在过去的100年，人们观测到全球气温上升了约1℃，并伴随有CO₂浓度的扬升。这些信息让世界为之震惊，推动着全球气候（特别是温度）变化成为当今世界的热门话题，甚至对政治与经济格局也产生着不容忽视的影响。但一般的社会公众知晓全球气候变化的真相吗？这上扬的1℃真的会产生让人惊恐的影响吗？我们人类有能力抵御全球的气候变化吗？

一、不同时间尺度的气候变动

1.100年以来的温度变化—气温上升约0.7^oC 

二十世纪全球近地表平均温度的变化如图1所示，实测值（黑线）与根据既考虑了自然因素又考虑了人类活动对气候影响的十多种模型模拟的平均值十分吻合。大致可以看出，近几十年来，气温呈现稳步上升的趋势，即与1901-1950年的平均值相比，全球平均气温大约上升了0.7 ℃左右。

图1 二十世纪全球平均近地面温度，基于观测值（黑线）以及根据既考虑了自然因素又考虑了人类活动对气候影响的十多种模型进行的58个模拟值（黄色），这些模拟的平均值如红线所示。温度距平相对于1901-1950年之间的平均值。垂直灰线主要火山喷发的时期（引自Randall et al. 2007）

2.距今100万年以来—约10万年周期的冷暖交替，变温幅度3-5^oC

距今大约2万年前，北半球的许多地方曾被冰川覆盖着；自85万年开始，重复着冰川的逐渐累积、突然的温暖气候和短暂的冰川退缩期（称为间冰期），每个冷暖交替周期大约持续10万年左右，每个周期最高与最低温度之差大约在3-5^oC之间（图2D），这种周期性的变化被认为主要是由于地球在绕轨道运动时倾斜发生变化引起的。在北美，最晚的冰进（glacial advance）称为威斯康辛冰期（Wisconsin glaciation），这是以其扩展到的最南端的地点之一来命名的。最近的暖期始于12000年前（图2C），约在7000年前达到最高，然后开始下降（图2B）。如果不考虑人类活动带来的温室效应，在接下来的几千年将会出现冰川的增长（Gurevitch 2002）。

图2 各种地质时期的全球温度：（A）过去1000年，（B）过去1万年，（C）14万年，和（D）过去85万年（Gurevitch 2002重绘自Gates1993）

3．距今数亿年以来—约1亿年周期的冷暖交替，变温幅度接近20^oC

地球的气候自现代大气形成后在“冰室icehouse”和“温室greenhouse”中切换，在过去的5亿年间，出现了4个主要的暖期和4个主要的冷期（图3）。在冷期，极地以及相当大量的陆地被冰川覆盖，全球平均温度低；而在暖期，极地冰川很少或消失，陆地冰川消失。暖期常出现高的大气CO₂水平，而冷期则常出现低的大气CO₂水平。在深时“deeptime”（距今1-10亿年期间）的大部分时间，地球的气候主要是温室条件，但被若干冰室事件所打断，近期主要是逐渐变冷的过程占优势，导致了过去200万年冰期的出现；现今1万年的间冰期是过去200万年占优势的冰室条件的几个短暖期插曲之一（Hannah 2011）。

图3 过去5亿年的全球温度变化，有4个主要的温室期（地球上大部分地方无冰覆盖）和4个主要的冰室期（形成大量极地或陆地冰原），现在的气候是在冰期中的一个暖期（Hannah 2011根据ChristopherR. Scotese重绘）

从数亿年的时间尺度来看，地球平均温度的波动很大（从图3不难看出，冷—暖周期最高与最低温度之差可接近20 ^oC！），总体来看，地球的气候在湿—热与干—冷之间大幅变动。在地球历史的大部分时间，气候比现代要温暖得多，而其它时期，地球比现在要冷。在前寒武纪末以及石炭纪、二叠纪和第四纪，大量的区域被冰川所覆盖，但是这些冷期被长时期的较温暖的时期所隔开。

二、不同时间尺度上的植被变化

地球上生命的演化历史无不留有气候变动的烙印，历史气候主宰着地球上针植物群落的演替、更新及演化。

1. 末次冰盛期（约1.8万年前）以来的植被格局变化

热带植被格局

 在末次冰期（18000-12000 yr B.C.），撒哈拉沙漠显著扩大，然后，在冰后期（9500-4500 yr B.C.）又收缩，在那时，廷巴克图附近的尼日尔河形成了一个有着20000 km²面积的泛滥平原的内陆山角州，而现在，撒哈拉沙漠的面积又扩展到了接近末次冰期时的面积（图4）（Petit-Maire 1984，Lüttge 2008）。近代的研究显示，在1942-1966期间，随着降雨的增加，稀树热草原扩张；之后又出现了频繁而延长的干旱期，导致植被萎缩（Lüttge 2008）。

图4 过去18000年被撒哈拉沙漠面积的波动（Lüttge2008 仿Petit-Maire 1984）

  在过去的2万年期间，非洲大陆的植被经历了巨大的变化（图5）。有证据显示，在末次冰期期间，温度和降雨大幅降低，森林覆盖率很低，随着气候向暖湿的转变，森林覆盖逐渐增加，大约在10000-8000年前达到最大，并一直持续到大约5000年前。之后，非洲中部降雨开始减少，大约在3000-2500年前，在刚果南部以及其它季节性干旱极为严重的区域，森林退化为草地。在最近的千年以来，非洲中部的森林又有重新扩展的趋势，约以每世纪数百米的速度，可能与重新回归到较湿润的气候有关（Lévêque and Mounolou 2003）。

图5 非洲大陆现在、8000年前以及18000年前主要植被类型的分布格局示意图（引自Lévêque and Mounolou 2003）

欧洲植被格局

   Adam（2009）通过重建欧洲古植被图，比较了被人类进行农耕毁林前的现在的间冰期（图6上）和末次冰期期间（图6下）的植被变化，探讨了冰期对植被分布格局的影响。欧洲冰期的气候既干又冷，导致现在分布着森林的大部分区域在那时演变成了草原，这种情况在南欧尤其如此，那里冰期的气候曾经应该对许多树种足够的温暖。

图6 重建的欧洲植被图，上图为被农耕毁林前的现在的间冰期，下图为末次冰期期间。冰期植被由于干冷的联合影响几乎缺乏森林覆盖（引自Adam 2009）

2.始新世（约5000万年前）以来—陆地植被格局变化巨大

   在过去的数千万年间，北部海域（North Sea）温度大幅波动（图7a），海平面大幅变化，动植物在陆块之间获得扩散机会。伴随着板块漂移及气候变化，植被的地理格局也发生了巨大的变化：大约在距今5000万年前（始新世早期），出现不同的植被带（图7b），到了3200万年前（渐新世早期），这些植被带变得更加明晰（图7c），而到了1000万年前（中新世早期），各大陆现在大部分地貌已经形成（图7d），虽然与今天的气候和植被有极大的不同（引自Begon et al. 2006）

图7 在过去的5000万年期间，北部海域温度的变化（a），以及伴随着大陆漂移出现的植被格局的变化（b-d）。南极冰帽的位置极为概略（引自Begon et al. 2006）

                                       结语

在不同的时间尺度上，全球气温呈现出幅度不同的周期性波动。从近5亿年的气温模式来看，地球往返于“冰室”和“温室”之间。若以季节来比喻，现在的地球宛如四季之春。与历史上的大幅波动相比，1^oC的扬升真可忽略不计，不值得惊呼。

但在宏阔的“冰室”和“温室”面前，一切生命（包括人类在内）都无法阻挡，它重塑地貌，重塑生命，它“随意”地将森林变为草原甚或沙漠，它也能“轻易”地将荒漠染成绿洲。古人云“沧海桑田”，这是古辈们对地貌剧烈变动的一种深刻描绘。按照Tennyson的话说，大陆会像浮云似地消散，最坚固的岩石会出现褶皱，群山会像波浪似地起伏（巴兰金1988）。

主要来源：

谢平. 2013. 从生态学透视生命系统的设计、运作与演化—生态、遗传和进化通过生殖的融合. 北京：科学出版社

（英文：Xie P. 2013. ScalingEcology to Understand Natural Design of Life Systems and Their Operations andEvolutions – Integration of Ecology, Genetics and Evolution through Reproduction. Beijing: Science Press）

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