政府间气候变化专门委员会第五次评估报告

政府间气候变化专门委员会第五次评估报告第一工作组的报告是对气候变化的自然科学基础作的一个 综合评估。报告以2007年IPCC第四次评估报告第一工作 组的报告为基础，并结合了其后发布的“管理极端事件和 灾害风险推进气候变化适应特别报告”，以及发表在大量科学和技术文献中的研究新发现。

气候系统的观测基于直接测量和卫星及其它平台的遥感手段。器测时代对全球尺度温度和其它变量的观测始于19世纪中叶，1950年以来的观测更为全面和丰富。古气候重建可使一些记录延伸到几百年乃至几百万年前。以上信息提供了有关大气、海洋、冰冻圈和地表的变率和长期变化的综合视角。

气候系统的变暖是毋庸置疑的。自20世纪50年代以来，观测到的许多变化在几十年乃至上千年时间里都是前所未有的。大气和海洋已变暖，积雪和冰量已减少，海平面已上升，温室气体浓度已增加。

过去三个十年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个十年。在北半球，1983-2012年可能是过去1400年中最暖的30年（中等信度）。全球平均陆地和海洋表面温度的线性趋势计算结果表明，在1880-2012年期间（存在多套独立制作的数据集）温度升高了0.85[0.65至1.06]°C。基于现有的一个单一最长数据集，1850-1900年时期和2003-2012年时期的平均温度之间的总升温幅度为0.78[0.72至0.85]°C。

在有足够完整的资料以计算区域趋势的最长时期内（1901-2012年），全球几乎所有地区都经历了地表增暖。除了存在确凿的多年代际变暖外，全球地表平均温度还表现出明显的年代际和年际变化。由于自然变率，选取不同的起止期，对短期记录趋势的计算是非常敏感的，而且一般不能反映长期气候趋势。例如，始于强厄尔尼诺事件的过去15年间的升温速率（1998-2012年；每十年温度升高0.05°C）小于1951年以来的升温速率（1951-2012年；每十年温度升高0.12°C）

大陆尺度的地表温度重建表明：具有高信度的是，在中世纪气候异常期（950至1250年）中的多个年代内一些区域的温暖程度与20世纪后期相当，但是这些区域性暖期并没有像20世纪后期的变暖那样出现区域一致性（高信度）。

几乎确定的是，自20世纪中叶以来，在全球范围内对流层已变暖。更完整的观测使北半球热带以外地区的对流层温度变化的估算值比其它地区具有更高的信度。北半球热带以外对流层的变暖速率及其垂直结构变化具有中等信度，而在其它地区只具有低信度。

1901年以来，全球陆地区域平均降水变化在1951年之前为低信度，之后为中等信度。1901年以来，北半球中纬度陆地区域平均降水已增加（在1951年之前为中等信度，之后为高信度）。对于其它纬度，区域平均降水的增加或减少的长期趋势只具有低信度。

约自1950年以来，已观测到了许多极端天气和气候事件的变化（详见表SPM.1）。很可能的是，在全球尺度上冷昼和冷夜的天数已减少，而暖昼和暖夜的天数已增加6。在欧洲、亚洲和澳大利亚的大部分地区，热浪的发生频率可能已增加。与降水减少的区域相比，更多陆地区域出现强降水事件的数量可能已增加。在北美洲和欧洲，强降水事件的频率或强度可能均已增加。在其它各洲，强降水事件变化的信度最高为中等。

海洋变暖在气候系统储存能量的增加中占主导地位，1971-2010年间累积能量的90%以上可由此加以解释（高信度）。几乎确定的是，1971-2010年，海洋上层（0-700米）已经变暖；19世纪70年代至1971年间，海洋上层可能已变暖。

1957-2009年间，海洋在700米和2000米深度之间可能已经变暖。1992-2005年期间，已有充分的观测可用于评估全球2000米以下海水温度的变化。在此期间，可能的是，2000-3000米之间的海洋没有观测到显著的温度趋势。在这一时期，从3000米至洋底海洋可能已经变暖，在南大洋观测到的海水温度升幅最大。

在观测数据相对充足的1971-2010年这40年间，气候系统增加的净能量中有60%以上储存在海洋上层（0–700米），另有大约30%储存在700米以下。通过线性趋势估算，在此时期，海洋上层的热含量可能增加了17 x 1022焦耳。

多半可能的是，与1993-2002年相比，2003-2010年间海洋上层（0–700米）热含量的增速较为缓慢。1993-2009年间，在年际变率较小的700-2000米深处，海洋吸收的热量可能没有减少。

很可能的是，自20世纪50年代以来，以蒸发为主的高盐度海区的海水已变得更咸，而以降水为主的低盐度海区的海水已变得更淡。这些区域性海洋盐度的变化趋势间接表明，海洋表面的蒸发和降水已发生变化（中等信度）。

根据完整的大西洋经向翻转环流（AMOC）十年期记录和有关AMOC各分量的更长记录，尚无观测证据表明AMOC出现变化趋势。

过去20年以来，格陵兰冰盖和南极冰盖的冰量一直在损失，全球范围内的冰川几乎都在继续退缩，北极海冰和北半球春季积雪范围在继续缩小（高信度）。

在1971-2009年间，全世界冰川的冰量损失平均速率（不包括冰盖外围的冰川）很可能是每年226Gt，在1993-2009年间很可能是每年275Gt。

南极冰盖的冰量损失平均速率可能从1992-2001年间的每年30Gt增至2002-2011年间的每年147Gt。具有很高信度的是，这些冰量损失主要发生在南极半岛北部和南极西部的阿蒙森海区。

1979-2012年间北极年均海冰范围在缩小，缩小速率很可能是在每十年3.5%至4.1%的范围内(每十年0.45至0.51百万平方公里的范围)，夏季最低海冰范围（多年海冰）很可能每十年缩小9.4%-13.6%（每十年0.73至1.07百万平方公里的范围）。北极海冰每十年平均范围的平均减少速度在夏季最高（高信度）；1979年以来连续的各个十年，每个季节北极海冰的空间范围都在缩小（高信度）。根据资料重建，具有中等信度的是，过去30年间，北极夏季海冰范围退缩史无前例，北极海表温度至少在过去1450年来异常偏高。

在1979-2012年期间南极年均海冰范围很可能以每十年1.2%至1.8%区间（每十年0.13至0.20百万平方公里范围）的速度增加。具有高信度的是，这一速率存在很大的区域差异，有些区域在增加，有些区域在减小。

具有很高信度的是，自20世纪中叶以来，北半球积雪范围已缩小。在1967-2012年时期，北半球三月和四月份平均积雪范围每十年缩小1.6%，六月份每十年缩小11.7%。在此期间，北半球积雪范围在任何月份都没有显现具有统计意义的显著增加。

具有高信度的是，自20世纪80年代初以来，大多数地区多年冻土温度已升高。在阿拉斯加北部一些地区，观测到的升温幅度达到3°C（20世纪80年代早期至21世纪00年代中期），俄罗斯的欧洲北部地区达到2°C（1971-2010年）。在俄罗斯的欧洲北部地区，1975-2005年期间已观测到多年冻土层厚度和范围的大幅减少（中等信度）。多重证据表明，自二十世纪中叶以来北极出现了大幅度增暖。

19世纪中叶以来的海平面上升速率比过去两千年来的平均速率高（高信度）。1901-2010年期间，全球平均海平面上升了0.19米。

海平面的代用数据和器测数据表明，在19世纪末至20世纪初出现了海平面从过去两千年相对较低的平均上升速率向更高的上升速率的转变（高信度）。可能的是，20世纪初以来，全球平均海平面上升速率不断加快。

很可能的是，全球平均海平面上升速率在1901-2010年间的平均值为每年1.7毫米，1971-2010年间为每年2.0毫米，1993-2010年间为每年3.2毫米。对于后一个时期海平面上升速率较高的问题，验潮仪和卫星高度计的资料是一致的。1920-1950年间可能也出现了类似的高速率。

二十世纪七十年代初以来，观测到的全球平均海平面上升的75%可以由冰川冰量损失和因变暖导致的海洋热膨胀来解释（高信度）。具有高信度的是，1993-2010年间全球平均海平面上升与观测到的海洋热膨胀（每年1.1毫米）、冰川（每年0.76毫米]）、格陵兰冰盖（每年0.33毫米）、南极冰盖（每年0.27毫米）以及陆地水储量变化（每年0.38[0.26至0.49]毫米）的总贡献一致。这一总贡献为每年2.8毫米。

具有很高信度的是，末次间冰期（距今约12.9万年至11.6万年间）的几千年中，全球平均海平面的最大值至少比当前高5米；具有高信度的是，那一时期的海平面没有高于当前的海平面10米。在末次间冰期，格陵兰冰盖对海平面上升的贡献很可能在1.4到4.3米之间，这意味着南极冰盖也对全球海平面上升做出了额外贡献（中等信度）。海平面的这种变化是在不同的轨道强迫，以及高纬度几千年平均的地表温度比目前至少高出2°C的背景下出现的(高信度)。

二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的大气浓度至少已上升到过去80万年以来前所未有的水平。自工业化以来，二氧化碳浓度已增加了40%，这首先是由于化石燃料的排放，其次是由于土地利用变化导致的净排放。海洋已经吸收了大约30%的人为二氧化碳排放，这导致了海洋酸化。

自1750年以来，由于人类活动，大气中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等温室气体的浓度均已增加。2011年，上述温室气体浓度依次为391ppm、1803ppb和324ppb，分别约超过工业化前水平的40%、150%和20%。

当前CO2、CH4和N2O的浓度大大超过了冰芯记录的过去80万年以来最高浓度。具有很高信度的是，上世纪CO2、CH4和N2O浓度增加的平均速率是过去2.2万年来前所未有的。

2002-2011年期间，因化石燃料燃烧和水泥生产造成的CO2年平均排放量为每年8.3[7.6至9.0]GtC12（高信度），2011年是9.5GtC，比1990年水平高出54%。在2002-2011年期间，因人为土地利用变化产生的CO2年净排放量平均为每年0.9GtC（中等信度）。

从1750年至2011年，因化石燃料燃烧和水泥生产释放到大气中的CO2排放量为375[345至405]GtC，因毁林和其它土地利用变化估计已释放了180GtC。这使得人为CO2排放累积量为555GtC。

在这些人为CO2排放累积量中，已有240GtC累积在大气中，有155[125至185]GtC被海洋吸收，而自然陆地生态系统累积了160GtC。

海洋酸化可用pH值13的下降来度量。自工业化时代初期以来，海表水的pH值已经下降了0.1（高信度），相当于氢离子浓度增加了26%。

改变地球能量收支的自然和人为物质与过程是气候变化的驱动因子。辐射强迫14（RF）量化了与1750相比在2011年由这些驱动因子引起的能量通量变化，除非另有说明。正辐射强迫值导致地表变暖，而负辐射强迫值导致地表变冷。辐射强迫的估算是基于实地观测和遥感观测、温室气体和气溶胶的特性以及基于利用可代表已观测到的各种过程的数值模式的计算结果。某些排放的化合物会影响其它物质的大气浓度。辐射强迫量可根据每一种物质的浓度变化进行计算15。亦可以根据排放计算某一化合物的辐射强迫，这与人类活动有着更直接的联系。它包含了受排放影响的所有物质的贡献。在考虑所有驱动因子的情况时，两种方法的人为辐射强迫总估计值是一致的。虽然在本摘要中两种方法均有使用，但是更侧重于基于排放的辐射强迫。

相对于1750年，2011年总人为辐射强迫值为2.29[1.13至3.33]W m-2（见图SPM.5），自1970年以来其增加速率比之前的各个年代更快。2011年的总人为辐射强迫的最佳估计值比《IPCC第四次评估报告》给出的2005年值高43%。这是由大多数温室气体浓度的继续增加和气溶胶强迫作用的估算值得到改善（气溶胶强迫产生的净冷却效应（负辐射强迫）比之前的评估偏弱）共同造成的。{8.5}

相对于1750年，2011年由混合充分的温室气体（CO2、CH4、N2O和卤代烃）排放产生的辐射强迫为3.00[2.22至3.78]W m-2。由这些气体浓度变化造成的辐射强迫为2.83[2.26至3.40]W m-2。

仅CO2排放产生了1.68[1.33至2.03]W m–2的辐射强迫。将造成CO2浓度增加的其它含碳气体的排放包括在内，CO2的辐射强迫值为1.82W m–2。

仅CH4排放产生了0.97[0.74至1.20]W m-2的辐射强迫。这远大于基于浓度的估算值0.48m-2（自《IPCC第四次评估报告》以来无变化）。估算值中的差异是由于CH4排放导致的臭氧浓度的变化和平流层水汽含量的变化以及其它间接影响CH4的排放所造成的。

平流层中耗损臭氧的卤代烃排放引起0.18W m-2的净正辐射强迫。卤代烃本身的正辐射强迫已超过了它导致的臭氧损耗所产生的负辐射强迫。所有卤代烃的正辐射强迫与第四次评估报告的值相似，其中CFCs造成的辐射强迫降低，但其很多替代物造成的辐射强迫增加了。

短寿命周期气体的排放对总人为辐射强迫值有贡献。一氧化碳（CO）排放几乎确定已引起正辐射强迫，氮氧化物（NOx）可能已引起净负辐射强迫。

大气中气溶胶总效应（包括气溶胶造成的云调节）的辐射强迫为–0.9[–1.9至-0.1]W m-2（中等信度），这是将大多数气溶胶产生的负强迫作用和黑碳吸收太阳辐射产生的正贡献合计得到。具有高信度的是，气溶胶及其与云的相互作用已抵消了源于充分混合的温室气体引起的全球平均强迫的很大一部分。它们仍然是总辐射强迫估算中的最大不确定性来源。

在火山爆发后的若干年内，平流层火山气溶胶的强迫作用对气候有很大影响。2008-2011年间几座小火山的喷发已产生了–0.11[–0.15至–0.08]W m–2的辐射强迫，其强度大约是1999-2002年火山气溶胶辐射强迫的两倍。

由于太阳辐照度变化产生的辐射强迫估计为0.05W m-2。1978至2011年期间对太阳总辐照度变化的卫星观测表明，最后一个太阳极小值低于前两个极小值。这导致最近一次极小值（2008年）与1986年极小值之间产生了–0.04W m-2的辐射强迫差值。

除了几次大规模火山爆发以后的短暂时期以外，太阳辐照度和平流层火山气溶胶产生的总自然辐射强迫在整个过去一个世纪对净辐射强迫的贡献很小。

认识气候系统及其最近的变化

认识气候系统最近的变化是基于对观测、反馈过程的研究和模式模拟的综合。评估气候模式模拟最近变化的能力时需考虑所有被模拟的气候系统分量的初始状态，以及用于驱动各模式的自然和人为强迫。与第四次评估报告相比，目前的观测资料更加详尽、时间序列更长，气候模式得到进一步改进，它们能够在更多的气候系统分量中把已检测到的变化归因于人为影响。

人类对气候系统的影响是明确的。从大气中温室气体浓度增加、正辐射强迫、观测到的变暖以及对当前气候系统的科学认识均清楚地表明这一点。

对气候模式的评估

自《第四次评估报告》以来，气候模式已得到改进。模式能够再现观测到的大陆尺度地表温度分布和多年代际趋势，包括自20世纪中叶以来的快速增温和大规模火山爆发后立即出现的降温（很高信度）。

长期气候模式模拟结果显示的1951-2012年的全球平均地表温度趋势与观测到的趋势相一致（很高信度）。然而，模拟与观测的10–15年(例如1998到2012年)的短期趋势之间存在差异。

与1951-2012年相比，1998-2012年间观测到的地表增温趋势减少是因为辐射强迫趋势减弱以及内部变率（包括海洋内部可能的热量再分配）致冷效应，二者的贡献不相上下（中等信度）。辐射强迫趋势减弱主要是因为火山爆发和为期11年的太阳周期处于下行阶段。但是，对造成变暖趋势减少的辐射强迫变化的作用进行量化仅有低信度。具有中等信度的是，自然内部年代际变率在很大程度导致了观测和模拟之间的差异；模式模拟不能重现内部变率的时间。还有可能是由于不足的强迫，以及某些模式高估了对增加的温室气体和其它人为强迫（主要是气溶胶效应）的响应。

模式模拟地表温度的能力在区域尺度上比更大尺度上的可信度要低。然而，具有高信度的是，对区域尺度地表温度的模拟能力好于第四次评估报告时期。

自第四次评估报告以来，对极端天气气候事件的评估取得了重要进展。模拟的20世纪后50年极暖和极冷昼夜频次的全球平均趋势与观测基本一致。

自第四次评估报告以来，对大陆尺度降水分布的模拟得到一些改进。在区域尺度仍然不能很好地模拟降水，而且由于观测的不确定性使得评估工作仍然很难开展。

现在模式能够更好地再现一些重要的气候现象。具有高信度的是，自第四次评估报告以来，基于多模式模拟的季风和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的结果有所改进。

与第四次评估报告相比，气候模式目前包括更多的云和气溶胶过程以及它们的相互作用，但是模式中这些过程的表征和量化仍然是低信度。

具有确凿证据的是，与第四次评估报告相比，更多的模式能够再现1979年以来夏季北极海冰范围的下降趋势，大约四分之一的模式模拟的趋势与观测的趋势一样大或更大。尽管模式间结果的离散度很大，大多数模式模拟的南极海冰范围呈小幅下降的趋势，这与观测到的小幅增加的趋势相反。

许多模式再现了1961年至2005年间观测到的海洋上层（0-700米）热含量的变化（高信度），在大部分时期中，多模式平均的时间序列都在现有观测的估计值范围内。

包括碳循环的气候模式(地球系统模式)能够模拟出全球海洋-大气二氧化碳通量分布，包括热带地区的排放和中、高纬度地区的吸收。其中的大多数模式模拟的20世纪后半期的全球陆地和海洋碳汇都在观测的估计值范围内。

气候系统响应的量化

温度变化的观测和模式研究，气候反馈和地球能量收支的变化一起，为全球变暖对过去和未来强迫的响应幅度提供了信度。

水汽变化以及大气和地表增暖之间差异的共同影响所造成的净反馈极有可能为正，因此会放大气候的变化。包括所有云型产生的净辐射反馈可能为正。造成云反馈正负符号和大小不确定性的主要原因是变暖对低云影响的持续不确定性。

平衡气候敏感度量化了气候系统对多世纪时间尺度上恒定辐射强迫的响应。它是指大气CO2浓度加倍后达到平衡时的全球平均地表温度的变化。平衡气候敏感度的范围可能是1.5°C至4.5°C（高信度），极不可能低于1°C（高信度），很不可能大于6°C（中等信度）。因此评估的平衡气候敏感度可能范围的温度下限小于第四次评估报告中的2°C，但是上限是相同的。这一评估反映了更好的科学认识，增加的大气和海洋资料记录，以及对辐射强迫的最新估计。

全球气候变化的速率和幅度决定于辐射强迫，气候反馈和气候系统储存的能量。对这些量近几十年的估计值与评估的平衡气候敏感度的可能范围相一致，为认识人为气候变化提供了有力证据。

瞬时气候响应量化了年代际到百年时间尺度上气候系统对增加的辐射强迫的响应。它是指大气CO2浓度每年增加1%直至加倍时的全球平均地表温度的变化。瞬时气候响应的范围可能为1.0°C至2.5°C，极不可能大于3°C。

一个相关的变量是累积碳排放的瞬时气候响应（TCRE）。它量化了气候系统对累积碳排放的瞬时响应见E.8节）。TCRE定义为向大气中每排放1000GtC时的全球平均地表温度变化。TCRE的范围可能是每1000 gC起0.8°C至2.5°C的温度变化，这适用在达到温度峰值之前，累积排放不超过2000GtC的情况下。

许多指标可用于比较不同物质的排放对气候变化的贡献。最合适的指标和时间尺度取决于在特定的应用中气候变化哪方面最重要。没有一种指标能精确比较不同排放的所有后果，每个都具有局限性和不确定性。全球增温潜势是基于特定时间尺度上的累积辐射强迫，全球温度变化潜势是基于选定时间点上的全球平均地表温度的变化。在报告全文中提供了更新后的数值。