物理气候学其实是一门比较新的学科,虽然关于温室效应的假说已经至少一百多年甚至两百年了。最早考虑这个问题的现代科学家是法国人傅立叶,就是那个傅立叶变化的傅立叶。他意识到光凭太阳光,地球表面温度应该要冷很多,于是他提出几个假说,其中一个就是地球表面有一种insulator,也就是好像被盖了绝热材料。虽然他并没有具体指出是什么东西做这个insulator,但他对于问题的思考,路子是非常清晰而科学的。其后,法国物理学家,特别是爱尔兰人John Tyndall比较准确的测量了大气里各种气体对于红外辐射的吸收。这种测量给予温室效应(greenhouse gas effect)假说非常有力的实际证据和机理。这里简单说明一下这个温室效应的物理原理。考虑地球作为一个整体,它的能量平衡的天平两边是对于太阳光的吸收还有自己对宇宙空间的红外辐射。红外辐射是地球损失能量的主要渠道,这种辐射和温度的四次方成正比。现在考虑地球的大气,如果没有大气,地球表面的红外辐射无损失的跑走,那么我们地表的平均温度差不多是零下十八度。显然这和事实不符,因为我们现在活的都好好的。原因就是因为有了大气里的温室气体,他们既然可以辐射红外线就可以吸收。有了它们,地球损失的能量不变,也就是辐射温度不变,但这些温度出现在大气的高层,我们知道大气里面,越高就越冷。温室气体安静的在高冷处辐射能量保持地球能量平衡。同时,它们也吸收来自地球表面的红外辐射而保持自己的温度不变,于是,地球表面的温度可以维持在一个比较高的点,却不至于让地球能量失衡,因为这个高温辐射的很大一部分被温室气体吸收,而温室气体在低温辐射能量到外太空同时它们也把一部分能量以红外辐射的形式还给地表,最后的动态平衡结果就是地表由于 有太阳和温室气体红外辐射两个能量来源而保持高温,地球能量平衡由温室气体和地表红外辐射穿透温室气体的那部分共同维持。
图片关键词: 19 Century Great smog London大量污染物在热岛中心聚集,浓度剧增,直接刺激人们的呼吸道粘膜,轻者引起咳嗽流涕,重者会诱发呼吸系统疾病,尤其是患慢性支气管炎、肺气肿、哮喘病的中老年人还会引发心脏病,死亡率高,如英国伦敦在1952年12月份,因为这个原因死亡4000余人。
1992年“联合国环境与发展会议”(又称为“地球高峰会”)上,155个国家签署了《联合国气候变化框架公约》(The United Nations Framework Convention on Climate Change,UNFCCC)。《联合国气候变化框架公约》是世界上第一个为全面控制温室气体排放,以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约,也是国际社会在对付全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。
清洁发展机制(Clean Development Mechanism,CDM)要求发达国家限制温室气体的排放,并向发展中国家提供资金和技术援助。《京都议定书》规定,从2008年到2012年期间,主要工业发达国家要将二氧化碳等6种温室气体排放量在1990年的基础上平均减少5.2%,而发展中国家在2012年以前不需要承担减排义务。同时,根据《京都议定书》建立的清洁发展机制(CDM),发达国家如果完不成减排任务,可以在发展中国家实施减排项目或购买温室气体排放量,获取“减少排放量”作为自己的减排量。清洁发展机制不但具有抑制温室气体排放的功能,还能为参与国带来巨大商机,所以成为各国政府与企业重点发展的工作。CDM项目必须满足:(1)获得项目涉及到的所有成员国的正式批准;(2)促进项目东道国的可持续发展;(3) 在缓解气候变化方面产生实在的、可测量的长期效益。参与CDM的国家必须满足资格标准。所有的CDM参与成员国必须符合三个基本要求:自愿参与CDM;建立国家级,CDM主管机构;批准《京都议定书》;此外,工业化国家还必须满足几个更严格的规定:完成《京都议定书》第3条规定的分配排放数量;建立国家级的温室气体排放评估体系;建立国家级的CDM项目注册机构;提交年度清单报告;为温室气体减排量的买卖交易建立一个账户管理系统。
[2009年11月20日] 在距离联合国哥本哈根气候峰会(12月7日)还有一周时间的时候,一名黑客窃取英国东安吉利亚的大学 University of East Anglia's (UEA) Climatic Research Unit (CRU) 的气候研究中心里,世界顶级气候学家之间交流的上千封电子邮件内容,也由此窥探到过去十几年里气象专家们之间私下的思想交流。黑客把电子邮件公之于众,并声称从邮件中可以看出,这些气象专家研究并不严肃,他们甚至篡改对自己研究不利的数据,以证明人类活动对气候变化起到巨大作用。换句话说,人类活动影响气候这一说法,也许是谎言和欺骗!这让反对“人类影响气候”说法的人感到非常兴奋。这一事件在整个世界引起讨论和争论,并被媒体称为气候门。上升成为了一场大有背景的科学阴谋,让气候界,科学界陷入巨大的信用危机。
From: Phil Jones. To: Many. Nov 16, 1999 "I've just completed Mike's Nature [the science journal] trick of adding in the real temps to each series for the last 20 years (ie, from 1981 onwards) and from 1961 for Keith's to hide the decline."
反对者认为,这里东英吉利大学气候研究小组的主任Phil Jones企图暗示同事自己随意篡改数据从而“掩盖全球气温下降”的真相,并称,这种“把戏” 早在很久之前就被 Michael Mann (Pennsylvania State University) 使用在一篇发表在Nature的著名气候著作中。Michal Mann,美国物理和气候学家,任职于美国宾西法利亚州立大学。 1998年,和Raymond S. Bradley还有Malcolm K. Hughes 共同发表了一篇名为 Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries的文章,其中包括了这张因为形状特别像曲棍球帮而被广泛成为"hockey stick graph" 的“曲棍球棒”图。图片显示了地球气温在在1000年的全球气温变化,如图,前九百年气温变化成直线,稳定平缓,却在二十世纪末期,工业革命后急剧升高。由此 引发了世界对“人为活动导致全球变暖”的广泛关注。上面说过,这篇文章发表在自然杂志,是一篇被气候界广泛引用的权威文章,此封Email 用“把戏”来称呼这篇文章的数据处理方式,让气候界的信用遭到质疑。
图片:著名的Michal Mann和他的Hochey sitck graph。
(B)
From Phil Jones To: Michael Mann (Pennsylvania State University). July 8, 2004 "I can't see either of these papers being in the next IPCC report. Kevin and I will keep them out somehow — even if we have to redefine what the peer-review literature is!" 我觉得我不会看到这些文章在IPCC的杂志上发表。
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change),是由世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)建立的政府间气象组织。由来自120多个国家的几千名各界科学家参与主要工作是编写气候报告提供科学技术建议给国际社会,各国政府,帮助其制定决策方针。 IPCC由IPCC panel (监督委员会也是法人),Secretariat(秘书处), Bureau,和三个working group 组成。Working group I, II, III (每个working group有两个联席主席,一个来自发达国家,一个来自发展中国家,还有几个技术支持小组组成Working group I研究气候体系和变化,Working group II 研究自然和人为因素对气候的影响,working group III 专门研究减排方案)。监督委员会是由各国政府和国际组织拍出的懂行的代表组成的,而 非政府组织和政府间合作组织只能以旁观监听的形式出席。IPCC的报告,由各国政府选出的科学家通过层层审核而做出。IPCC不自己开展科学研究, 而是根据搜集评定综合已经发表的学术著作而得出结论和提出建设意见。
(C)
From: Kevin Trenberth (US National Center for Atmospheric Research). To: Michael Mann. Oct 12, 2009 " The fact is that we can't account for the lack of warming at the moment and it is a travesty that we can't... Our observing system is inadequate" 内部质疑承认证据不足
(D)
From: Michael Mann. To: Phil Jones and Gabi Hegerl (University of Edinburgh). Date: Aug 10, 2004 "Phil and I are likely to have to respond to more crap criticisms from the idiots in the near future. 称呼质疑者和反对者为垃圾和智障
[2009年11月23日]
也就是在哥本哈根会议前两星期,Muir Russell技术调查委员会成立,对CRU email事件展开调查。调查委员会由与CRU以及IPCC没有任何关系的学者组成,主席Muir Russell(前公务员,爵士,前格拉斯哥大学校长、苏格兰司法任命委员会主席)。调查委员会的其他成员有:Philip Campbell(Nature杂志主编), Professor Geoffrey Boulton ( 前爱丁堡大学副校长、爱丁堡皇家社科协会、苏格兰皇家名誉教授);Professor Peter Clarke (前苏格兰National eScience Centre主席); David Eyton (BP(British Petroleum)英国石油集团公司研究技术组首席执行官); Professor Jim (Norton BCS副主席)。很多气候界的科学家和组织,政府部门表示支持UEA并宣称这次这次调查根本不必要(investigation is unnecessary)
[2009年12月1日]
Phil Jones辞职。
[2009年12月4日]
英国首相Gordon Brown秘书发表声明
"The approach of the climate saboteurs is to misuse data and mislead people. The sceptics are playing politics with science in a dangerous and deceitful manner. There is no easy way out of tackling climate change despite what they would have us believe. The evidence is clear and the time we have to act is short. To abandon this process now would lead to misery and catastrophe for millions.” 气候变化攻击者的做法是滥用数据和误导人。怀疑论者在以危险和欺诈地方式对科学玩弄政治。不管他们怎样混淆视听,气候变化不是可以轻易针对污蔑的。气候变化的证据是清楚的,而可供我们采取行动的时间很短。如果现在放弃,可能会对我们导致痛苦和灾难。
[2010年1月12日] 英国科学技术委员会 (Science and Technology Committee) 宣布对UEA和CRU 邮件和数据共享方面进行调查
[2010年1月27日] 英国咨询委员办公室ICO副专员Deputy information commissioner Graham Smith声明说从被公开的CRU与其他科学家之间的邮件没有做到英国信息公开法free of information(FOI)的要求。
“There was nothing to suggest a cover-up by climate scientists at the University of East Anglia.没有任何证据指向UEA的隐藏数据 ”“The scientists have not hidden the data. If you look at the emails, there is one or two bits of language that are jargon used between professionals that suggest something to outsiders that is wrong. In fact, the only problem there has been is on some official restrictions on their ability to disseminate data, otherwise they have behaved as researchers should. 科学家没有隐藏数据,如果你阅读那些邮件,你会发现只有极少的部分专业对话可能会让外行觉得那是错误的,唯一可能成问题的只是一些官方对于数据传播的限制,除此之外他们表现出一个研究者应该有的样子。”
[2010年3月1日] 英国科学技术委员会 (Science and Technology Committee)对 Phil Jones为首的CRU(UEA)的研究者进行公开提问。
[2010年3月31日] 英国科学技术委员会 (Science and Technology Committee) 批评了UEA大学的信息封闭保留氛围“culture of withholding information”但是委员会没有谴责Phil jones。 委员会称当Phil jones和CRU处理被要求数据共享的情况时,大可以做得更专业。UEA和CRU的科研声誉因此失误而失去光泽。
[2010年4月14日]
Lord Oxburgh (牛津大学毕业,普林斯顿大学phd毕业,曾于牛津供职,前剑桥大学皇后学院院长earth science 系主任,斯坦福访问教授,英国帝国理工前校长,英国国防部Ministry of Defence首席顾问) 通过对邮件时间的调查就此事件发表声明:
“absolutely no evidence of any impropriety in the emails, the basic science seems to have been done fairly and properly”(真心没有任何证据证明这些邮件有任何不妥,CRU这群人很妥当的做好最基本的科研工作)
David Hand, a statistician at Imperial College London, who sat on the enquiry panel, said
The CRU scientists, had been naive over their use of statistics, but there was no evidence that the better techniques would have produced different results. (帝国理工统计学家在听证会上说CRU很天真,但是没有更好的技术来产生更好的结果了。)
[2010年7月7日] Muir Russell调查委员会的结论:
“Climate science is a matter of such global importance, that the highest standards of honesty, rigour and openness are needed in its conduct. On the specific allegations made against the behavior of CRU scientists, we find that their rigour and honesty as scientists are not in doubt” (对于气候变化这一严肃课题,CRU研究者们显示了他们作为科学家应有的诚实和严格这一点是毋庸质疑的。)
一 共有八个组织对Muir Russell调查委员会的结论做出了调查了并得出没有证据说明CRU伪造数据的结论,这八个组织是 House of Commons Science and Technology Committee (UK); Independent Climate Change Review (UK); International Science Assessment Panel (UK); Pennsylvania State University first panel and second panel (US); United States Environmental Protection Agency (US); Department of Commerce (US); National Science Foundation (US)
[事实真相总结]
The Climatic Research Unit (CRU)是隶属于英国东英吉利亚大学UEA的一个世界顶尖认为气候变化的机构。此研究机构最显著的研究结果是和英国气候局Hadley Centre 合作的全球地表温度记录。这份全球气温记录追溯到了1850年。其中CRU负责搜集模拟陆地部分的温度记录而Hadley Centre负责搜集模拟海洋部分的温度记录。这组数据记录为:HadCRUT,囊括了1871到1998年,从北纬65度到南纬35度之间区域分散分布 的气温数据,并通过把地球网格化而赋予这些不同的气温记录点不同的影响度而建模得到结果,于1998年发表在了Climate Monitor。
2001 17国学术界签字,在Nature上发表联合声明支持IPCC在气候变化共识上的权威性。The statement was signed by the science academies of Australia, Belgium, Brazil, Canada, the Caribbean, China, France, Germany, India, Indonesia, Ireland, Italy, Malaysia, New Zealand, Sweden, Turkey, and the United Kingdom.
2005 11个G8国包括世界最大三个温室气体排放发展中国学术界签字,一份对全球气候变化的回应:支持IPCC和同意应当采取迅速行动, The statement stresses that the scientific understanding of climate change is now sufficiently clear to justify nations taking prompt action, and explicitly endorsed the IPCC consensus. The eleven signatories were the science academies of Brazil, Canada, China, France, Germany, India, Italy, Japan, Russia, the United Kingdom, and the United States.
2007 , 13国家联合确认自己的声明,表示:气候变化是明确的,并且非常有可能是人类原因造成。如果不采取行动,这些气候变化会对我们产生环境危害。"It is unequivocal that the climate is changing, and it is very likely that this is predominantly caused by the increasing human interference with the atmosphere. These changes will transform the environmental conditions on Earth unless counter-measures are taken.“ The thirteen signatories were the national science academies of Brazil, Canada, China, France, Germany, Italy, India, Japan, Mexico, Russia, South Africa the United Kingdom, and the United States.
2008-2009也发表过类似声明
2010 来自斯坦福大学,多伦多大学和其他几个大学的教授在美国著名学术期刊 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States (PNAS)发表了一篇名为Expert credibility in climate change的文章,调查了1372 名气候学家的著作和引用之后得出了以下结论:97–98% of the climate researchers most actively publishing in the field support the tenets of ACC (Anthropogenic Climate Change) outlined by the IPCC
各国其他科学行业对IPCC和气候变化支持和发表各种声明的有:Inter Academy Council, European Academy of Sciences and Arts, International Council of Academies of Engineering and Technological Sciences, Network of African Science Academies, Royal Society of New Zealand, Royal Society of the United Kingdom, Polish Academy of Sciences, National Research Council (US), American Association for the Advancement of Science, American Chemical Society; American Institute of Physics; American Physical Society; Australian Institute of Physics; European Physical Society; European Science Foundation; Federation of Australian Scientific and Technological Societies; American Geophysical Union; American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, and Soil Science Society of America; European Federation of Geologists; European Geosciences Union; Geological Society of America; International Union of Geodesy and Geophysics; American Meteorological Society; Australian Meteorological and Oceanographic Society; Canadian Foundation for Climate and Atmospheric Sciences; Canadian Meteorological and Oceanographic Society; Royal Meteorological Society (UK); World Meteorological Organization; American Quaternary Association; International Union for Quaternary Research; American Association of Wildlife Veterinarians; American Institute of Biological Sciences; American Society for Microbiology; Australian Coral Reef Society; Institute of Biology (UK); Society of American Foresters.; The Wildlife Society (international); American Academy of Pediatrics; American College of Preventive Medicine; American Medical Association; American Public Health Association; Australian Medical Association; World Federation of Public Health Associations; American Astronomical Society; American Statistical Association; Engineers Australia (The Institution of Engineers Australia) ; International Association for Great Lakes Research; Institute of Professional Engineers New Zealand; World Health Organization; American Association for the Advancement of Science ,; US National Academy of Sciences
NASA’s GISStemp, 美国航天局和NOAA合作通过利用Global Historical Climate Network-Monthly (GHCN-M),International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (ICOADS) 数据,使用Extended reconstructed sea surface temperature (ERSST) analysis.方法得到地球表面平均温度,(后来美国航天局又开始采用卫星标记来记录温度)
The Hadley Center’s HadCRU, 就是这次邮件门的英国东安吉利亚大学CRU和英国气象局Hadley中心合作的项目,方法同NASA一样
Remote Sensing Systems’ RSS,这是一个美国加州的公司,提供的卫星气温记录被广泛引用 and The University of Alabama, Huntsville’s UAH.美国阿拉巴马大学是第一个通过卫星来建立全球气温模型的研究机构。
第一种气候站数据搜集方法存在数据分布不均,覆盖面不广的问题,而科研机构要做的就是通过建模除掉这些不利因素如把世界地理上网格化,计算每个不同气候站的影响因素。第二种卫星温度记录也不是什么万能的好东西,卫星是不能直接测量温度的,他所做的就是测量低层大气中的氧分子含量,因为氧分子含量和气温是成正比的。首先这就是一种间接手段,其次,这个低层对流层的温度应该是要比地表高的。要用来和以前气温比较,也要引用各种模型。而整体上,这两种方法要和古代温度比较,也都要通过计算。这也就是为什么其实全球数据来源就只有那么几个,但是由于算法的不一样,会出现各种结果。再举一个例 子来解释这个就是比如气温,阳光,冰层厚度等等这些都是根据季节变化的,不仅是这个,没几年,还有什么厄尔尼诺现象,太阳周期等等,当我们比较很长一段时期的地球环境变化,就要消灭季节和周期的影响,这里面存在各种模型了。这也就是你没有办法找到一个什么标准的东西。主要建模方法有:Calculating anomalies(NASA and Hadley/CRU用这个方法); Common Anomaly Method (CAM)(NOAA用这个方法建立NCDC的气温图); Station Method (RSM) and the First Differences Method (FDM).
The Greenland Ice Core Project (GRIP)was a multinational European research project, organised through the European Science Foundation. Funding came from 8 nations (Belgium, Denmark, France, Germany, Iceland, Italy, Switzerland, and United Kingdom), and from the European Union. GRIP successfully drilled a 3028 metre ice core to the bed of the Greenland ice sheet at Summit, Central Greenland from 1989 to 1992 at 72°35′N 37°38′W.
There was a follow-up U.S. GISP2 project, which drilled at a glaciologically better location on the summit of the ice sheet, produced an ice core 3053.44 meters in depth, the deepest ice core recovered in the world at the time
European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) is a multinational European project for deep ice core drilling in Antarctica. Its main objective is to obtain full documentation of the climatic and atmospheric record archived in Antarctic ice by drilling and analyzing two ice cores and comparing these with their Greenland counterparts. This site (75°06′S 123°21′E, 3233 m above sea level, 560 km from Vostok Station). Drilling was completed at this site in December 2004, reaching a drilling depth of 3270.2 m, 5 m above bedrock. Information about the core was first published in Nature on 2004/June/10