寻找全球变暖暂停的原因——硫化物影响了气候变化

自1998年到2008年，全球表面温度几乎没有上升。科学家认为，这有可能是由于中国大量排放硫化物造成的。这似乎是一个悖论：煤炭的消耗释放出了大量的温室气体二氧化碳，但同时释放的二氧化硫出人意料地让地球的温度在十年里没有升高。

随着中国的经济发展， 硫排放也出现了巨大的增长。 （CFP/图）

斯旺森的迷惑

鲑鱼是人们餐桌上的美食，也是一种著名的溯河洄游的鱼类。它们出生在淡水里，游入海洋，在那里成年，然后再返回淡水里产卵。鲑鱼在北大西洋和太平洋中均有分布。美国阿拉斯加南部的阿拉斯加湾，幼年的鲑鱼在4到9月游入海水里，开始它们历时数年的长途跋涉。一件奇怪的事情在1970年代末出现：阿拉斯加湾鲑鱼的数量在那个时候开始突然大幅度的上升，到1990年代中，不光是阿拉斯加，全球的鲑鱼商业捕获量已经增加了300％。

直到21世纪初，人们都不确切地知道这件事情发生的原因。但许多人相信，它与海水的升温有关。因为在同一时期，或者更准确地说，在1976－1977年的冬天，阿拉斯加湾沿岸的海水的温度比通常情况下高了2摄氏度。

气候学家认为，地球的气候在这个时候发生了转折。原先，北美沿岸海水较冷、离岸地区和西太平洋海水较暖，而后二者的情况陡然发生互换。这一现象叫做“太平洋年代际振荡”，随后而来的是强烈的厄尔尼诺和拉尼娜现象，以及持续数十年的“全球变暖”。

在仪器测量的气候历史上，地球温度的年代际变化一直存在。第一次世界大战之前，全球的平均气温在下降；1920年代和1930年代，气温在上升；1940年代开始，直到1976年和1977年的那个冬天，气温在下降；此后，气温又开始上升……

到了2009年，在一片“全球变暖”的声音中，美国威斯康星大学密尔沃基分校的凯尔·斯旺森（Kyle Swanson）及其合作者发现了一次新的“转变”：自2001年起，温度的曲线变平坦了，地球的变暖似乎一夜之间停止了。

斯旺森与合作者在《地球物理研究快报》的论文中猜测，他们的发现意味着，气候系统可能从1976／77年之后的暖化进入了一个新的基本平稳的时期。这或许是地球的气候又发生了一次转变，就像历史上每隔几十年就会发生一次那样。

然而，这次转变与历史上的似乎又有所不同。斯旺森感到了某度程度上的迷惑。“这与我们自1950年以来看到的任何情况都不同。”他当时说，“自那时以来的冷却事件都有确切的原因，比如火山爆发或是强烈的拉尼娜，而这个正在发生的冷却事件却没有。”

变暖暂停的源头

根据英国哈德利气候预测与研究中心的数据，自1998年到2008年，全球表面温度几乎没有上升。不仅如此，2005到2008年间甚至还下降了0.2摄氏度。与此同时，由于人类活动，大气中二氧化碳和其他温室气体的浓度在增加。如果单单从温室气体的排放来看，难道气温不应该是在上升才对吗？

斯旺森没有看到暖化暂停的确切原因，但这个原因一定是存在的，它究竟是什么呢？科学家开始重新考察辐射强迫、气候系统的内部变率以及全球表面温度三者之间的关系。

2010年初，美国国家大气和海洋管理局（NOAA）地球系统研究实验室的苏珊·所罗门（Susan Solomon）及合作者给出了一个可能的解释。他们在《科学》杂志的文章中指出，自2000年以来，平流层中水蒸气的浓度降低了10％，这可能是造成地球表面温度变化的一个重要驱动因素。

具体来说，他们的研究显示，对于二氧化碳和其他温室气体可能造成的升温，这一因素造成2000至2009年间的升温速率减缓了25％。更进一步，他们甚至提出，在1980到2000年间，平流层的水蒸气可能增加了，这导致1990年代全球气温与不计入这一效应相比上升了30％。

同样来自NOAA的另一名研究人员大卫·伊斯特林（David Easterling）与美国劳伦斯伯克利国家实验室的迈克尔·魏博纳（Michael Wehner）在2009年就看不惯由温度停止上升所带来的充斥网络和报纸的对气候变化的质疑。

他们写了一篇文章，研究了历史上的气象数据，发现在过去半个世纪中，不管是实测数据还是用模型重建得到的结果，都会出现年代际的降温现象。他们甚至论证出，在21世纪中，气温可能出现连续十年或二十年的暂停上升乃至是下降，但整体上仍呈现暖化。

伊斯特林二人将这种变化归因于气候系统的内部变率。这也是许多维护气候变暖说的人在看到温度连续十年没有上升后的第一反应，即地球的气候系统自身有调整的过程，但这些日子很快就会过去，炎热的天气还在后面呢。伊斯特林二人看起来从统计学上证明了这一可能性。

这是对于暖化暂停的第二种解释。除了它们，还有第三种解释。

这种解释由英国雷丁大学的麦克·洛克伍德（Mike Lockwood）提出。他先后写了两篇论文谨慎地指出一种可能性：1998年之后，厄尔尼诺现象缺少，这是造成温度曲线变平的主因；此外，太阳活动进入了自1924年以来的最小时期，这也对地球的气候有一些影响。他还曾用类似的方式解释欧洲冷冬形成的原因。

然而，以上没有一项解释能够说服美国波士顿大学的罗伯特·考夫曼（Robert Kaufmann）。“我所读到的其他人做的研究中没有一项能够迅速解释那个表面上的矛盾。”他说。

最近，考夫曼与三位合作者在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表论文，一一分析了近两年来出现的这些解释。

对于洛克伍德的解释，考夫曼等人引用了一篇计量经济学上经典的方法论文章。在这篇发表于1974年的文章中，著名的计量经济学家克莱夫·格兰杰（Clive Granger）提出，我们是不能用一个确定的方程来描述包含随机过程的趋势的。而洛克伍德在他的研究中恰恰违反了这一条，而且，从历史数据来看，他的模型所做出的描述高估了1950年代和过去十年里的辐射强迫。

考夫曼等人还检验了“水蒸气解释”暗藏的三个推论，结果发现，水蒸气和所谓“黑炭”对于地球表面温度的影响与强迫相比并不具有统计学上的显著性。

至于气候系统的内部变率，考夫曼等人承认这不失为一种可能性，但他们提出了另一种作为替代的可能性——1998年至2008年间全球表面平均温度暂停升高，是由于中国大量排放硫化物造成的。

“人们通常只把注意力放在二氧化碳上，但是随着中国的经济发展，硫排放也出现了巨大的增长。”考夫曼说。

考夫曼等人在研究中所采纳的数据是这样的：在2003到2007的四年间，中国的煤炭消耗量翻了一倍多。相比之下，前一次翻倍用了22年的时间。同样在这四年里，世界的煤炭消耗量增长了26％，其中来自中国的贡献高达77％。

这多少有点像是个悖论：煤炭的消耗释放出了大量的温室气体二氧化碳，但同时释放的二氧化硫却出人意料地做了一次全球尺度的实验，让地球的温度在十年里没有升高。

惟一的快速降温方法

历史上，硫化物对地球的降温作用还有几次典型案例。1991年6月15日，菲律宾吕宋岛上的皮纳图博火山发生爆发，在喷发出3到5立方千米岩浆的同时，也将大约2000万吨的二氧化硫释放到了平流层。这些二氧化硫造成北半球表面温度在此后一年下降了0.5到0.6摄氏度，研究人员也观察到格陵兰的冰盖在那一年夏天融化得少了。

更早之前，1815年印尼的坦博拉火山爆发是人类有记载的最大的火山爆发，它造成9万人死亡，地球的降温高达3摄氏度。即便是在一年之后，欧洲和北美的部分地区仍经历了“无夏之年”。

二氧化硫进入平流层后，化学和微物理过程会将它们转化为亚微米尺度的硫酸盐粒子，这些硫酸盐微粒能够在平流层中呆上一到两年，并将一部分太阳辐射反射回太空。火山爆发能为地球降温一年的原理便在于此。

出于同样的原理，考夫曼等人相信，中国排放的二氧化硫在1998到2008年间抵消了二氧化碳和其他温室气体所带来的升温。他们的模拟还显示，1940年代和1970年代温度没有上升，乃是因为二氧化硫的冷却效应比温室气体的暖化效应上升得略快。

1970年代之后的温度上升对应于前苏联大力治理酸雨问题的时期。二氧化硫排放到对流层后会促使酸雨形成，当时的二氧化硫排放量在前苏联的努力下迅速降了下来。1990年代，世界硫排放量也发生迅速下降，则是因为经济崩溃。这些时期刚好对应于全球气温上升的年份。

“我们已经通过排放二氧化碳的方式改变了地球的环境，这是我们无意而为之的。也许我们也可以用其他有意为之的方法让地球降温。”一些人产生了这样的想法。既然自然界的事件和人为事件都证明了二氧化硫可以为地球降温，为什么我们不能有目的地用这种方法应对全球变暖呢？

这种想法早在1990年代末就有人提出，而第一个在该问题上成为明星人物的是诺贝尔奖得主、德国马普化学研究所的大气化学家保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）。2006年，在《气候变化》杂志对“地球工程”（geo－engineering）的专题讨论中，克鲁岑发表了一篇社论，重点探讨了将硫化物排放到平流层为地球降温的设想。

他在这篇文章中指出，事实已经证明硫化物不管是排放到对流层还是平流层，都可以为地球降温；只是前者的问题在于会带来酸雨，且效应持续的时间短，后者是更值得考虑的途径。

克鲁岑计算了为地球降温所需要的硫的质量，分析了使用几种不同的硫化物的可能性，也审慎地提出，人们在决定使用此种方法之前，务必要研究清楚它是不是利大于弊。尽管克鲁岑举出了一些可能存在的负面效应，但他的基本态度是明确的：在全球气温快速上升的情况下——比如升高了2摄氏度或以每十年0.2摄氏度的速率上升，目前唯一的应对方法就是用诸如排放硫化物这样地球工程方法降温。这样方法起效快，能够在短短半年的时间里就把温度降下来。