竺可桢先生是著名气象学家、地理学家、教育家,也是气候变化研究的先驱。1974年2月7日,中科院院士、气象学家、地理学家竺可桢逝世。他开创了中国气象教育事业,组建了早期中国气象观测网。竺可桢一直坚持记日记,从1913年开始一直记到1974年2月6日。
1974年1月1日,竺可桢先生人生的最后一年,他注意到日本《每日新闻》1973年12月13日上有“地球变冷”的消息,在这篇报道里,日本气象厅预报部的朝仓正、和仓鸣厚两位学者根据对美国、加拿大和苏联气象部门的访问,发表报告讨论了当时的气候变冷问题,主要依据有:冰岛和西伯利亚等地温度持续下降了将近一度(1℃)。北非变得非常干旱,从六十年代后期,带来降雨的季风南退了100-200公里。
根据列宁格勒中央地球物理观象台,北纬55-70°的年平均气温显著降低,近5年平均比1940年下降近1度(1℃)。西伯利亚永冻土带正在南移。对于这个报告,竺可桢先生认为在高纬度如列宁格勒(今天的圣彼得堡)这种地方年平均1℃的温度变化,根本不算什么,没有什么值得担心的。
过了两周,1月14日,竺可桢得知中央气象局请来日本气象学家,当时担任日本气象学会常务理事的根本顺吉教授来讲学,因为根本顺吉专门赠送了竺可桢几本他的著作和相关作品的单行本。
1月15日,他看到了根本顺吉的赠送的著作《向冰河期扩展的地球》(日本风涛社东京出版,1973年),在这本书里,作者认为地球正在走向另一次冰河时期(第四小冰期),其根据在于:北极地区正在变冷,冰岛2-5月月平均温度比正常低2℃,冰岛春季(3-5月)的流冰阻止渔人作业的时间,从1950年代平均14天,增加到60年代的54天。日本当时温度比30年前降低了1-1.5℃等证据。
对此竺可桢先生的评论是:我在“中国五千年来气候变迁”一文中指出,相差1℃至2℃,不能影响什么,年温度相差4°才能起作用,差8°(高纬度)才能成为冰川时期。
竺可桢先生视野宽广深思熟虑,学术地位超然,与著名学者陈寅恪、赵元任,熊十力、蔡元培、胡适等拥有同等崇高的地位,与以上人士交往密切且保持终生的友谊,与李四光、钱学森、茅以升、吴有训、苏步青、华罗庚等都是亲密的朋友和同事,他的知识领域跨越气象、气候、地质、物候、教育等多个领域,并对最新的科技进展保持着深刻的理解和敏锐视角。
如果竺可桢先生在2018年初看过去几十年的温度变化,尤其是北极和高纬度地区在过去半个世纪的温度变化,他一定会认可全球正在走向一个暖的时期,全球变暖正在汹涌的到来。在下面这张从1880年到2016年的全球各纬度逐年温度异常图里,有几个特征已经满足了竺可桢先生对全球温度和气候变化的关注:北极地区温度持续升高,目前温度异常已经超过了3.5度以上。
现有的气候模式具有很好的模拟性能,能够很好地模拟出北极的温度变化,尤其是北极的温度放大效应,温度增幅和观测非常接近。过去100多年的温度异常曲线,北极的增温非常明显。
北极的温度增加带来北极地区显著的冰雪消融,使得北冰洋面开阔起来,海冰的存在具有重要的气候作用,一方面冰雪反照率高,可以达到0.6~0.8,意味着照射到冰雪上的绝大多数(60%~80%)太阳辐射会被反射回太空;另一方面,海冰的存在隔绝了海洋和大气,大大减小了二者之间的热量交换,使得冰层下的海水对大气的加热作用大大减弱。
但是当海冰消失后,水体的反照率只有0.02-0.2左右,会吸收绝大多数照射到水面的太阳辐射,反过来水体会加热整个大气。这带来了进一步强大的正反馈机制,即温度增加-->冰雪消融-->洋面开阔-->反照率降低-->进入海洋的辐射增加-->海温进一步增加-->冰雪进一步消融……。
过去30年,北极地区的海冰大幅度减少,左图为80年代平均海冰,右图为2016年海冰,海冰消融使得航海家从欧洲到亚洲的北极航线越来越成为可能。进一步,如果一切照常,保持现有的全球温室气体排放量节奏不变,继续增长,数值模式估计:到2100引起的全球平均温度增幅可以达到4°以上,因为北极的放大效应,增温幅度会超过全球平均的2倍以上,北极的年均表面温度变化可达10度以上。
气候模式预测的两种排放情形(左图RCP2.6表示采取强有力措施抑制全球温室气体排放情形,右图RCP85代表着按照现在的排放节奏不做太多改变)下的全球温度变化。极地的温度变化幅度是全球平均值的~2倍,在RCP85情形下(按照现在的排放量保持增长,不做太多改变)数值超过10度。被誉为“民国四大日记”之一的竺可桢日记(1936-1974)包含了丰富的内容。
作为严谨的科学家,竺可桢先生对气候变化保持着敏锐的洞察力,一方面不同于那些“天气变冷喊全球变冷,天热了喊全球变暖”的骑墙学者,另一方面,他也从来不想当然地认为“气候本来就是变来变去有一定的周期性”,对二战后工业发展人类活动导致的气溶胶的影响保持关注。气候变化具有显著的时间尺度,脱离时间尺度谈气候变化有如鸡同鸭讲。
地球历史上发生过多次沧海桑田、冰川-酷暑(冰期-间冰期)的变化,但是地球历史上的变化,其时间尺度往往为百万年甚至更长,在这个时间尺度上发生物种的“大爆炸”或者“大灭绝”,与最近百年来迅速的增暖完全是不同的时间尺度。如果在21世纪末,地球平均温度增加4度,那绝对是一次亘古未有的剧变。
以竺可桢先生的洞察力,他当然能够分别地质期气候变化和现今我们面临的气候变化之间时间尺度的截然不同,他也一定会在80年代注意到全球温度的新变化、著名的二氧化碳增长曲线(Keeling曲线)、两极的冰芯钻探结果、最新的树木年轮的分析、数值模式的模拟结果,成为国际著名的气候变化研究的领导者。