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氣候的年輪:冰芯中的地球氣候史與人類未來 版權信息
- ISBN：9787568950206
- 條形碼：9787568950206 ; 978-7-5689-5020-6
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
氣候的年輪:冰芯中的地球氣候史與人類未來 本書特色
你是否想過，我們習以為常的四季更替、風調雨順，在漫長的地球歷史中竟是一種“幸運”？人類正享受著異常溫和的氣候“假期”，而這場假期隨時可能結束。面對未來可能的氣候劇變，我們該如何應對？
本書是一部引人入勝的氣候變遷史詩。本書以格陵蘭島的冰原為舞臺，帶領讀者跟隨科學家們的腳步，深入冰川深處，鉆取古老的冰芯，解讀其中封存的空氣成分、冰層厚度以及微生物遺跡。這些看似微小的細節，如同地球的年輪，記錄著數百萬年來氣候的劇烈波動與微妙變化。作者以清晰的邏輯和生動的語言，將復雜的氣候科學轉化為引人入勝的故事，揭示了地球氣候系統的脆弱與韌性。更重要的是，本書警示我們：人類活動正在以前所未有的速度改變著地球的氣候系統，而我們正站在一個關鍵的十字路口。了解過去，才能更好地應對未來。這本書不僅是一次科學探索之旅，更是一份面向未來的行動指南。本書將為你提供理解氣候變化的鑰匙，并指引我們走向可持續發展的未來。這是一本關乎你我、關乎地球未來的bidu之書。
氣候的年輪:冰芯中的地球氣候史與人類未來 內容簡介
本書是一本講述地球氣候變化歷史及未來的引進版科普圖書。作者帶領讀者一起體驗應對21世紀科學家面臨的一個巨大挑戰——預測地球的長期氣候變化趨勢。除了指出全球變暖和地球運轉軌道的變化等因素，他還通過在格陵蘭島鉆采冰芯并分析其中的化學物質和塵粒的研究方法，為讀者展現了過去11萬年間的氣候變化情況，并從中發現一些地球氣候變化機制。本書讓讀者能對地球氣候演變問題有一個較為清晰的認識，并對理解和應對未來的地球氣候變化有所準備。
氣候的年輪:冰芯中的地球氣候史與人類未來 目錄
**部分 設置舞臺 ………………001
1 時間快進………………………003
氣候很重要 ……………………006
2 指向過去的標志物……………012
第二部分 閱讀記錄 ………………017
3 奔向格陵蘭島…………………019
提取冰芯的簡史 ………………019
干活 ……………………………025
向更深處鉆探 …………………030
4 冰封檔案——冰原和冰川……035
下坡路 …………………………037
堆積 ……………………………043
5 冰期中的冰期…………………045
一二三四五六七…… …………046
更寒冷的日歷 …………………048
擁擠的日歷 ……………………050
勇往直前 ………………………057
看得更加清晰 …………………061
看得更遠 ………………………063
6 以前有多冷呢…………………067
重水 ……………………………069
輕霜 ……………………………071
在冰期炙烤 ……………………074 7
風中之沙………………………081
8 冰中的小氣泡…………………087
第三部分 瘋狂的氣候 ……………091
9 蜥蜴的桑拿房…………………093
暗淡的年輕太陽 ………………095
反饋 ……………………………097
10 太陽系的搖擺不定 …………101
深海的測量桿…………………102
有疑問的時期…………………104
天際的季節變化………………106
11 軌道帶的舞動 ………………110
它們越大，衰落得越快 ………111
冰的汽化 ………………………114
12 蠕蟲變成了什么……………121
之后發生的事情………………122
懸崖之上………………………123
現在一切聚集…………………129
轉變更多的蠕蟲………………132
凈化與冰凍的西班牙無敵艦隊 …………………………………137
溜溜球………………………141
第四部分 怪異的原因……………145
13 氣候的作用…………………147
平衡這些收支…………………148
直放旋轉軸……………………151
翻轉海洋………………………157
14 一條混亂的傳送帶？………163
模擬傳送帶……………………165
在傳送帶的軌道上……………168
從南方偷來的…………………171
將傳送帶進行分類……………174
15 猛推這個系統………………177
反復無常的洪水和振蕩變化的 海洋…………………………182
其他的放大器和開關？………182
第五部分 到來的瘋狂？ …………185
16 過度耗費燃料 ………………187
氣體到哪里去了？……………188
和而不同………………………192
貼現未來………………………196
17 順著這條路 …………………199
自然地搖搖晃晃………………200
推動這個醉漢…………………201
18 未來的一種冰芯觀………203
附 錄 ………………………………213
附錄一 人物介紹 ………………214
附錄二 單位的使用 ……………224
參考文獻 ……………………………226
致 謝 ………………………………271
展開全部
氣候的年輪:冰芯中的地球氣候史與人類未來 相關資料
推薦序
美國杰出的冰川探測與研究學者理查德·B.艾利于 2000 年推出了一部極具影響力的著作《The Two - Mile Time Machine (Ice Cores, About Climate Change and Our Future)》 。這個浪漫的主題書名靈感源自一首英文歌曲，深刻反映出人類內心對于時光回溯、珍視過往以及從歷史經驗中汲取智慧的強烈渴望。在書中，艾利詳細記述了他與極地冰芯探測團隊在工作過程中所經歷的種種艱辛，以及那些不為人知的生活細節，內容豐富詳實，極具閱讀價值。作為冰川學領域的權威，艾利通過其著作向世人發出警示：當前人類所享受的舒適氣候環境，或許在短短幾年內就會發生巨大改變。這一警示引發了人們的深刻思考：人類，尤其是科學界，究竟應當如何行動？是致力于科學地認識氣候的本質和研究氣候異常的歸因，還是立即采取有效措施遏制氣候變化的趨勢？
艾利在科學界地位斐然，他不僅是美國國家科學院以及美國藝術與科學院的院士，還在《自然》和《科學》等頂尖學術雜志上發表過多篇重要論文。此外，他還是聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的重要貢獻者，并與美國前副總統阿爾·戈爾共同榮獲2007年諾貝爾和平獎。令人期待的是，重慶大學出版社將于 2025 年推出艾利這本書的中文翻譯版《氣候的年輪》。譯者鄔銳博士和上海徐家匯古觀象臺的科普專家徐明博士邀請我撰寫讀書體會，促使我深入研讀了這本中文譯稿。由此，一系列關于氣候的問題涌上心頭：在過去的 20 多年里，極端天氣和異常氣候給人類帶來了哪些最為嚴重的災難？科學界在新世紀前后為應對氣候變化做出了哪些努力？對于氣候及其異常現象，又有了哪些全新的認識和亟待解決的問題？
人類對氣候及其異常變化的關注與研究歷史源遠流長，可追溯至數千年前。在中國古代，甲骨文中便有對當地氣候的記錄，隨著時間的推移，逐漸發展形成了能夠精準反映中原地區氣候特點的 24 節氣循環體系。每個節氣的時間跨度為半個月，一個月中包含兩個節氣，并冠以不同的節氣名稱。后來，古人進一步細化對氣候的描述，以候（5 天）為時間單位，將一年的氣候劃分為 72 個不同名稱的物候時段。這種基于天文物理原理、通過對多年觀測數據進行統計平均而形成的 24 節氣和 72 物候氣候變化體系，為古代農業生產提供了重要的指導依據。古人依據節氣和物候的變化規律安排農事活動，大多時候都能獲得豐收。然而，氣候異常或異常氣候的年份偶爾也會出現，導致農作物歉收。為了應對這種不確定性，民間總結出了大量基于當前天氣狀況的諺語，用以預測未來較長時間內的氣候異常及其對農業生產的影響，這便是早期的氣候預測。同時，古人還善于利用早晨和傍晚的天氣狀況，來預報未來幾小時內的極端冷熱、晴雨以及強風等短時和短期極端天氣。由此可見，中國古人早在數千年前，就對氣候、氣候變化、氣候異常、極端天氣等概念有著清晰的物理定義，并掌握了相應的預測預報方法。我們可以將 24 節氣和 72 物候的氣候變化體系形象地稱為中國人的 “古代氣候鐘”，這充分展示了中國古人在氣候研究領域的卓越智慧，他們明確了認識氣候和預報極端天氣與異常氣候的重要性。
推薦序
美國杰出的冰川探測與研究學者理查德·B.艾利于 2000 年推出了一部極具影響力的著作《The Two - Mile Time Machine (Ice Cores, About Climate Change and Our Future)》 。這個浪漫的主題書名靈感源自一首英文歌曲，深刻反映出人類內心對于時光回溯、珍視過往以及從歷史經驗中汲取智慧的強烈渴望。在書中，艾利詳細記述了他與極地冰芯探測團隊在工作過程中所經歷的種種艱辛，以及那些不為人知的生活細節，內容豐富詳實，極具閱讀價值。作為冰川學領域的權威，艾利通過其著作向世人發出警示：當前人類所享受的舒適氣候環境，或許在短短幾年內就會發生巨大改變。這一警示引發了人們的深刻思考：人類，尤其是科學界，究竟應當如何行動？是致力于科學地認識氣候的本質和研究氣候異常的歸因，還是立即采取有效措施遏制氣候變化的趨勢？
艾利在科學界地位斐然，他不僅是美國國家科學院以及美國藝術與科學院的院士，還在《自然》和《科學》等頂尖學術雜志上發表過多篇重要論文。此外，他還是聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的重要貢獻者，并與美國前副總統阿爾·戈爾共同榮獲2007年諾貝爾和平獎。令人期待的是，重慶大學出版社將于 2025 年推出艾利這本書的中文翻譯版《氣候的年輪》。譯者鄔銳博士和上海徐家匯古觀象臺的科普專家徐明博士邀請我撰寫讀書體會，促使我深入研讀了這本中文譯稿。由此，一系列關于氣候的問題涌上心頭：在過去的 20 多年里，極端天氣和異常氣候給人類帶來了哪些最為嚴重的災難？科學界在新世紀前后為應對氣候變化做出了哪些努力？對于氣候及其異常現象，又有了哪些全新的認識和亟待解決的問題？
人類對氣候及其異常變化的關注與研究歷史源遠流長，可追溯至數千年前。在中國古代，甲骨文中便有對當地氣候的記錄，隨著時間的推移，逐漸發展形成了能夠精準反映中原地區氣候特點的 24 節氣循環體系。每個節氣的時間跨度為半個月，一個月中包含兩個節氣，并冠以不同的節氣名稱。后來，古人進一步細化對氣候的描述，以候（5 天）為時間單位，將一年的氣候劃分為 72 個不同名稱的物候時段。這種基于天文物理原理、通過對多年觀測數據進行統計平均而形成的 24 節氣和 72 物候氣候變化體系，為古代農業生產提供了重要的指導依據。古人依據節氣和物候的變化規律安排農事活動，大多時候都能獲得豐收。然而，氣候異常或異常氣候的年份偶爾也會出現，導致農作物歉收。為了應對這種不確定性，民間總結出了大量基于當前天氣狀況的諺語，用以預測未來較長時間內的氣候異常及其對農業生產的影響，這便是早期的氣候預測。同時，古人還善于利用早晨和傍晚的天氣狀況，來預報未來幾小時內的極端冷熱、晴雨以及強風等短時和短期極端天氣。由此可見，中國古人早在數千年前，就對氣候、氣候變化、氣候異常、極端天氣等概念有著清晰的物理定義，并掌握了相應的預測預報方法。我們可以將 24 節氣和 72 物候的氣候變化體系形象地稱為中國人的 “古代氣候鐘”，這充分展示了中國古人在氣候研究領域的卓越智慧，他們明確了認識氣候和預報極端天氣與異常氣候的重要性。
中國古代的智慧結晶遠不止 “古代氣候鐘”，火藥和指南針等偉大發明同樣聞名于世。英國科技史學家李約瑟曾提出一個發人深省的問題：自伽利略和牛頓時代以來，為何現代中國人在科學成就上逐漸落后于歐洲人？是智力水平的退化，還是存在其他深層次原因？經過深入思考，我們認為并非智力因素所致，而是發明的用途和目的存在差異。中國古人發明火藥，主要用于制造煙花，為節日慶典增添歡樂氛圍，卻未能將其應用于發展子彈和原子彈等軍事領域，進而推動高能物理學的發展。指南針在中國主要服務于航海貿易，而歐洲人則在此基礎上深入研究，將其發展成為電磁學，并開啟了電氣化時代的新紀元。此外，中國古人在諸多領域實現了從 0 到 1 的創新性突破，如古代中醫中藥和古法釀造，但遺憾的是，未能將這些成果進一步精細化，使其發展成為現代生物學和技術。
人類對生存環境和自然環境的認知，最初源于對天象（天文和氣象）的觀察。早期，人們通過非定量的文字記載各種天象與物象，并將二者相互聯系，形成了獨特的物理體系，24 節氣和 72 物候便是其中的典型代表。隨著歐洲人發明了各類精密儀器，對天象的觀測變得更加精細化。望遠鏡的出現，讓人類得以觀測和記錄肉眼無法看到的遙遠天體；顯微鏡的發明，則開啟了微觀世界的大門，使人們能夠觀察和記錄肉眼看不見的微小物象。這些儀器的發明和應用，使得大量關于自然和環境的定量觀測數據得以積累。如何解讀這些隨時間和空間分布的數據，成了科學家們面臨的重要任務。
在人類對宇宙的認知歷程中，地心說曾長期占據主導地位。由于每天太陽和月亮東升西落的現象直觀且明顯，地心說宇宙觀深入人心，甚至成為古代教會信仰的神學學說。然而，隨著天文儀器觀測資料的不斷增多，地心說在解釋諸多天象時遇到了難以克服的困難。盡管一些科學家試圖通過修改地心說模型來解決這些問題，但多層嵌套的復雜模型讓普通民眾難以理解。在此背景下，哥白尼（1473—1543）勇敢地提出了日心說。日心說的出現，使得許多天象在新的模型下得到了更為簡單和合理的描述與解釋，這一理論的轉變標志著人類世界觀的重大變革。此后，開普勒（1571—1630）在前人大量觀測資料的基礎上，總結出了行星相對太陽運動的三大定律，從空間幾何學的角度對行星運動進行了精確描述。牛頓（1643—1727）則提出了萬有引力定律，運用簡單的統計數學關系，揭示了行星與太陽之間的相對運動關系。牛頓認為，這種相對運動源自一種力的相互作用，不僅存在于天體之間，地球上的物體也受到地心引力的作用，即萬有引力。為了從物理本質上解釋萬有引力，科學界提出了引力子的概念，盡管至今尚未發現引力子的存在。開普勒的行星運動定律和牛頓的萬有引力定律，共同構建了人類對天體運動的基本認知框架。
隨著現代科學的不斷發展，各領域的分工日益細化，需要各類專業人才的協同合作，甚至包括具有深刻洞察力的思想家。部分科學家專注于儀器的研發和觀測資料的積累，為科學研究提供了堅實的數據基礎；另一部分科學家則致力于對觀測資料進行數學和物理分析，推動了理論物理學的發展。20 世紀初，天文學的觀測范圍得到了極大的拓展，不僅超越了太陽系，甚至延伸到了銀河系之外。在這一背景下，愛因斯坦（1879—1955）于 1915 年提出了廣義相對論。廣義相對論描述了宇宙系統中物體相對中心體運動的復雜幾何學關系，盡管其中仍包含數學統計常數，但它建立在日心說的引力世界觀基礎之上，只是將中心從太陽擴展到了整個宇宙系統。然而，這引發了一個新的思考：人類是否可以從全新的視角看待宇宙？例如，有一種觀點認為，宇宙大爆炸后形成的膨脹力推動了物質粒子的加速和彎曲運動，地球上的物質粒子在膨脹力的作用下向一個天體中心匯聚，而非受到天體中心的引力吸引。前者是大爆炸后新粒子的主動匯聚，后者是天體中心對新粒子的被動勾引。引力世界觀下現代物理學形成的是自然現象之間的統計關系定律，而非自然現象的物理本質描述。
上海徐家匯的古觀象臺，作為歷史悠久的天文和氣象觀測場所，見證了人類對自然現象的長期探索。如今，上海氣象臺和上海天文臺被一條馬路分隔。徐家匯觀象臺擁有長達 150 多年的氣象觀測記錄，這些記錄為研究該地區的氣候變遷提供了寶貴的資料。然而，對于地球其他地區的極端天氣和異常氣候，由于缺乏儀器記錄，科學家們不得不另辟蹊徑。他們發現，極端天氣和異常氣候發生時，往往會引發各種災害。這些災害所留下的痕跡會被封存在地層中。例如，極端降水可能導致山地滑坡和泥石流，進而形成新的土壤沉積和地層；低溫干燥的大風會將沙塵吹至其他地方，形成新的土壤沉降，通過分析這些沉降物的特征，可以推斷出低溫沙塵天氣的頻次和強度；高溫熱浪天氣可能引發森林大火，火災產生的灰燼以及花粉等物質會在附近的湖泊中沉積；在高山和極地地區，降雪量的變化會影響積雪速率和冰川沉積速率；海洋中的沉積物則與大氣變量、生物變量、洋流速度、海溫、鹽度等因素以及火山活動密切相關。地層中的不同沉積甚至可能反映了行星相對其中心天體的軌道變化，如行星相對太陽的進動。此外，中高緯度地區樹木的年輪，如同氣候的 “檔案”，記錄了樹木生長年份的溫度、降水等的綜合信息。為了獲取這些不同種類物質的歷史沉積信息，并構建相應的序列，科學家們需要研發各種專業工具（儀器），組建不同的地球環境要素探測專業團隊。
本書的作者艾利，不僅是一位卓越的極地冰芯序列探測專家和杰出的探險家，還具備豐富的想象力、敏銳的洞察力和幽默風趣的性格。在控制冰變形的晶粒尺度物理學、冰流的作用和性質以及冰蓋過程等多個研究領域，他都取得了重要的研究成果。他的工作不僅為過去突然發生的氣候事件提供了有力的證據，還推動了關于氣候事件原因以及冰對海洋環流作用的假設的發展。此外，艾利還是一位出色的傳播者，他憑借精湛的技能和飽滿的熱情，積極向政策制定者和廣大公眾傳播認知，其制作的電視節目旨在對地球面臨的問題及可能的解決方案進行通俗易懂的評估與推測。
氣候異常事件的時間跨度極大，從幾候到幾年，再到上百年甚至上千萬年不等。樹木的年輪厚度變化，能夠直觀地反映出當地幾十年到上百年的氣候異常情況；極地冰芯序列則如同時間的 “記錄儀”，可以揭示上千年甚至上萬年的氣候異常事件。現代氣象儀器能夠對幾小時到幾天的極端天氣事件，以及幾候到幾年的大氣和海洋氣候異常事件進行定量觀測和記錄。然而，古代冰芯氣候序列在分辨幾候到幾年、幾十年的氣候異常事件時存在一定的困難。此外，有上千年冰芯的地區往往缺乏樹木，且冰芯和樹木所反映的氣候異常事件，難以用現代氣象變量（溫度、氣壓、濕度和降水）進行準確描述。不同來源、不同時間分辨率的各種代用氣候序列之間，存在難以對接和解讀的問題，無法簡單地轉換為現代氣象變量。盡管現代氣象變量的分散觀測數據可以通過數值模式進行同化模擬，生成全球時空均勻分布的再分析資料，但目前的古氣候模式仍無法將所有來源的古氣候代用資料進行有效的同化處理。這一困難的根源在于，現有的數學方法難以處理與生物、物理和化學相關的復雜信息，本質上是因為人類大腦對這些信息缺乏全面、客觀的理解。
在千年格陵蘭溫度和積雪堆積序列中，存在一些令人費解的現象。例如，在小冰期氣候事件期間，溫度較低，而積雪率卻很低；而在中世紀暖期，溫度較高，積雪率反而較高。這種現象與人們的常規認知相悖，以致常人難以理解。此外，過去 40 萬年來，冰芯探測科學家發現，南極洲中部的四個規則性大幅度溫度波動序列與空氣中二氧化碳含量波動序列幾乎同步變化，即二氧化碳含量升高時，氣溫也隨之升高，反之亦然。兩者的同步波動變化可能具有共同的歸因。書中對此的解釋是，空氣中的二氧化碳進入海洋后，海洋溫度的變化會吸收二氧化碳，進而導致氣溫發生改變。然而，這一過程中必然存在時間差，從大氣中的二氧化碳變化，到海洋中的復雜生化過程和洋流變化，再到氣溫的響應，整個過程的因果關系存在一定的延遲。這種現象之間的同步性與解釋中的時間差，都是基于自然過程，與人類活動無關。自然界中存在許多具有時間差的因果關系，這些復雜關系如果用 “四兩撥千斤” 的突發機制解釋，對于普通大眾來說，理解起來具有一定的難度，就像又進入了地心說后期的復雜模型中。
在氣候研究中，溫度變化是人們最關注的焦點之一。那么，如何從物理意義上準確確定溫度變化呢？假設我們擁有一條某地連續觀測的、長達上千年的逐小時溫度序列，首先需要去除序列中來自儀器和觀測過程中的誤差，從而得到真實可靠的氣溫序列。其次，這個真實氣溫序列可以通過物理方法分解為兩個分量：一個是瞬變氣候分量，該分量具有明顯的日循環（每天 24 小時）和季節循環（每年 365 天）的氣候變化特征。這兩個循環分量是當地在太陽輻射強迫與下墊面動力-熱力耦合達到平衡時的氣候溫度，我們將其稱為具有物理意義的瞬變氣候變量。與中國古代的 24 節氣和 72 物候氣候鐘相對應，這種一年365 天中又分24 小時時段，總共8 760個時次年循環變化的瞬變氣候可稱為現代氣候鐘。另一個分量是擾動氣溫序列，它是通過用真實氣溫減去現代氣候鐘的溫度循環得到的。通過對擾動氣溫序列的分析，我們可以區分出不同時間尺度的擾動，包括幾小時、幾天、幾候、幾月、幾年、幾十年、幾百年甚至幾千年的連續同符號擾動，即相對瞬變氣候氣溫的連續正偏差或負偏差。同樣地，對于氣壓、風和濕度等觀測變量，也可以采用類似的物理分解方法，得到它們各自的擾動分量。當出現較大振幅的幾小時或幾天的氣溫偏差時，就意味著極端天氣的發生；而連續幾候的正或負氣溫偏差，則被定義為氣候異常，這種氣候異常的時間長度可以從幾候、幾個月、幾年，一直延伸到百年、千年甚至萬年，例如歷史上著名的小冰期和中世紀暖期。
這種將基本大氣變量進行物理分解的方法，也被稱為擾動法。擾動法是一種在數學和物理意義上能夠客觀、定量確定極端天氣和氣候異常的有效方法。通過繪制大氣溫壓濕風擾動分量的擾動天氣圖，我們可以清晰地確定極端天氣和氣候異常的種類（如高溫與低溫、洪澇與干旱）、強度、范圍（位置）以及發生時間，實現對極端天氣和異常氣候的定類、定強、定位和定時分析。在以往的極端天氣和異常氣候研究中，由于不同研究團隊對事件的定義和描述方法存在差異，往往會得出不同的結論，發表大量相互矛盾的歸因論文，導致研究工作陷入無序和混亂的狀態。當然，這些方法和結論也就無法繼續使用了。而擾動法的出現，為解決這一問題提供了新的途徑。它能夠用統一的方法解釋歷史上發生的所有極端天氣和異常氣候事件，極大地減少了資源的浪費，提高了研究的效率和準確性。
近百年來，隨著世界人口的快速增長和通信科技的飛速發展，自然災害的記錄和報道數量大幅增加。全球每年都會發生多起極端天氣和氣候異常事件，這些事件給人類的生命財產帶來了巨大的損失。其直接原因是大氣中局地集中了異常能量，表現為異常的氣象變量和異常的天氣或氣候系統。例如，2008 年年初，中國南方遭遇了長達一個月的雨雪冰凍災害，造成了慘重的財產損失。通過擾動天氣圖分析發現，這是由四次大氣擾動天氣系統先后影響中國南方所導致的。2009 年冬季，莫斯科及其周邊地區出現了嚴重的低溫天氣；緊接著，2010 年夏季，莫斯科地區又遭受了高溫熱浪和森林大火的襲擊，導致上萬人傷亡。與此同時，巴基斯坦發生了嚴重的洪澇災害，上千人失去了生命。從同期的擾動天氣圖來看，莫斯科上空處于高壓異常狀態，導致高溫異常，且對流層下部的高溫異常幅度大于地面增暖異常；而在其東南方的巴基斯坦和東部的西伯利亞上空，大氣呈現低壓低溫異常，與地面上的低溫和降水異常相對應。
基于大氣模式生成的全球再分析資料以及獨立的海冰資料，近幾十年來全球增暖呈現出明顯的區域差異。在北極高緯度地區，增暖幅度最為顯著，尤其是在冬季，對流層的增暖值大于地面氣溫的增暖值，這與該地區海冰減少的趨勢一致。然而，在北半球中緯度帶，大氣的降溫幅度大于地面降溫值，特別是在冬季。副熱帶地帶的大氣呈現增溫異常趨勢，而赤道帶則出現降溫趨勢，且對流層溫度異常值大于對應的地面溫度異常值。此外，南半球的海冰覆蓋密度呈現增加的趨勢，與北半球海冰減少的趨勢相反，這一現象可以通過對流層大氣氣壓和溫度距平符號相反的趨勢得到解釋。同樣，南極洲邊緣地區的海冰密度也存在區域差異，部分區域增加，部分區域減少，這與對流層大氣溫度和氣壓距平的分布情況相對應。這些不同緯度帶和地區的下墊面氣候異常，主要受到大氣四圈環流異常和局地氣候擾動系統的直接影響。顯然，這種幾十年時間尺度的氣候異常趨勢，難以用聯合國資助下形成的 “正反饋放大和開關機制” 這一所謂的 “科學共識” 或 “國際共識” 來解釋。科學結論不能簡單地用投票的共識得到。
天氣學和氣候學在上世紀初取得了顯著的發展，但當時對極地地區的氣象觀測相對匱乏。在現代天氣圖上，北極附近每天都有極渦低壓活動；而在氣候學的三圈環流理論中，描述的是極地下沉高壓。這種天氣學和氣候學對北極環流系統描述的差異，是科學研究中典型的脫節現象，難以同時出現在同一本氣象學教科書中和科普著作中。氣候異常是一個極其復雜的科學問題，而人類活動排放則更直接地引發了環境污染問題。例如，2016 年華北地區霧霾日數眾多，霧霾濃度極高，12 月份就出現了八次霧霾過程，每次持續 2~3 天。在濃霧霾天氣下，空氣氣味刺鼻，能見度極低，僅為百米左右。從大氣異常變量來看，這是在高壓擾動下，近地面形成異常逆溫層所致。在這種高壓異常天氣系統下，如果沒有大氣污染源，原本應該陽光明媚，地面溫度偏高。然而，由于近地面異常逆溫層中的霧霾遮蔽了到達地面的陽光，導致地面溫度異常偏低。另一個值得關注的現象是，20 世紀美國在年代際和年際尺度上，溫度異常與化石燃料碳排放量異常呈現相反的變化位相，即溫度異常偏低時，化石燃料碳排放異常偏高，反之亦然。近百年全球年平均溫度的年代際異常也與四個主要發達國家的碳排放量異常反位相。溫度低需要人為增加化石燃料的燃燒，碳排放肯定增加了大氣中的二氧化碳濃度，這里的因果關系是常人容易解釋的。
近百年來有較好的高時空分辨率氣象觀測資料，特別是氣溫觀測資料。人們可以把這些無觀測誤差的、去除瞬變氣候溫度后的氣溫異常序列分解為兩個分量：自然變化的異常分量和人類活動的異常分量。科學家們的任務是把自然變化的異常分額和歸因理清楚了。那么，人類活動的異常分額就只是一個簡單的加減運算了。
氣候異常的歸因問題猶如一座難以攀登的高峰，橫亙在全球科學家面前。要解決這一問題，需要多領域科學家的緊密合作。氣象學家憑借其對大氣物理過程的深入理解，提供大氣環流、天氣系統演變等方面的專業知識；海洋學家研究海洋的熱容量、洋流運動，揭示海洋與大氣之間的能量和物質交換機制；生態學家關注生態系統對氣候變化的響應，以及生態系統變化對氣候的反饋作用；地理地質學家從宏觀地理環境演變的角度，分析不同地區氣候異常的空間分布規律及其與地理因素的關系。
在合作過程中，各領域科學家需要共享數據、交流研究成果，共同構建更加完善的地球氣候系統模型。這些模型要能夠準確模擬大陸漂移、造山運動和地貌變化過程中的過去氣候演變，才可能有預測未來氣候趨勢的能力。為了實現這一目標，首先要獲取真實可靠的現代觀測資料，這需要不斷優化氣象觀測網絡，提高觀測儀器的精度和穩定性，確保數據的準確性和完整性。同時，收集大量長時間的氣候代用序列和研究地球在宇宙空間中的演化史，也都是至關重要的工作。通過分析樹木年輪、極地冰芯、湖泊沉積物等自然檔案，我們可以追溯過去數百年甚至數千年的氣候信息，為研究氣候的長期變化規律提供寶貴的歷史數據。然而，獲取這些代用序列并非易事，需要科學家們運用先進的技術手段，深入偏遠地區進行實地采樣，并結合精心設計的實驗室分析方法，才能從這些自然檔案中提取出準確的氣候信息。
這本書為公眾打開了一扇了解氣候科學的大門，書中豐富的內容和深入淺出的闡述，讓我們認識到氣候研究的復雜性、重要性和艱巨性。面對日益嚴峻的氣候挑戰，我們每個人都應當關注極端天氣和異常氣候事件，相信科學，共同為保護地球家園的氣候環境貢獻自己的力量。
錢維宏 2025年1月1日
氣候的年輪:冰芯中的地球氣候史與人類未來 作者簡介
理查德·B.艾利（Richard B.Alley），賓夕法尼亞州立大學最高講席教授埃文·普格教授，美國國家科學院院士，發表了20多篇科學論文，還是美國PBS著名紀錄片《地球：操作手冊》的主持人。
譯者簡介鄔銳，上海市氣象局氣象服務首席，氣象高級工程師，上海戲劇學院戲劇博士，上海財經大學金融學碩士，復旦大學和上海戲劇學院特約研究員，上海科技館、上海自然博物館、上海天文館特聘專家，國家二級心理咨詢師，資深戲劇治療師。在上海電視臺、東方衛視、東方廣播中心等節目中任長期嘉賓主持。
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