主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？一 IPCC评估报告 -- 橡树村
家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？一 IPCC评估报告 最近气候变化这个话题很热，不过看看七嘴八舌的，感觉对气候变化有清晰了解的罕见。也难怪的，这个话题涉及到的学科非常广泛，个人的知识面总是不够用的，并且这也是一个非常容易政治化的课题，争议很多，帽子很多的。
其实目前科学界所讲的气候变化，还是有比较清晰的描述的，其缘由、发展、观测、推演、解释、预测，有一整套的描述。这些内容，集中体现在IPCC定期发布的气候变化评估报告里面。我打算系统介绍一下IPCC第四次评估报告。无论支持也好，反对也好，政治化也好，神化也好，了解一下作为支持气候变化的观点的最完整地论述，总是没坏处的。我是建议抨击气候变化的人至少要看看这个报告的，攻击的时候好有个明确的目标。
可能不少参与过这个话题讨论的都没听说过IPCC。IPCC的全称是政府间气候变化专门委员会，创立于1988年，有两个东家，一个是世界气象组织，一个是联合国环境规划署。创建这个组织的目的，是要提供一个关于科学认识气候变化问题的权威性的国际声明。也就是说，IPCC要定期发表关于气候变化的起因、影响及可能的对策的评估报告，而这个评估报告，IPCC自称是目前有关这一论题的最全面、最新的报告。这个评价究竟如何，希望看完了这个系列以后，大家自己能大致有一个判断。
参与IPCC报告编写的人很多。2007年出版的目前最新版的评估报告，有来自130个国家的2500人参与了报告的编写工作，有不少是相关领域的最优秀的科学家。这里面直接进行编写的有一部分，另有一部分专门进行评审，提意见，最后，还有来自113个国家政府的代表进行评审。IPCC自称是根据科学原则来进行报告编写的，这些原则，后面会慢慢有介绍，大家可以自己进行判断。2007年出版的报告是第四次，简称叫做AR4，之前还有三个。第一次报告FAR出版于1990年，直接影响了1992年联合国气候框架公约的签订。第二次报告SAR出版于1995年，直接影响了1997年的京都议定书。这两个东西，都是目前国际间进行气候变化相关谈判的基本架构。这里可以看出这份评估报告的政治地位和影响力。第三次报告TAR出版于2001年。研究总是有新东西出来的，方法也是在发展的，所以很多东西，不同版本给出的结论也是有出入的。一些值得指出的，会在文字里面列出，不过我不会专门比较不同版本的内容。
IPCC作这个评估报告，并不进行直接的研究，也不资助相关的研究，也不直接分析数据，只对公开发表的文献进行综述。这样，按照IPCC的理解，可以更加客观的评价最新的研究进展。我是接受这个说法的。因为使用的资料都是公开的，那么只要其资料选取过程合理，综述内容合理，分析方法透明，那么其结论就可以反映相应领域的最新研究结果。IPCC的分析方法是公开透明的，对其结论有疑问，也就可以在纯科学的角度讨论问题，比如批评其资料的筛选方法，批评其分析方法，等等。当然也有人对此提出异议，认为这样更具有政治性。我还没理解这个论断的逻辑，希望持这个观点的人补充。
对IPCC的批评一直是有的，预设立场是最大的问题。IPCC经历过主要编写人员辞职的事情，其中就有人批判其主席对个别问题有预设立场。不过最终具体的事情还是得到解决的。也就是说，也许在IPCC评估报告的编写过程中是有人为干预的，不过这类争论并不是被完全压制的。政治性的问题批判，还涉及到报告本身的结构，正负影响的比例等等，这些的确很难反驳的，不过对于看详细报告的人来讲不是大问题。另一方面的批评，在于认为IPCC的预测过于保守，低估了一些影响云云，当然也有说夸大的，这类批评可以看批评自身的科学性如何来评价。也有说IPCC说谎的。不过综述最多在筛选资料的时候有偏向，而这个偏向，是可以公开评价的，所以应该不会有说谎的问题的。
IPCC评估报告的编写过程非常耗时耗力，所以实时性就很是问题。比如这里打算详细分析的AR4，虽然完整的第一工作组的报告是2007年4月底发布的，其收集的资料，截止日期是2006年6月24日。考虑到出版周期，数据处理的复杂性，实际上基本上只有2005年甚至2004年的研究结果。而最终的完整系统报告，则要到2007年11月才出版。差不多晚了两三年。这方面真的没什么好办法。目前正在进行的第五次评估，第一工作组在2010年下半年开始编写报告，最终报告却要到2014年完成。拖得更久了。所以呢，最近的变化，这个系列里面肯定不会提到的。要等下一份报告。
这个第一工作组，主要任务就是收集总结资料，编写第一工作组的报告，报告的名字叫做自然科学基础。AR4的这个工作组，有8个编辑，里面有两个中国人，一个是秦大河，第一工作组的联合主席，一个是陈振林，代表中国气象局。具体地说，第一工作组作的工作就是回答发生了什么的问题，是
关于人类活动如何影响大气辐射能量平衡的最完整和量化的评估关于利用最新的测量大气、地表、海洋、积雪、冰和冻土层的方法，对观测到的气候系统的变化进行的一次比以往更广泛的评估
关于过去的气候变化及其原因的详细评估
关于利用世界上18个模拟中心的大气-海洋耦合细化模式，首次对气候模式的模拟结果和预测作了概率评估
针对每个大陆的气候变化观测、模拟和归因的详细评估
第二工作组负责分析影响、适应和脆弱性，主要看气候变化的影响。具体说是有什么后果的问题，
对最近观测到的气候变化已影响各类自然系统和生态系统的证据作了评估，而且得出结论：这些影响能够归因于全球变暖；详细评估了未来的气候变化和海平面上升对各种生态系统、水资源、农业和粮食安全、人类健康、海岸带和低洼区域、工业和人类居住的影响；
针对气候变化对世界主要区域(非洲、亚洲、澳大利亚/新西兰、欧洲、拉丁美洲、北美、极地地区和小岛屿)的影响作了完整的和新的评估；
考虑了各种适应对策；
探讨了适应和减缓之间的各种协同作用和权衡取舍；
评估了对气候变化的主要脆弱性，并评估了多种压力的综合损失程度和作用。
第三工作组的报告叫减缓气候变化，讲人类的应对措施，具体尝试回答五个问题，
我们能为减少或避免气候变化做些什么？这些行动的成本有多大以及它们与不采取行动的成本有何关系？
还用多长时间才能为实现大气温室气体浓度稳定而完成所需的大幅度减排？
采取什么政策行动才能克服实施中的各种障碍？
如何能够使气候减缓政策与可持续发展政策协调一致？
最终，在这三个工作组各自的报告的基础上，有一个综合的系统报告。
很可惜详细的技术报告只有英文的。不过综合报告有中文的，各个工作组的决策者摘要和技术摘要也有中文的。网络可以下载，懒得听我啰嗦的可以自己看：外链出处
有些自不量力了，不过这也是我自己好好理解这个报告的机会。我一直只看决策者摘要的，辅助看技术摘要，很少关心细节。我争取按照我的理解尽可能客观描述IPCC评估报告的内容。计划是在一些必要的介绍之后，按照各个工作组的技术摘要进行展开，补充完整技术报告里面的内容。可能的话，会补充一些相关的科学知识。每一篇争取都是一个小题目，独立的，这样写起来轻松，看着也简单一些。
不敢讲这是在科普，大部分问题我自己也要现学现卖，有问题请及时指出。要写多久呢？不好说。这个报告实在太长了，仔细看一遍就要上百个小时，评论起来花的时间更长。再说我还有一个庞大的南非1880-1900年代历史的写作计划，两个会同期进行。如果有人愿意帮忙写一部分，那就更欢迎了。河里面有几个相关领域的专家的，愿意出面，效果会比我自己弄好。
又给自己找事情了，不过很久没给科技版写长篇了，似乎应该写点啥了。说实话这个坑到现在还没有信心能填完，硬着头皮上吧。
本帖一共被 10 帖 引用 (帖内工具实现)家园 据说：这个报告已经被证明是造假，其科学原始数据被篡改，数 这个报告已经被证明是造假，其科学原始数据被篡改，数学模型结果被修改，主要负责人已经辞职调查。
这事能说下咩？
家园 你自己胡说呢 相关事件报道不少，你这里还有编造的事实。
能指责这个大杂烩一样的综述造假的，估计对科学论文是怎么回事都不知道吧？
家园 【整理】中国燃煤污染缓和全球变暖 村长有没有注意到这条新闻？既然是美国国家科学院学报的报告，应该是挺严肃的。不少正规媒体都报道了。要是胡总早看到这个报告，估计就不肯做出那么大的承诺了，呵呵。
http://www.ccin.com.cn/ccin/news/2011/07/06/187524.shtml
综合外媒报道，中国燃煤量的增加短期降低了全球变暖的速度。最近发表的一个研究报告认为，这段时间中国燃煤活动剧增，排入大气的硫化物所起到的冷却效应影响到全球气温上升的趋势。这个发现为人类活动影响气候变化的理论提供了新证据。刊登在7月4日出版的美国国家科学院学报(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的这个研究报告认为，中国燃煤量的急速增加缓和了1998到2008年期间的全球变暖速度。
该研究的主要作者，波士顿大学能源和环境研究中心教授罗伯特.考夫曼(Robert Kaufman)说：“其中一个原因是，温室气体，也就是二氧化碳，浓度的升高，部分因为硫排放量急剧升高所抵消。其中大部分硫排放来自于中国。”
考夫曼说，那段时间中国经济活动的惊人增长也导致燃煤使用骤增；中国的煤炭消耗量在2002年到2007年间翻了一番。
燃煤产生的二氧化碳排放会导致气温升高，而它同时排放出的硫酸盐气溶胶颗粒则因其对太阳能量的反射作用，反而对地球形成冷却效应。
考夫曼说，当这两者相互抵消时，自然力则处于主导地位。也就是说，那段时期受太阳活动周期的影响，太阳辐射减弱。还有1998年出现的导致地球温度上升的“厄尔尼诺”(El Nino)现象，到2008年转为导致地球温度降低的“拉尼娜”(La Nina)现象。
这项研究说，随着中国开始在燃煤电厂安装涤气器，硫排放也会随之减少；加上太阳活动转向较强辐射周期，地表温度可能会较快地上升。
家园 意料之内 这样的定量分析是新的，不过从定性角度，煤炭使用导致的粉尘的确起到降温作用，这个基本上是认定的。
化石燃料使用导致的温室效应在很长时间以内并不显著，可能也许与七十年代以前工业污染严重有关，对大气的污染抵消了温室气体排放的升温效应。随着1970年代以后对工业污染的重视，工业国家逐渐清洁，温室气体的问题才逐渐显露的。
不过并不能因此就继续污染。清洁空气，维持一个人类生存的健康的空间，是很重要的。应对气候变化的目的是为了人类更好的生存，不能单纯为了降温而降温，牺牲人类的基本生活质量。
家园 新消息 http://sankei.jp.msn.com/world/europe/100121/erp1001211055001-n1.htm
家园 看了第一篇，这是背景和基础组织结构的介绍。 很好懂，非常清楚明白。
有空继续。
家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？五 二氧化碳的辐射强迫 橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？四 冰芯里面的二氧化碳
先推荐个科普：快乐是什么:【原创】杂谈全球变暖。曾经的专业人士写的，有业内的八卦。希望能见到相关领域更多的科普。
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接着讲二氧化碳。前面讲到，现在大气中的二氧化碳浓度，基本上是65万年以来的最高值，超出了65万年以来的波动范围。要是说太久远的数据精度还不够，那么两万年以来，目前大气中的二氧化碳浓度的确是最高值。使用1750年作为人类工业化的起点，工业化前的大气二氧化碳浓度是280ppm，2005年，这个数值达到了379ppm，增加了100个ppm。这意味着什么呢？AR4技术摘要WG1 TS2.1.1里面的描述是：
自工业化时期以来，大气CO2增加所产生的辐射强迫为+1.66±0.17Wm–2，其贡献显著大于本报告考虑的所有其它辐射强迫因子。在1995至2005年间，大气CO2增长导致其辐射强迫增加了20%。{2.3, 6.4, 6.5}这个辐射强迫是什么东西？
地球的能量收支，都是以辐射的形式来进行的。热的传递有三种方式：传导、对流、辐射。对于地球这个天体来讲，能量的来源是太阳。太阳与地球没有直接接触，两个天体之间也是真空，既不能传导，也不能对流，也只有辐射这一个方式来进行能量传递。地球对外也要散发能量，同样是因为地球周围的真空存在，既不能传导也不能对流，也只有辐射的形式把能量散发出去。实际上天体之间进行能量传递，也只有辐射这个方法是可行的。辐射强迫里面的这个辐射，实际上说的就是地球的能量吸收和散发的过程。地球的能量是大致平衡的。也就是说，地球从太阳得到了多少能量，也基本上需要释放出去多少能量。不过实际情况要复杂一些。地球不是一个均匀的物体，地球外面有一圈大气，大气还分了层。最靠近地球表面的是对流层，10-20公里厚，不同地区不同季节厚度有变化。人就居住在这个对流层里面，绝大多数的活动也都发生在对流层里面。之所以叫对流层，是因为地表把最底层的大气加热，热空气受热以后上升温度也逐渐降低，然后有冷空气下降补充缺失的空气，形成对流。大气中的绝大多数水蒸气都在这个对流层里面，水给大气增加了很多乐趣，什么云雾雪雨，都是水在不同条件下的形态，自然也增加了大气行为的复杂性，这样才有了风雨雷电等等各式各样的气候变化。气象学研究的主要对象就在这个对流层。对流层外面是平流层，距离地面10公里以上。在平流层，低于30公里的高空气温变化不明显，保持在零下55摄氏度，所以也叫做同温层。再向外，是中间层、暖层、散逸层。因为影响具体气候的主要在对流层，而能量对于气候变化影响巨大，所以对流层与平流层的交界的地方的能量平衡，就成了研究的对象。描述对流层顶（实际上说的是对流层和平流层的交界）的能量偏离稳定状态的指标，就是这个辐射强迫。
外链图片需谨慎，可能会被源头改大气层
简单的来说，这个辐射强迫，就是对这个对流层顶的能量进出净值的定量描述。来往于这个层面的能量还是挺热闹的，外来的，是太阳的直接辐射，向外的，云层和地面反射的太阳光，有地表直接向外的辐射，有大气向外的辐射等。而影响这些辐射变化的因素又有很多，比如太阳黑子，比如火山爆发，比如温室气体，都对这个层面往来的能量有影响。这些具体因素对这个层面的辐射的影响，又可以单独分析，最终汇合成整体的这个层面上能量的变化。所谓的二氧化碳的辐射强迫，就是因为二氧化碳在大气中的变化，而导致的辐射能量的变化。为了描述方便。方向向下的辐射被定义为正值，也就是说太阳辐射如果增强，那么这个辐射强迫就是正值，而太阳的辐射如果减弱，那么这个辐射强迫就是负值。相对于一个稳定的状态，如果综合的辐射强迫成了正值，那么留在对流层内部的能量就要增多，如果综合的辐射强迫成了负值，那么留在对流层内部的能量就要减少。这个辐射强迫就是用来描述地球的能量收支状态的，所以这个辐射强迫就与地球的温度有关系。这个概念，在研究气候变化的时候是非常重要的。研究各个因素对气候变化的影响，主要的研究对象就是这个辐射强迫。IPCC给出的描述是辐射强迫是由于气候变化外部驱动因子的变化造成的对流层顶净辐射照度发生的变化。既然是变化值，就需要有参考值。IPCC使用的参考值是1750年的状态，并且在处理的时候，一般都是在指年平均的数值。IPCC研究的辐射强迫，既包括大自然自1750年以来的变化导致的辐射强迫，也包括人类行为自1750年以来导致的辐射强迫，并对这两者进行比较，来判断哪一个是辐射强迫变化的主要原因。辐射强迫的单位是瓦每平方米，这个面积，指的是对流层顶的面积。
外链图片需谨慎，可能会被源头改辐射强迫与气候变化的联系
那么二氧化碳为什么会导致辐射强迫呢？因为大气中的二氧化碳会影响地球对外的辐射。这个作用就是著名的温室效应。介绍温室效应就需要详细描述一下地球的能量收支情况。前面讲了，地球从太阳以辐射的形式接收能量，自己也以辐射的形式向外散发能量。太阳辐射的能量，按照AR4引用的文献，在白天，到达大气顶层表面，平均是每平方米1367瓦特。这要扣除黑夜，以及角度问题，平摊到大气的顶层，要除以4，结果就是每平米342瓦。这每平米342瓦里面，有一部分被大气中的云层、气溶胶，以及大气本身反射，这个数值大约是每平方米77瓦。地表的水面、冰面、雪面、沙漠等平均下来也要反射每平米30瓦，总共反射了107瓦。反射掉的总共有大约30%。大气本身也可以直接吸收一部分，数值是每平米67瓦，余下的每平米168瓦被地表吸收。简单的说，地表吸收了太阳辐射的将近50%的能量。太阳辐射基本上是以可见光谱进行的，也叫做短波辐射，对于这个波段的辐射，大气的组分变化对于大气的反射和吸收的影响都很小。经常变化的，有太阳辐射本身、云层以及气溶胶，这三者也就有自己的辐射强迫，以后会专门讲。地球要向外辐射热量，这个辐射是长波辐射，或者说热红外辐射。平均下来，地球从太阳接收的能量，应该等于地球向外辐射的能量。因为地球向外的辐射与地表的温度有关，就可以计算要实现这个能量平衡，地表温度应该是多少。这个温度，只与太阳的表面温度、太阳的半径、地球和太阳之间的距离、以及地球的反照率有关。按照前面描述的数值，可以计算地表的有效温度，应该是零下19摄氏度。
外链图片需谨慎，可能会被源头改地球的能量收支平衡。细节以后说明
但是地球表面的平均温度是14摄氏度，比零下19摄氏度高了33摄氏度，造成这个差距的，就是温室效应。地表向外辐射的红外线，可以被大气中的一些组分吸收。实际上地表向外绝大多数的热红外辐射都被大气的这些气体或者其他具有温室效应的物质吸收了。这些能量被大气吸收了之后，再向周围散发。这个散发就不仅仅是对外的了，可以是各个方向的。向外的一部分，最终散发出了对流层，完成地球的对外辐射和整体能量平衡，而其他方向的，就有一部分被反射回到了地面，增强了对地表的绝对辐射。这就等于是把热量留在了对流层和地表，从而加热地表和底层大气，造成底层大气和地表温度升高。这个效应就叫做温室效应。而当大气中具有温室效应的物质增多以后，大气就会吸收更多的地表放射的辐射，从而把更多的辐射反向回馈到地表或者保留在底层大气，从而进一步加热地表和底层大气，这就叫增强的温室效应。当然要确定地表和底层大气的能量是否增加，不能只看温室效应自己，还需要考虑太阳辐射的变化、云层和气溶胶反射的变化，以及其他会影响地表能量平衡的所有变化，才能得到变化后影响的净值。这个复杂的模型我们以后再谈。对于单一的具有温室效应的物质来讲，其浓度的变化，对于这个地表底层大气体系的影响，就可以使用这个辐射强迫来描述，来看这种物质单独的影响。
外链图片需谨慎，可能会被源头改辐射强迫计算的方法。箭头表示辐射强迫，横线表示对流层顶，上方是平流层，下方是对流层。蓝线表示稳定态或者参考态的温度梯度。从左到右：平流层对流层温度都固定下的辐射强迫；平流层温度可调节对流层温度不变情况下的辐射强迫；地表温度固定，平流层对流层温度可调节情况下的辐射强迫；地表温度可变，某个温度变化情况下的平流层对流层温度可调节情况下的辐射强迫
对于二氧化碳来讲，其浓度的变化导致的辐射强迫是可以计算的。这个计算还是挺麻烦的，要通过对光谱特征的仔细分析，一点一点地来计算其对红外辐射的吸收能力，也有的科学家使用其他方法估算。这方面的研究也一直有发展。IPCC的FAR里面使用的计算方法，后来被发现比实际值偏高，所以在TAR里面有所修正，AR4仍然使用了TAR的计算方法。AR4的报告到了总结阶段，2006年，有了一篇对光谱的详细分析文章计算这个辐射强迫，与AR4使用的数值差距在10%误差以内，满足90%置信水平的要求，所以AR4对这个计算方法并没有修正。后来又有文献说辐射强迫综合值有可能会有20%的误差，这些也只能等到AR5里面才有体现了。Wiki里面有一个经验公式来计算二氧化碳的辐射强迫，引用的1998年的文献，说二氧化碳浓度与参考浓度的比值的自然对数的5.35倍，就是二氧化碳浓度变化导致的辐射强迫，单位W/m2。按照这个经验公式，取1750年二氧化碳浓度280ppm，2005年二氧化碳浓度379ppm，就可以计算出二氧化碳辐射强迫的值是1.62W/m2。IPCC引用的计算结果是，1.66+-0.17W/m2。扣除掉反射，太阳提供给地球的能量也就是235W/m2，二氧化碳浓度增高一项就导致了相当于太阳净辐射0.7%的能量变化，还是很可观的。当然，看最终影响不能只看二氧化碳一个，还需要看其他因素。
外链图片需谨慎，可能会被源头改二氧化碳辐射强迫的一个计算举例
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？六 大自然的碳循环
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