的其他人一样,更关注是什么控制了冰的年龄,这一问题在1837年被路易斯·阿加西(Louis Agassiz)所提出。

但是这些气体能改变地球的温度多少?1896年,瑞典化学家斯凡特·阿伦尼乌斯(Svante Arrhenius)首次给出了气候敏感度的数值估计,约为4℃。气候敏感度是二氧化碳增加一倍气温的变化量。

当科学家们争论冰的年龄变化因素时,地球正在经历着变暖的过程。从二十世纪二十年代开始,气象学家开始发现全球不同的地区的气候发生了变化。1933年Joseph Kincer认为好多城市的气温都在升高,同时,其他科学家测量得到大气中的二氧化碳浓度在增加,然而一名业余的大气科学家把二者联系到了一起。

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卡伦德(摄于1934年)

基·斯图尔特·卡伦德(Guy Stewart Callendar)是一个蒸汽机师,但对天气非常着迷。他在业余时间搜集了世界各地的温度记录和二氧化碳测量值,并研究了阿伦尼乌斯等人的工作,通过枯燥的计算后首次证明地球表面正在变暖。

1938年,卡伦德把他的分析结果发给皇家大气学会的会员,他说明了地球在过去50年增加了0.3度,而且这主要是由大气中因燃烧化石燃料而增加的二氧化碳引起的。这些会员们认为他的发现很有兴趣,但是并不认为是正确的。

但是卡伦德并未气馁,继续他的研究,他又搜集了更多的证据。然而当他的这一发现被发表后的几年里,激发了查尔斯·基林(Charles Keeling)致力于监测大气中气体的变化。

1961年,卡伦德在更多的数据基础上,更新了全球气温变化值,这一数值与我们今天知道的基本一致。同时,卡伦德认为气温变暖将延缓冰期的到来,使农作物能在高纬度地区生长。

卡伦德研究的原始图件
卡伦德研究的原始图件

自从卡伦德发现二氧化碳导致气温升高后,这一基本认识框架未曾改变过。我们现在坚信,人类活动对全球气温变化产生了重要影响,也明白其会导致的后果。

在2013年第五届政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告显示卡伦德及其同时期科学家的努力是永不会被忘怀的。

 

 

 

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