编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。
最近，澳洲气候学家斯特芬在采访中声称，全球15个“气候临界点”已被激活9个，他认为人类文明这艘水上漂浮的小船可能就像驶向冰山的泰坦尼克号一样，崩溃是最可能的结果。虽然这样的说法有些夸张，但是一个或多个“气候临界点”被激活可能会导致不可逆转的气候破坏，给人类、生态系统带来巨大的损失和负面影响。
2019年11月底《自然》杂志发表的一篇评论文章中，斯特芬教授列出了世界九大关键临界点，分别是北极海冰、格陵兰冰盖、北方针叶林、多年冻土、大西洋经向翻转环流、亚马逊雨林、暖水珊瑚、西南极冰盖、东南极部分地区。
气候临界点是什么？为什么如此重要呢？让我们细细谈来。
（图片来源 Timothy M. Lenton等，本文作者汉化）
“气候临界点”——量变到质变
“临界点”是我们很熟悉的词，意味着事物将从一种状态转变到另一种状态。2018年经济学诺奖得主威廉•诺德豪斯曾有个比喻：一叶水面上漂浮的独木舟，当独木舟开始倾斜进水的时候，尚能保持平衡；但当倾斜达到一定程度时，独木舟就会倾覆——造成这个不可逆后果的倾斜角就是临界点。
联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的官方术语表中，气候临界点被定义为：“就气候系统来说，临界点（Tipping point）指的是全球或区域气候从一种稳定状态到另外一种稳定状态的关键门槛”。一旦临界点被激活，系统将无法回至原来的稳定状态。全部“气候临界点”被激活后，地球系统可能将重新洗牌。
（图片来自网络）
临界点的逐个崩溃就像积木游戏（图片来源：CarbonBrief）
“气候临界点”的第一个特性是不可逆性。全球增暖引起“气候临界点”被突破，进一步引发多米诺骨牌式的正反馈效应，可能会将全球的森林、海洋、冰盖等系统推向不可逆转的死亡深渊。且跃过临界点后，气候变化可能转为更加陡峭的非线性指数级数变化（如2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024）。
（图片来自网络）
全球变暖背景下， “气候临界点”会被逐个激活，而“气候临界点”被激活后产生的影响又会反作用于全球变暖本身。如全球增暖之后，“临界点”之一的极地多年冻土将会逐渐消融，远古时期封存于其中的有机碳将会以二氧化碳、甲烷等形式被释放，进一步加剧全球变暖。交叉临界点会创造出更多的交叉临界点，交叉临界点在全球系统或子系统中不可预知地来回碰撞，产生大量的自我强化正反馈。一旦这种崩溃过程开始，越来越多的临界点就会以越来越快的速度发生。
挪威斯瓦尔巴群岛的多年冻土在不断融化（图片图源：blickwinkel）
“气候临界点”的另一个特性是不可预测性。就像台球一样，一张固定的台球桌代表我们已知的地球系统，仅需要开局时的条件，我们就可以利用已有的数学物理知识准确地推断出台球的行进路径；但在“气候临界点”被激活后，台球桌产生了变形，有序的质点运动变成无序的运动，台球桌什么时候会变形，台球未来将怎么样运动，迈过“气候临界点”的世界将会变成什么样，我们的答案只能是——不知道。
“气候临界点”——压死骆驼的最后一根稻草
我们生活的气候环境受到周边气候系统的控制，当气候系统崩溃时，我们的生活也会受到巨大的影响。举个例子，我国黑龙江省哈尔滨市冬季一月均温约为零下20°C，而较之纬度更高的英国伦敦，一月均温却高达2°C，这就是拜北大西洋暖流持续不断地向西欧输送低纬暖湿空气所赐。
大西洋经向翻转环流在减弱（图片来源：Summer K. Praetorius）
如果“气候临界点”被激活，北大西洋暖流消失了，世界又将会是怎样一幅景象呢？美国经典灾难片《后天》就讲述了这样的一个故事。由于全球变暖，“气候临界点”之一的“大西洋经向翻转环流”（北大西洋暖流为该系统北半球向北支）发生突变，北大西洋暖流消失，临近北大西洋中高纬的欧洲和北美地区被冰河包围，全球也即将陷入冰河纪。
（图片来源：电影《后天》）
2015年，世界各国达成了《巴黎协定》，力求将全球温升控制在2℃乃至努力控制在1.5℃。我们人体对于几度温升的体会可能会比较小，也许只是窗户一开一合时房间变化的温度。但这差别几度的温升会对“气候临界点”被突破的速度产生巨大影响，如在1.5℃升温的世界，北极可能每百年才会经历一次无冰之夏，而在2℃升温的世界，它每十年就会经历一到两次。
北极海冰断裂（图片来源：Jenna Chamberlain）
套用刘慈欣在《流浪地球》中的一句台词：最初，可能没有人在意某几个“气候临界点”被激活，这不过是遥远北方的海冰面积有所减少，地球另一侧热带雨林的几次火灾，万里之外珊瑚礁的成片死亡。直到这场灾难和我们每个人息息相关。
巴西帕拉州首府贝伦附近亚马逊雨林被大规模砍伐（图片来源：Sue Cunningham Photographic）
澳大利亚昆士兰州大堡礁北部的珊瑚礁在白化（图片来源：Nature Picture Library）
生存？还是毁灭？
“气候临界点”的定义也是个很恰当的隐喻——“引爆要素（tipping elements）”，超过临界点就仿佛引爆了一颗埋藏已久的炸弹。难道我们的结局只剩下撞上冰山这条毁灭之路了吗？
人类面对危机时总不会坐以待毙，甚至会有当太阳系不适宜生存时带着地球一起流浪的想法。虽然现在的情况其实并没有斯特芬教授说的那么糟糕，但我们确实需要采取方法进行自我拯救了。其中最重要的一点就是如何减缓全球变暖的进程，将变暖程度降低在可控范围内。很不幸，这是一个看起来这么近但执行起来那么远的目标。
联合国环境署今年年初发布了《排放差距报告2019》，报告称过去10年几乎是“被浪费的十年”，世界各国几乎没有为遏制全球变暖做出任何实质性的努力，当初美好的减排控温愿望似乎已经化为泡影。
如果拖延至2025年再采取有效措施，须逐年减排15.5%才能实现将全球增温幅度控制在1.5℃的目标，这基本上是无法实现的目标。（图片来源：联合国环境署）
不过这种结果也并不意外，因为遏制全球变暖从来就不只是一个气候问题。尽管目前学界已基本达成共识，认为为应对气候变化而进行产业升级调整和废气脱碳处理总体是有助于经济发展与升级的，但相关产业的调整会影响既得利益群体，短期内付出的高额减排成本也会让发达国家那些只着眼于任期内政绩的政客们望而却步。因此为遏制全球变暖，最终的方法可能依然需要由科技自身的发展来解决。
最直接的方法是通过提高能源使用效率、发展可再生能源等以减少温室气体排放，从而将全球温升限制在可控范围内。第二种思路就是降低大气中温室气体的现有浓度，手段包括碳捕捉和封存技术，以及生物固碳技术。但目前技术瓶颈仍然存在，大规模应用还很困难。还有一些更大胆的想法，通过大规模改造行星环境，来遏制全球变暖（相关链接：“小小气溶胶”还能影响全球气候变化？），但改变地球行星环境可能会产生其他的负面影响。
2020年开局接二连三的灾难让不少人开始怀疑这世界到底怎么了：澳洲大火、新冠病毒、我国南方接连不断的暴雨……“气候临界点”逐一被突破后地球系统依然可以达到新的平衡态，但人类是否可以再次去适应，我们不得而知。希望在全人类的共同努力下能让进击的“泰坦尼克号”慢下来，也希望同一个地球上的我们，能早日认识到自己也是地球系统的一部分，学会敬畏自然。
参考文献：
1. Lenton, T. M., et al., 2008, Tipping elements in the Earth’s climate system: PNAS, v. 105, no. 6, p. 1786-1793.
2. Lenton, T. M., et al., 2019, Climate tipping points — too risky to bet against: Nature, v. 575, p. 592-595.
来源：中国科学院大气物理研究所
