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气候变化科学史

气候变化科学史（英语：History of climate change science）始于19世纪初，当时人们首次怀疑冰河时期和古气候学中其他自然变化的归因，并首次确定有自然发生的温室效应。到19世纪后期，科学家首先提出人类排放温室气体可能会改变地球能量收支和气候。许多其他气候变化理论也被提出，包括有火山作用和太阳周期等活动。直到1960年代，二氧化碳是导致地球变暖的证据变得越来越明显。有些科学家还指出人类各式活动产生的大气气溶胶具有降温效果。

19世纪爱尔兰物理学家约翰·丁达尔所设计的分光光度测试仪，用以测试管中不同气体吸收及输出红外线的能力。（绘于1861年）。[1]

在20世纪70年代，科学观点越能支持地球变暖的观点。到1990年代，由于电脑模拟的精确度提高，加上检测工作证实米兰科维奇循环与冰河时期理论间的相关性，一个共识形成：温室气体是深度影响大多数气候变化的因素，人为排放这类气体正导致明显的全球变暖。从20世纪90年代起，对气候变化的科学研究加入多个学科，并不断扩大。研究扩展世人对因果关系的理解、与历史数据的联系以及衡量和模拟气候变化的能力。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发表的评估报告中包含有这一时期的研究总结。

从广义上讲，所谓气候变化是涵盖几十年到数百万年期间，天气模式中重大而持久变化的统计分布。它是平均天气条件或围绕平均条件的天气分布的变化（例如更多或更少的极端天气事件）。气候变化受到多种因素引发，包括海洋过程（如洋流循环）、生物过程（如植物）、太阳辐射变化、板块构造移动和火山爆发，以及人类引起的自然界变动。前述影响中的最后一个目前正导致全球变暖，而“气候变化”通常被用来描述特别是由人类造成的影响。

20世纪之前

区域变化，从远古到19世纪

参见：全新世

人们自古以来就怀疑一个地区的气候会在几个世纪内发生变化。例如公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德的学生泰奥弗拉斯托斯讲述当沼泽地经排水后，会让特定地区更容易结冰，并推测当砍伐森林让土地暴露在阳光下时，当地会变得更暖和。公元前1世纪，古罗马文学家兼古罗马建筑家维特鲁威撰写有关气候与住宅建筑的关系，以及如何选择城市地点的文章。 [2][3]文艺复兴时期的欧洲和后来的学者发现自古以来，因森林砍伐、灌溉和放牧活动，已在地中海周围的土地产生改变，他们认为这些人为干预会对当地天气产生影响是合理的说法。[4][5]中国北宋学者、政治家沈括在1088年其撰写的著作《梦溪笔谈》中，叙明因曾在干旱气候带的兖州（今中国山东省及河南省间的区域）北部发现地下保存着古老的石化竹子，而倡导当地在数百年的时间内发生气候渐变学说，在现代远离中国温暖湿润气候地区的陕西省延安市，仍生长有竹子。[6][7]

在18和19世纪，北美洲东部多处土地由森林转变为农田，让当地人可在其有生之年见证到明显的变化。从19世纪初开始，许多人认为这种转变已改变当地的气候，可能会变得更好。当那些被称为“草原破坏者（sodbusters）”的农民占据北美大平原时，他们抱持“耕种带来雨量（英语：rain follow the plow）”的信念。[8][9]但其他专家不同意，一些人认为森林砍伐导致雨水迅速流失，以及洪水泛滥，甚至会导致降雨量减少。欧洲学者认为，“高加索人种”居住的温带是天然有利于文明的传播，并提出古代近东的东方人漫不经心，将其曾繁茂的土地变成贫瘠的沙漠。[10]

与此同时，几个国家气象机构已开始汇集大量可靠的温度、降雨量等观测资料。对这些数字做分析时，会发现其中有许多上升和下降，但并无稳定的长期变化。在19世纪末之前的科学观点是坚决反对任何关于人类会影响到气候的想法。无论各地的影响为何，很少有人会想到人类会影响到整个地球的气候。[10]

古气候变化及归因理论 - 19世纪

 
这种远离现存冰河，称为漂砾的巨石，让地质学家相信是由现已不存在的远古冰河携带而来。
 
约瑟夫·傅立叶
 
詹姆斯·克罗尔（英语：James Croll）
主条目：古气候学、冰河时期和温室效应

从17世纪中叶开始，博物学家试图将自然哲学中的机械理论与神学调和，最初是依据厄谢尔年表（英语：Ussher chronology）（根据圣经记载及历法考证）的时间尺度。到18世纪后期，有越来越多的人接受有史前时代的事实。地质学家发现一系列随着气候变化而形成的地质年代证据。对这些变化有各种相互竞争的理论。法国博物学家布丰提出，最初的地球是个炽热的球体，并在逐渐冷却。苏格兰地质学家詹姆斯·赫顿的巨大周期循环变化思想（后被称为均变论），他是在现代温暖的地方发现当地曾有过冰河活动迹象的人士之一。[11]

1815年，一位瑞士籍的木匠让-皮埃尔·佩罗丹（法语：Jean-Pierre Perraudin)）首次描述冰河可能是携带巨石进入高山山谷中的原因。当他在名为Val de Bagnes（英语：Val de Bagnes）的地方徒步旅行时，注意到散落在狭窄山谷四周的巨大花岗岩岩石。他知道要搬动这么大的石头需要非同一般的巨大力量。他还注意到留在陆地上由冰河产生的轨迹，他的结论是这些巨石是由冰河带来的。[12]

让-皮埃尔·佩罗丹的想法最初令人难以置信。德国-瑞士地质学家让·德·夏彭蒂埃（英语：Jean de Charpentier）写道：“我发现佩罗丹的假设如此非凡，甚至是如此夸张，让我认为不值得研究，甚至是连考虑都不值得。”[13]尽管佩罗丹的假设最初遭到夏彭蒂埃排斥，最终还是让瑞士冰河学家伊格纳兹·威尼兹（英语：Ignaz Venetz）信服，认为值得研究。威尼兹说服夏彭蒂埃，夏彭蒂埃又说服有影响力的瑞士裔美国籍科学家路易·阿加西，确定这种冰河理论有其价值。[12]

阿加西发展一个他称之为“冰河时期”的理论 - 当时冰河覆盖欧洲和北美洲大部分地区。阿加西在1837年成为第一个以科学方式提出地球曾经历过冰河时期的人。[14]英国神学家及地质学家威廉·布克兰曾是洪水地质学（英语：flood geology）（后被称为灾变论）的主要支持者，这种理论把凌乱分布的巨石和其他称为“（诺亚时代）洪积层”解释为圣经中洪水的遗迹，而遭到英国地质学家查尔斯·莱尔所持均变论的强烈反对，布克兰和其类似地质学家逐渐把灾变论抛弃。布克兰于1838年10月与阿加西前往阿尔卑斯山实地考察，终于相信在英国的某些特征是由冰川作用所造成，布克兰和莱尔都强烈支持冰河时期理论（此理论在1870年代受到广泛支持）。[11]

在冰河时期的概念被提出之前，法国数学家及物理学家约瑟夫·傅立叶于1824年根据物理学推断，由于地球有大气层，会让地球比在真空状态下更为温暖。傅里叶认识到大气层可有效将可见光波传输到地球表面。随后地球吸收可见光并发出红外线辐射作为响应，但大气层无法有效传输红外线，因而导致地表温度增加。他还怀疑人类活动可能会影响辐射平衡和地球气候，但他主要关注的是土地利用的变化。傅里叶在1827年的一篇论文中指出，[15]

人类社会的建立和进步，加上自然力的作用，可在广大地区显著把地表状态、水的分布以及巨大空气运动改变。经历过许多世纪后，这种影响能够导致平均气温变化，因为解析表达式包含有与地表状态相关的系数，这系数会在温度上产生很大的影响。

傅立叶的研究的基础来自之前的发现：法国物理学家埃德姆·马略特于1681年注意到玻璃虽然可让阳光透过，但会阻挡热辐射。[16][17]瑞士博物学家奥拉斯-贝内迪克特·德索叙尔在大约1774年显示不发光的温暖物体会发出红外线热量，他并使用玻璃盖绝缘盒来捕获和测量来自阳光的热量。[18][19]

法国物理学家克劳德·普利特（英语：Claude Pouillet）于1838年提出，水蒸气和二氧化碳可能会捕获红外线并让大气变暖，但当时仍没实验证据来显示这些气体会从热辐射中吸收热量。[20]

1856年，美国女性科学家及发明家尤尼斯·牛顿·富特（英语：Eunice Newton Foote）研究阳光对不同气体的变暖效应，她把装了气体的玻璃管暴露在阳光下做实验。太阳对压缩空气的升温作用大于对抽掉空气的玻璃管，对潮湿空气的影响大于对干燥空气的。“第三，我发现太阳光对二氧化碳发挥的影响最大。”她说 “大气中有二氧化碳，应该会把地球的温度升得很高。如果假设将来的大气中混入比现在更多的二氧化碳，这种气体的作用以及增加的重量必然导致温度升高。”美国科学家约瑟·亨利教授于1856年8月在美国科学促进会会议中介绍富特女士的发现，由在场的记者大卫·埃姆斯·威尔士（英语：David Ames Wells）撰写为简短报告。富特女士的论文于当年较晚时在科学期刊美国科学与艺术杂志（英语：American Journal of Science and Arts）上发表。当时很少有人注意到，直到21世纪才被重新发现。[21][22][23][24]

直到1859年，爱尔兰物理学家约翰·丁达尔将傅立叶的研究往前推进一步，他建造一个装置来研究不同气体对红外线辐射的吸收。他发现水蒸气、甲烷 (CH4) 等碳氢化合物和二氧化碳 (CO2) 会强烈阻挡辐射。他明白如果没这些气体，地球将会迅速冻结。[25][26]

有些科学家认为冰河时期和其他重大气候变化是由于火山作用产生的气体量排放所致。但这只是众多可能原因之一。另一个明显的可能性是太阳周期的结果。洋流的变化也可用来解释许多气候变化的原因。对于历时数百万年的变化，如山脉的升高和降低会改变风和洋流的模式。或者也许某个大陆的气候根本没改变，但由于真正极移（北极会移动到赤道所在的位置或类似处）而会变得更暖或更冷。同时出现的气候理论有几十种。

例如在19世纪中叶，苏格兰籍科学家詹姆斯·克罗尔（英语：James Croll）发表关于太阳、月球和行星的引力如何微妙影响到地球的运动和方向的计算方式。地球自转轴的倾角及其绕太阳轨道的形状在持续数万年的周期内缓慢振荡。在某些时期，北半球冬季的日照会比其他时期略少。降雪因此聚集，反射阳光并导致自我维持的冰河时期发生。[13][27]但大多数科学家发现克罗尔的想法，以及所有其他气候变化理论，均无法令人信服。

首次计算温室效应，1896年

 
斯万特·奥古斯特·阿瑞尼斯于1896年计算，当大气中二氧化碳加倍时，地表气温会升高5-6°C。
 
托马斯·克劳德尔·张柏林
 
此篇1902年的报纸文章说，根据阿瑞尼斯的理论，人类因继续燃烧煤炭会导致灭绝。[28]
 
此篇1912年的报纸文章简洁说明，人类燃烧煤炭会产生二氧化碳，而导致气候变化。[29]

在1890年代后期，美国天文学及物理学家塞缪尔·兰利和美国天文学家法兰克·W·维利（英语：Frank Washington Very）[30]尝试通过测量离开月球并到达地球的红外线辐射来确定月球表面温度。[31]当科学家进行测量时，月球在天空中的角度决定​​月球辐射必须穿过多少地球大气中二氧化碳和水蒸气才能到达地表，而导致当月球在低空时，所测量到的红外线辐射较弱（因角度关系，需穿过较多的大气层抵达地表）。鉴于科学家对红外辐射吸收已有数十年的了解，这一结果并不令人意外。

在1896年，瑞典化学家斯万特·奥古斯特·阿瑞尼斯采用兰利对红外线吸收增加的观察结果，月球射线以低角度穿过大气层（会经过更多的二氧化碳） ，以估计未来减少二氧化碳后，对大气的冷却效果。他意识到较冷的大气会含有较少的水蒸气（另一种温室气体），将此额外的冷却效果加以计算。他还意识到降温会增加高纬度地区的冰雪覆盖，让地球反射更多阳光，而会进一步降温，与詹姆斯·克罗尔所假设的相同。总体而言，阿瑞尼斯计算出将大气中二氧化碳减半就足以产生一个冰河时期。他进一步计算出，如果大气中的二氧化碳浓度增加一倍，地球温度将升高5-6°C。[32]

此外，阿瑞尼斯的同事阿威德· 霍格泵（英语：Arvid Högbom）（阿瑞尼斯于1896年发表的研究《关于空气中碳酸对地球温度的影响》[33]中曾大量引用霍格泵的研究结果）一直试图把自然来源的二氧化碳予以量化 ，以了解全球的碳循环。 霍格泵发现在1890年代由工业来源（主要是燃烧煤碳）的二氧化碳产量已与自然来源相当。[34]阿瑞尼斯注意这种人类排放的碳最终会导致正的地球能量收支发生（而导致地球变暖）。但由于1896年全球二氧化碳的产生率相对较低，他的结论是发生变暖需历经数千年，并预计此现象将对人类有益。[34][35]到1908年，由于全球化石燃料使用率不断增加，他将此预测修改为只需要数百年，并且此现象在其有生之年均将对人类有益。 [36]

美国地质学家托马斯·克劳德尔·张柏林于1899年详细提出气候变化会由大气中二氧化碳浓度的变化引起的观点。[37]张伯林在他当年发表的著作《试图在大气基础上构建冰期成因的工作假设》中写道：

以前提倡的大气假说 - 冰河时期可能是由于大气中二氧化碳含量变化引起的一般学说 - 并不新鲜。约翰·丁达尔在半个世纪前就曾倡导这个概念，此后其他人也持续在倡导。而最近阿瑞尼斯博士更是有效的提倡这一点，比他的前辈更迈出一大步，将其结论简化为由观察数据中推导出来的确定数字项目。 ..二氧化碳的作用。经由丁德尔、Lecher博士及其同事Pretner、J.S. Keller、Roentgen教授和阿瑞尼斯的研究显示大气中的二氧化碳和水蒸气具有显著的吸收和暂时保留热射线的能力，而氧气、氮气和大气中的氩气仅具有微弱的能力。因此，二氧化碳和水蒸气的作用是吸收热量并覆盖地球。 .. 大气中二氧化碳和水的数量大幅增加或减少的一般结果可归纳如下：

  • a. 增加后会导致吸收更多太阳辐射能量，升高平均温度，而减少后则会降低平均温度。阿瑞尼斯博士根据兰利教授观察结果而作详尽数学讨论，得出的估计是二氧化碳含量增加为目前含量的两倍或三倍，就会让地表平均温度升高8°C或9°C，并会带来类似于第三纪中期盛行的温和气候。另一方面，如果大气中的二氧化碳含量减少到当前含量的55%到62%，地表平均温度将降低4°C或5°C，而导致类似更新世时期的气候。
  • b.大气中二氧化碳含量增加和减少的第二个影响是，一方面是地表温度的均衡，或另一方面是它们的差异化均衡。地表的温度随纬度、海拔高度、陆地和水的分布、昼夜、季节以及其他一些可被忽略的因素而变化。据推测，大气吸收热量增加会将温度平衡，并会消除伴随这些偶然情况的变化。相对的，大气吸收热量减少，往往会加剧所有变化。温差加剧的次要影响是为恢复平衡而增加大气运动。增加的大气运动（必然是对流）将较暖的空气带到大气顶层，促进热量排放，而将主要影响加剧。 ...

在输出射线的情况下，会比在输入射线所吸收的比例要大得多，因为输出涉及主要是长波射线，阿瑞尼斯制作的表格显示在高纬度地区，吸收会随着碳酸含量的增加而增加，高于在低纬度地区所发生的。例如当前碳酸含量增加两倍时，在北纬60°和70°之间区域的温度会比赤道升高多出21.5%。

现在有必要指派能在某些时候以高于正常增加速度，从大气中去除二氧化碳的机制，有时这样做会产生冰河作用。另一方面，能在某些其他时间将其恢复到足以产生温和气候的大气。

在冰河时期的后期，温度开始升高时，会促进解离，海洋会以更快的速度释放二氧化碳，有助于加速气候改善。

对存于不同地质时期的生命进行研究，显示出生命物质的总质量似乎有非常显著的波动。可肯定的是陆地和海洋的生命之间存在一种相互关系，因此当后者在大陆平台上延伸并大幅增加时，前者则会缩小，纵然如此，似乎很清楚的是陆地和海洋的总和生命活动在各个世代均有显著的波动。据信在总体上，它在海洋扩张和温和气候时期的数量最大，而在发生破坏和气候变化增强时期最小。然后，该因素与先前提到的碳酸释放发生相反的作用，并且会有抵消其影响的倾向。

在海洋扩张和陆地缩减的时期（特别是在达到基准面（英语：base level）时期），居住在浅水，会分泌石灰成分生物的栖息地同时扩大，让释放二氧化碳的机制加速活动，海洋因温度升高，进一步增加离解，而降低吸收二氧化碳的能力。同时因土地面积减少，硅酸盐原始分解和石灰石和白云石溶液中的二氧化碳消耗量都较低。

导致往复机制再次结合，而是增加空气中的二氧化碳。这些都是重要及必要的因素。它们会由已提到的几个附属机制修改，但这些机制的数量被认为不足以防止大气结构发生甚为显著的波动。

因此根据推测，地质史中曾出现过截然不同气候事件的交替，一方面是几乎全球都是一致的气候温和、平稳、潮湿的时期。另一方面则是出现极度干旱和降水、极热和极冷的时期，而出现盐和石膏沉积物、陆地砾岩、红色砂岩和页岩、长石沉积物，偶尔会在低纬度地区出现冰河。[38]

描述这种变暖过程的术语“温室效应（greenhouse effect）”是由瑞典气候学家Nils Gustaf Ekholm（英语：Nils Gustaf Ekholm）于1901年引入。[39][40]

20世纪之后

古气候与太阳黑子，1900年代初到1950年代

阿瑞尼斯的演算引发争议，甚至进入一场有关大气变化是否导致冰河时期的更大辩论。在实验室中测量红外吸收的实验似乎显示二氧化碳含量增加后，导致的差异很小，并且还发现二氧化碳吸收与水蒸气吸收之间有显著重叠，所有这些都显示增加二氧化碳排放量对气候的影响很小。这些早期实验后来被发现是当时采用的仪器有不够精准的问题。许多科学家还认为海洋会迅速吸收多余的二氧化碳。[34]

其他关于气候变化原因的理论的表现也乏善可陈。主要进步是发生在观测古气候学方面，因为地质学中不同领域的学者都想出揭示古代气候的方法。 美国地质学家威尔莫特·H·布拉德利（英语：Wilmot Hyde Bradley）在1929年发现每年沉积在湖床上的季候泥可显示出气候周期。美国天文学家安德鲁·埃利科特·道格拉斯（英语：A. E. Douglass）发现树木年轮中存有强烈的气候变化迹象 - 他注意到在干旱年份中的年轮会较薄，他也报告太阳变化对气候的影响，特别是与德裔英国天文学家威廉·赫雪尔和其他人之前注意到的17世纪太阳黑子稀少（蒙德极小期）有关。但其他科学家则找出充分理由，怀疑树木年轮除能揭示随机区域变化之外，尚能提供任何信息。树木年轮对气候研究的价值到1960年代才能牢固确立。[41][42]

在整个1930年代里，最坚定倡导太阳-气候联系的是美国天体物理学家查理斯·艾博特。他在1920年代初期得到结论，认为太阳常数中的“常数”的命名有误：根据他的观察，其实有巨大的变化，他将其与太阳表面出现的太阳黑子作联系。他和其他一些人到1960年代仍持续研究这个议题，坚信太阳黑子的变化是气候变化的主要原因。而其他科学家则持怀疑态度。[41][42]但尝试把太阳周期与气候周期联系起来的思维在1920年代和1930年代很流行。有声誉卓著的科学家宣布其间的相关性，并坚信这些相关性可靠到可做出预测。但每个预测都以失败收场，让此主题声名狼藉。[43]

 
米卢廷·米兰科维奇

与此同时，塞尔维亚籍科学家米卢廷·米兰科维奇以克罗尔的理论为基础，改进随着太阳和月亮逐渐扰动地球轨道，因此改变太阳辐射距离和角度的繁琐计算。对季候泥（在湖底的泥浆）的一些观察结果与其建立，与持续约21,000年的米兰科维奇循环的预测相符。但大多数地质学家驳斥这项天文理论。因为他们无法将米兰科维奇的时间安排与公认的序列相匹配，而此序列只包含四个冰河时期，且每个都超过21,000年甚多。[44]

英国工程师Guy Stewart Callendar（英语：Guy Stewart Callendar）于1938年试图重新导入阿瑞尼斯的温室效应理论。 Callendar提供的证据显示在过去的半个世纪里，大气中的温度和 二氧化碳水平都在上升，他认为较新的光谱测量显示这种气体能有效吸收大气中的红外线。但大多数科学观点继续质疑或忽视温室效应理论。[45]

日益受到关注，1950年代至1960年代

 
查尔斯·大卫·基林接受布希总统颁发的美国国家科学奖章（2001年）。

在1950年代制作更精确的光谱显示二氧化碳与水蒸气在吸收方面并未完全重叠。气候学家还意识到高层大气中几乎没水蒸气。这两项发展都显示二氧化碳的温室效应不会被水蒸气所掩盖。[46][34]

1955年，奥地利裔美国籍物理化学家汉斯·苏斯（英语：Hans Suess）在1955年对碳-14同位素分析，显示由化石燃料释放的二氧化碳不会立即被海洋吸收。1957年，由于科学界对海洋化学有更好的理解，导致美国学者Roger Revelle（英语：Roger Revelle）意识到海洋表层吸收二氧化碳的能力有限，他还预测大气中二氧化碳水平将会上升，此预测后来由美国科学家查尔斯·大卫·基林证实。[47]到20世纪50年代后期，有越来越多的科学家认为二氧化碳排放可能是个问题，一些人在1959年预测，二氧化碳排放量到2000年将增加25%，而可能会对气候产生“根本性”影响。 [34]在1959年由美国石油学会和哥伦比亚商学院筹办的美国石油工业百年庆典上，犹太裔美国籍理论物理学家爱德华·泰勒说：“根据计算，对应于二氧化碳增加10%而产生的气温升高就足以融化冰盖，把纽约市淹没。......目前大气中的二氧化碳比正常情况已升高2%。如果我们继续以指数型增加方式使用纯传统燃料，到1970年，大气中二氧化碳含量可能会比正常情况升高4%，到1980年，可能会升高8%，到1990年则会升高16%。”[48]查尔斯·戴维·基林在1960年证明大气中的二氧化碳浓度实际上正在上升。随着这种基林曲线式的上升，关注度也逐年随之上升。

气候变化本质中的另一个线索在20世纪60年代中期出现，来自意大利裔美国籍地质学家Cesare Emiliani（英语：Cesare Emiliani）对深海岩芯的分析以及美国地球化学家Wallace Broecker（英语：Wallace Smith Broecker）及其合作者对古珊瑚的分析。他们发现的是地球并非只有4个漫长的冰河时期，而是大量按规则顺序排列，期间较短的冰河时期。冰河时期的时间似乎是由米兰科维奇循环的小型轨道移动所决定。此假说仍存有争议，但一些人开始认为气候系统对微小变化很敏感，会立即从稳定状态转变为另一种状态。[44]

与此同时，科学家们开始使用电脑开发更复杂的阿瑞尼斯演算版本。 日本裔美国籍气象学家真锅淑郎和气候学家理查德·韦瑟拉德（Richard Wetherald）利用电脑在吸收曲线进行数值积分的能力，在1967年首次对包含对流的温室效应进行详细计算（“Manabe-Wetherald一维辐射对流模型”）。[49][50]他们发现在没有云层变化等未知反馈的情况下，二氧化碳从当前水平增加一倍将导致全球温度升高约2°C。真锅淑郎由于这项研究（及相关工作）而与其他科学家共同分享2021年诺贝尔物理学奖。[51]

到1960年代，气溶胶污染（“烟雾”）已成为许多城市的严重问题，一些科学家开始考虑悬浮微粒污染的降温效果是否会对全球温度产生影响。科学家们不确定气溶胶污染的冷却效应或是温室气体排放的变暖效应，哪一种有较高的主导力量，但无论如何，他们开始怀疑人类排放的气体可能会在21世纪，或是更早，产生破坏气候的效果。美国生态学家保罗·R·埃利希在其参与著作，于1968年出版的《人口炸弹（英语：The Population Bomb）》一书中写道，“现在温室效应因大气中二氧化碳的大幅增加而加剧……[这]又被被低层的凝结尾迹、灰尘、和其他污染物冷却效果抵销……这种将大气当作垃圾场的行为，我们目前尚无法预测会产生如何的总体气候结果。”[52]

从1938年开始建立的全球温度记录的工作在1963年达到顶峰，当时美国气候学家J·莫瑞·米切尔（英语：J. Murray Mitchell）提出第一份最新的温度重建结果。他的研究包含来自200多个气象站的数据（由世界天气记录（World Weather Records）数据库收集），用于计算地球纬度的平均温度。米切尔在他的演讲中表明全球气温从1880年开始稳步上升，直到1940年。而后出现长达数十年的降温趋势。米切尔的工作促成科学界全面接受可能的全球变冷趋势。[53][54]

美国总统林登·詹森的科学顾问委员会于1965年发表具有里程碑意义的报告“恢复我们的环境品质（Restoring the Quality of Our Environment）”，就燃烧化石燃料而排放的有害影响发出警告：

遗留在大气中的部分可能会对气候产生重大影响，二氧化碳在可见光下几乎是透明的，但它具有强大的红外线辐射吸收力和反射力，特别是针对波长在12至18微米的部分，因此大气中二氧化碳的增加会像温室玻璃墙一样，有提高低层空​​气温度的作用。 [37]

科学顾问委员会采用的是最近可用的全球温度状态和查尔斯·戴维·基林及其同事的二氧化碳数据而取得结论。他们称大气中二氧化碳含量的上升是直接由燃烧化石燃料而来。该委员会报告于终结时指出，人类活动会越过活动发生所在地之外，而产生重大的全球影响。 “人类在不知不觉中正在做一项巨大的地球物理实验”。[54]

诺贝尔奖得奖者，美国原子能委员会主席格伦·西奥多·西博格在1966年就气候危机发出警告：“按照目前我们向大气中排放二氧化碳的速度（每年60亿吨），会在未来几十年内导致大气层的热平衡发生足够大的改变，而发生显著的气候变化 - 即使到那时我们在人工影响天气计划方面取得重大进展，也可能无法将这些变化控制住。”[55]

国际斯坦福研究所于1968年为美国石油学会所做的一项研究指出：[56]

如果地球温度显著升高，可能会发生许多事件，包括南极冰盖融化、海平面上升、海洋变暖以及光合作用增强。 ... Roger Revelle指出，人类现在正在对其所处的环境（地球）进行大规模的地球物理实验。几乎可肯定到2000年会发生显著的温度变化，而导致气候变化。

北约于1969年成为第一个在国际层面应对气候变化的候选者。当时计划在民用领域建立其研究和倡议中心，以处理酸雨和温室效应等环境主题。[57]美国总统理查·尼克森的建议，在当时德国总理库尔特·乔治·基辛格执政下并非很成功。但是德国当局针对北约提案的主题和准备工作取得国际动力（例如1972年于斯德哥尔摩的联合国人类环境会议发表的人类环境宣言），由后来的威利·布兰特总理开始将其应用于民用领域。[57]

同样在1969年，俄罗斯气候学家米哈伊尔·布迪科（英语：Mikhail Budyko）发表冰反照率反馈理论（英语：ice–albedo feedback），这是当今所谓的极地放大效应的基础要素。[58]美国气象学家威廉·D·谢勒（英语：William D. Sellers）于同年发表一个类似的模型。[59]这两项研究都引起极大的关注，因为它们暗示全球气候系统内具有失控的正反馈可能性。[60]

更多科学家加入变暖预测，1970年代

 
1965年至1975年时期的气温异常，许多地区的气温比1937年至1946年间平均温度下降1至2度。但也有部分地区的温度为上升。

在1970年代初期，有证据显示世界的气溶胶呈增加趋势，全球温度序列显示会降低温度，而促使美国大气科学家雷德·布里森（英语：Reid Bryson）和一些其他人警告可能会发生严重降温情况。这些科学家所提问题和担忧引发对这种全球变冷因素的新一波研究。 [54]与此同时，冰河时期的时机是由可预测的轨道周期决定，新的证据显示气候将在数千年内逐渐变冷。这一时期的几个科学小组的研究结论是需要更多的研究来确定是否会变暖，或是变冷，这表明在科学文献中尚未形成共识。[61][62][63]但一项对1965年至1979年科学文献的调查，发现针对未来一个世纪，有7篇文章预测会变冷，44篇预测会变暖（许多其他关于气候的文章并未提出预测），在随后的科学文献中，变暖的受到更频繁引用。[54]对变暖和温室气体的研究受到更大重视，预测变暖的研究比预测变冷的研究多近6倍，表示多数科学家因为担心变暖问题，而将注意力转往温室效应。[54]

英国气象学家约翰·索耶（英语：John Sawyer (meteorologist)）于1972年发表一篇名为《人为二氧化碳与温室效应（Man-made Carbon Dioxide and the "Greenhouse" Effect）》的研究报告。[64]他总结当时的科学知识、二氧化碳温室气体的人为归因、分布和指数型上升，这些发现至今仍然有效。此外，他还准确预测1972年至2000年间全球变暖的速度。[65][66]

因此预计到本世纪末，二氧化碳会增加25%，相当于世界温度会增加0.6°C - 这个数字比近几个世纪的气候变率略大。 –约翰·索耶，1972年

在1970年代初编制的第一批人造卫星记录显示北半球的冰雪覆盖正在增加，促使人们进一步审视全球变冷的可能性。[54]J·莫瑞·米切尔于1972年将其全球温度重建更新，仍显示会继续变冷。[54][67]但科学家们确定米切尔观察到的降温并非全球现象。全球平均值正在发生变化，部分原因是亚洲和北美洲部分地区在1972年和1973年曾经历过异常严寒的冬季，但这些变化主要局限于北半球。在南半球所观察到却是相反的趋势。但严冬将全球变冷的问题推入公众的视野。 [54]

当时的主流新闻媒体把少数预测即将降温的警告夸大。例如在1975年，《新闻周刊》杂志发表一篇题为“正在冷却的世界”的报导，警告“地球气候模式开始发生变化的不祥迹象”。 [68]这篇文章借鉴北半球地区不断增加的冰雪的研究记录，以及雷德·布里森的担忧和主张，即气溶胶导致的全球降温将超越二氧化碳的变暖。[54]文章继续指出全球变冷的证据如此强烈，以至于气象学家“很难跟得上去了解”。[54] 《新闻周刊》于2006年10月23日发布一条更新消息，称其“对世界近期未来的表达大错特错”。[69]但这篇文章和其他类似文章已在公众在气候科学的看法中产生长远的影响。[54]

致总统备忘录:
排放二氧化碳及
导致灾难性气候变化的可能性

    (在六十年内:)由于大气中的二氧化碳浓度增加会造成温室效应，引导全球温度上升约0.5 - 5°C度之间。

    ... 如此快速的气候波动对环境可能会产生灾难性的影响，因此须对此前所未有的重要和艰钜的影响进行评估。快速的气候变化会导致大规模的作物歉收，而此时世界人口的成长已让农业生产力达到极限。

    ... 问题的急迫性源自气候变化影响会在2000年后不久更为明显，而我们又不能迅速转向使用非化石能源。...
—弗兰克·普莱斯（英语：Frank Press），1977年7月7日[70]
吉米·卡特总统首席科学顾问

这种预示新冰河时期来临的媒体报导导致人们相信它们是科学家之间的共识，而科学文献并未将其反映。随着科学观点明显支持全球变暖，公众开始对科学的可信度展现质疑的态度。[54]由于科学家对全球变冷的看法是错误的，因此对全球变暖的看法也可能是错误的，这一论点被一位《时代杂志》的作者布莱恩·沃尔什（Bryan Walsh）称为“冰河时期谬论（Ice Age Fallacy）”。[71]

在1972年[72]和1974年[73]发表的前两份“罗马俱乐部报告”中，提到二氧化碳增加和废热引起的人为气候变化。关于后者，被第一份罗马俱乐部报告引用的美国科学家约翰·霍尔德伦（英语：John Holdren)）发表的一项研究报告，[74]其中写道，“全球热污染几乎不是我们最直接的环境威胁。但如果我们有幸避开其他所有威胁，热污染将会是所余中最无情的部分”。最近已经达成[75]简单的全球估计，[76]同时通过更精细的模型计算[77][78]加以证实，显示如果无法把废热污染的成长率强力减少（从1973年的平均2%），其在2100年后将会在全球变暖产生显著的影响。

全球变暖的证据在累积中。真锅淑郎和理查德·韦瑟拉德开发一个三维全球气候模式，能大致准确表达出当前的气候。模型大气中的二氧化碳增加一倍，会让全球温度升高大约2°C。[79]其他几种电脑模型都产生类似的结果：当建立一个模型，输入类似于实际气候的资料，当二氧化碳浓度增加时，温度不可能不升高。

而另一方面，英国籍地质学家及古气候学家尼古拉斯·沙克尔顿（英语：Nicholas Shackleton）及其同事于1976年发表的对深海岩芯的分析显示，对冰河时期时机的主要影响来自10万年的米兰科维奇循环变化（参见十万年问题）。这种发现出乎科学界意料之外，因为在那个周期中太阳辐射的变化很小。结果强调的是气候系统受到反馈驱动，因此极易受到微小条件变化的影响。[13]

吉米·卡特总统的首席科学顾问弗兰克·普莱斯（英语：Frank Press）在1977年发表的一份备忘录（见引文框）警告说，发生灾难性气候变化的可能性很大。[70]但其他问题 - 例如已知的污染物对健康的危害，以及避免依赖外国的能源供应 - 似乎更为紧迫。[70]当时美国能源部长詹姆斯·施莱辛格表示，“对此问题的政策影响仍然存有不确定性，无法保证总统会参与和发布政策”，化石燃料行业借此开始对气候科学投下存疑的种子。[70]

由世界气象组织在1979年筹办的世界气候大会（英语：World Climate Conference）（2月12日至23日），所得结论：“大气中二氧化碳含量增加，有可能导致低层大气逐渐变暖，特别是在高纬度地区。......有可能在本世纪末之前检测到区域性和全球性的一些影响，并在下个世纪中叶前变得显著。”[80]

美国国家科学院于1979年7月发表一份报告，[81]部分总结如下：

假设大气中的二氧化碳含量翻倍，且达到统计热平衡时，更为实际的建模工作所预测的全球地表变暖程度会介于2°C和3.5°C之间，高纬度地区的增幅更大。 ......我们已尽力，且未发现有被遗漏、忽视或是低估的任何物理效应，而这些物理效应能在大气二氧化碳浓度加倍后仍能减少气候变化影响到可忽略不计的比例，或是完全将之逆转。

在卡特总统离任前一周，白宫环境品质委员会（英语：Council on Environmental Quality） (CEQ) 发布一份报告，其中包括一项将全球平均温度限制在比第一次工业革命之前水平仅高出2°C的建议。此目标被列入2015年的《巴黎协定》之内。[82]

共识开始形成，1980-1988

主条目：[[:近期气候变化的归因]]
 
詹姆斯·汉森在1988年于美国参议院作证，使用global warming描述全球变暖现象后，让这个术语更为流行。

从1945年到1975年的全球轻微降温趋势已在1980年代初期停止。由于环境立法和改变燃料使用，许多地区的气溶胶污染已经减少，而显现当二氧化碳水平逐渐增加时，气溶胶的冷却效果就不会显著增加。

研究人员J. D. Hansen等人于1981年发表研究报告“大气中二氧化碳增加对气候的影响（Climate impact of increasing atmospheric carbon dioxide）”，指出：

表明人为二氧化碳变暖应该在本世纪末从自然气候变率的噪音水平中凸显出来，并且在1980年代有高概率的变暖。 在21世纪对气候的潜在影响包括在北美洲和中亚形成干旱易发地区（气候带转变）、南极西部冰盖的侵蚀导致全球海平面上升，以及传说中的北极西北航道中航行成为可能。[83]

瑞士籍气候学家汉斯·厄施格（英语：Hans Oeschger）、丹麦籍古气候学家丹司葛德和合作者于1982年于格陵兰所钻探的冰芯，揭示在遥远的过去一个世纪之内曾发生过剧烈的温度振荡。[84]他们记录中最显著的变化与剧烈的新仙女木期气候振荡对应，当时整个欧洲湖床的花粉类型均发生变化。显然在人类有生之年，发生剧烈的气候变化是有可能。

1973年，英国科学家詹姆士·洛夫洛克推测氢氟碳化物 (CFC) 可能会导致全球变暖。 1975年，美国科学家V. Ramanathan（英语：Veerabhadran Ramanathan）发现CFC分子吸收红外线辐射的效率是二氧化碳分子的10,000倍，虽然大气中的CFC浓度非常低，但变得很重要。虽然早期大多数研究CFC的工作都集中在其对臭氧消耗中的作用，但到1985年，Ramanathan和其他人显示CFC与甲烷和其他微量气体对气候的影响，几乎与二氧化碳增加同样重要。换句话说，全球变暖的速度将是从前预期的两倍。[85]

 
从1980年代起，全球任何10年的平均气温几乎均高于之前10年的平均气温。

1985年，联合国环境署/世界气象组织/国际科学联盟举行关于“评估二氧化碳和其他温室气体在气候变化和相关影响中的作用”的联合会议，结论是温室气体“预计”将在下个世纪引发显著变暖，其中一些变暖将无法避免。[86]

与此同时，法国-苏联团队在南极沃斯托克站钻取的冰芯显示，在过去冰河时期，二氧化碳和温度在大幅波动中一起上下波动。这以完全独立于电脑模型的方式证实二氧化碳与温度的关系，把正在形成的科学共识更为强化。研究结果还指出有强大的生物和地球化学反馈。[87]

美国科学家詹姆斯·汉森于1988年6月做出首批评估之一，结论为人为引发的变暖已对全球气候产生可衡量的影响。[88]不久之后，“多伦多大气变化会议（英语：Toronto Conference on the Changing Atmosphere）}}聚集数百名科学家和其他人，会议的结论认为由于人类污染造成的大气层变化“对国际安全构成重大威胁，并且已对全球许多地区产生有害的后果”，并宣布应该推动减少全球到2005年的排放，达到比1988年水平低20%的程度。[89]

1980年代，在应对全球环境挑战方面取得重大突破。 《维也纳公约》（1985年）和《蒙特利尔议定书》（1987年）的签订，以减轻大气层臭氧消耗的速率。而调控酸雨的行动主要经由国家和地区层面进行。

科学家间共识增加：1988年迄今

主条目：政府间气候变化专门委员会和[[:气候变化科学共识]]
 
导致气候变化归因的科学共识：在2010-2015年期间对科学家进行气候变化成因调查（英语：Surveys of scientists' views on climate change），发现具有越高专业知识的人，共识程度也越高。[90]在2019年所做的调查，共识率达到100%，[91]在2021年所做的调查，共识率超过99%。[92]另一在2021年所做的调查，有98.7%的受访者认为人类活动是让地球变暖的主因。[93]

1988年，世界气象组织经联合国环境署的支持，成立政府间气候变化专门委员会（IPCC）。 这个组织的工作一直持续到今天，并发布一系列评估报告和补充报告，每隔5到6年将编写当期报告时的科学认识状况做详细描述。在1990年（IPCC第一次评估报告）、1995年（IPCC第二次评估报告）、2001年（IPCC第三次评估报告）、2007年（IPCC第四次评估报告）2013年/2014年（IPCC第五次评估报告）。和2021年的IPCC第六次评估报告 。[94]于2001年发表的报告首次肯定指出，观察到的全球温度升高“可能（likely）”是由于人类活动所造成。结论尤其受到所谓的曲棍球棒形状图（英语：Hockey stick graph (global temperature)）的影响，该图显示史上温度的突然上升与温室气体排放量的增加同时发生，以及对海洋热含量变化的观察，其“特征”与电脑模型演算的温室气体暖化作用结果相匹配。到2021年的报告发布时，科学家们掌握到更多的证据。最重要的是在遥远过去几个时代的古温度测量值，以及自19世纪中叶以来的温度变化记录，可以与二氧化碳的测量值相匹配，为超级电脑的模拟演算提供独立的确认。

这些发展在很大程度上仰赖全球庞大数量的观测计划。对历史和现代气候变化的研究从1990年起已迅速扩展。国际间协调工作由世界气候研究计划（成立于1980年）提供，此组织逐渐着重为IPCC报告提供资料。全球海洋观测系统（英语：Global Ocean Observing System）、综合碳观测系统（英语：Integrated Carbon Observation System）和NASA的地球观测系统（英语：Earth Observing System）等测量网络能监测持续变化的原因及影响。研究范围也被扩大，将地球科学、行为科学、经济学和气候安全等许多领域加以联系。

术语发展

本节摘自气候变化#Terminology。

在1980年代之前，当尚不清楚增加的温室气体的变暖效应（温室效应）是否强于空气中悬浮微粒的降温效应时，科学家们使用“不经意的气候改变（inadvertent climate modification）”来指代人类对气候的影响。[95]

在20世纪80年代，全​​球变暖（global warming）和气候变化（climate change）这两个名词变得更为普遍。但此两者有时可互换使用，[96]从科学上讲，全球变暖仅指地表加速变暖，而气候变化描述地球气候系统变化的总体情况。[95]全球变暖（早在1975年就已使用[97]）经NASA气候科学家詹姆斯·汉森在1988年美国参议院的证词中使用后，成为更流行的术语。 [98]自2000年代起，气候变化的使用有所增加。[99]气候变化也可更广泛指代人类引起的变化或整个地球历史上的自然变化。 [100]

许多科学家、政治家和媒体现在使用气候危机（climate crisis）或气候紧急状况（climate emergency）来谈论气候变化和全球升温（global heating），而非全球变暖。 [101]

参见

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参考著作

进一步阅读

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  • Edwards, Paul N. "History of climate modeling". Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change 2.1 (2011): 128–139. online （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • Edwards P. N. A Vast Machine: Computer Models, Climate Data, and the Politics of Global Warming (MIT Press; 2010).
  • Weart S. R. The Discovery of Global Warming (2nd ed 2008) excerpt
    • Weart S. R. The discovery of global warming: a hypertext history of how scientists came to (partly) understand what people are doing to cause climate change (American Institute of Physics, College Park; revised annually since 2003) online （页面存档备份，存于互联网档案馆）

外部链接

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