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【“大学堂”讲学计划】著名气候学家詹姆斯·汉森访问北大并发表演讲

时间:2015-12-30 13:52  作者:  来源:北大新闻网


高松向詹姆斯·汉森教授颁发“大学堂”顶尖学者证书


  应北京大学“大学堂”顶尖学者讲学计划的邀请,著名气候学家、美国国家科学院院士、哥伦比亚大学教授詹姆斯·汉森(James Hansen) 于2015年12月21日-22日来校讲学。其间,他与北大物理学院大气物理系师生进行座谈,并在英杰交流中心阳光厅发表了题为“气候变化的机遇与挑战: 通向清洁能源与稳态气候的可行之路”的演讲。来自北京大学、中国科学院、北京师范大学等科研院所的200余位师生在现场聆听了汉森教授的精彩报告并进行了 深入的学术交流。本次活动由北京大学主办,北大国际合作部与物理学院承办,光华教育基金会提供资助。

  21日下午公开演讲开始前,北京大学副校长高松院士会见了詹姆斯·汉森教授,并向他颁发了“大学堂”顶尖学者铜牌及证书。北京大学物理学院副院长胡永云教授陪同会见。北京大学“大学堂”顶尖学者讲学计划(Peking University Global Fellowship)是北大目前最顶级的、代表最高学术水准的讲学项目。该项目旨在广泛邀请全球各领域的顶尖学者来校举办讲座、开设课程、合作研究,目前已有超过20位各领域的顶级学者入选该项目,其中包括崔琦等10名诺贝尔奖获得者。

  演讲开始前,主持人胡永云教授向在座听众介绍了詹姆斯·汉森教授的主要成就:汉森教授是气候变化领域的先锋学者,是全球最有影响力的气候学家之一。他于1981年在Science发 表的文章首次使公众意识到了人为排放的温室气体对气候产生的重要影响,并成功地预测了气候变化的趋势。由于汉森教授在气候变化领域的突出贡献,他于 1996年当选为美国国家科学院院士。除此之外,他还获得过多项学术与社会荣誉,包括2006年入选《时代》周刊“全球最有影响力的100人”,2010 年获颁环境与可持续发展苏菲奖(“诺贝尔环境奖”)等。

  在演讲中,汉森教授首先提出希望青年一代能认识到气候变化的现状,他说:“在座的各位都是中国未来的领袖,我想留出一些时间来和年轻人交 流。在之前几天的行程中,我一直在与能源和气候领域的专家们交流能源在气候变化中的作用,所以我希望能让在座的年轻人认识到现在的情况,因为这关系到你们 的未来。”汉森教授指出,相对于我们每天都能感受到的空气污染问题,我们并不能很深刻地感受到气候变化带来的影响,因为地球系统的惯性很大(地球的海洋约 4千米深,冰川约3千米厚,它们的热容量大大超过大气层),对外界强迫变化的响应相对缓慢,当下的排放不会在瞬间明显地表现出来;但是他们的响应确实存 在,而且会受到正反馈作用如冰雪反照率变化等的加强。全球变暖是几百年来人类活动积累的结果,同时这个效应是在逐步放大、显现的过程中,当我们现在意识到 全球气候变化问题的时候,已经十分严峻,甚至在某种意义上处于失控的边缘了。如果等到下一代人发现气候明显变化之时再做应对就为时已晚了。由于工业时代的 粗放型发展,人类活动已经使得二氧化碳上升至400ppmV(百万分之四百),同时我们的排放还在不断增加,因而我们必须马上采取措施,减少化石燃料的使用。同时汉森教授指出,现在的科技水平使得我们已经有能力解决这个问题,更重要的是这些解决方案很多都在经济上是可行的。但令人沮丧的现实是,我们采取的实际行动远远不够。


潜在的不公平


  就像全球经济发展不均衡一样,气候变化对不同个体的影响也不一样。当下气候变化的现状是几代人共同累积的结果。对当代人而言,这一影响尚且 不大,但对下一代人而言这将会产生深远的影响。这是一种对后代的不公平。汉森教授强调,我们这代人有义务控制气候变化,不能给未来的年轻人留下无法解决的 困境。另外,在南北半球也会存在差异甚至不公平的现象,因为大多数化石燃料的排放都集中在北半球高纬度地区,但是其影响以低纬度以及南半球更甚,这样就给 本来消费较少化石能源的人带来更多的影响。第三,其它动物相对于人类也忍受着不公平的待遇:如果人类不采取任何减排措施,政府间气候变化专门委员会(IPCC)估计到本世纪末会有25%-50%的物种灭绝。

  另外,汉森教授提到,虽然现在中国是全世界最大的化石能源使用国家,但是气候变化很大程度上取决于累积的排放。因为二氧化碳在沉积到大洋底 部之前,会在大气中存在超过千年的时间,当下大气层中人为活动增加的二氧化碳是几百年来人类在工业化进程中所留下的产物。从最近的研究成果来看,在 1751年到2014年间,美国和欧盟的排放总量占比都大于四分之一,而中国和印度只占到10%和3%。但是如果平均到人口数上,中国的排放更是远远低于 美国、欧盟、德国和其他很多发达国家。



气候变迁的影响


  汉森教授接下来对气候变迁不可逆的影响从三方面进行了阐述:

  (1)物种灭绝

  讲座中,一幅只有半边翅膀的蝴蝶照片引发了大家的注意,汉森教授指出,全球变化不仅使人类,也使其它生物都处在危机之中。由于气候变化,地球上的主 要气候区都发生了漂移,特别是人为影响比自然的气候变化速率快得多,很多物种并不能适应这些变化,从而导致物种灭亡。举例来说,黑脉金斑蝶在一年中迁徙往 返于墨西哥中部和加拿大之间,但是他们现在正遭遇灭亡,主要原因是这种蝴蝶幼虫的主要食物——马利筋(milkweed) 因为干旱而减产,而干旱是气候区迁移的一个重要结果。另外一个例子则是我们熟悉的珊瑚礁,地球上每年都会有1%的珊瑚因为海洋的变暖而死亡。其实不仅是珊 瑚,洋流的酸化也会导致有碳酸盐骨架的生物,比如贝壳类动物因为骨架溶解而死亡。这些令人痛心的事件一旦发生,就再也难以挽回,我们不应亲手将地球上这些 友好的邻居一个个送向毁灭。

  (2)冰盖融化、海平面上升

  气候变化另外一个不可逆的影响是冰盖的崩溃和海平面上升。冰盖的形成需要上千年的时间,而全球气候变化正使得它们以比这快得多的速度溶解。以格陵兰 岛为例,由于温度升高,夏天冰盖融化后产生的水会流到冰盖底层,润滑冰盖使其加速向海面移动;另外升温后的海水也会加大洋面上冰架的融化速度,从而加速冰 盖向海面移动。现在科学家们能够借助卫星对地球引力进行精确的测量,从而反演出格陵兰岛和南极冰盖质量。不容反驳的观测揭示出这两个冰盖都在加速融化。与 此同时,当前模拟表明,全球海平面高度将以约每世纪33厘米的速度上升。更严重的是,这可能是一个低估的数值,从地球的历史来看,如果我们继续排放温室气 体,冰盖很可能以比这快得多的速度融化掉。汉森教授最近的研究显示,加速融化的冰会减少海水的盐分,从而影响洋流,阻碍深层暖的但是密度更大的海水向太空 中释放能量,这样形成正反馈作用会加重冰盖的融化,这也造成了我们观测中发现的不断增加的上升速度。以史为鉴,可以知兴替。从地球古气候角度看,上一次全 球温度达到高于工业革命全球气温前2摄氏度的时候,全球海面上升了5-9米;上新世时期海平面则由于3-4度温度变化而上升了15-25米。考虑到世界上 很多大城市都处在海岸线上,这样的上升将是致命的。汉森教授确信,如果我们继续排放过量的二氧化碳,全球海平面会在本世纪末上升数米之高,很多近海城市将 会被淹没。投影上展示了一幅中国沿海将会遭到淹没的区域地图,使得观众们陷入深思。

  (3)极端天气肆虐——热浪、干旱、大火、暴雨、洪水、强风暴

  汉森教授随后展示了一幅被称作“Bell Curve”的图表,他强 调,如果以1951-1980年为标准态,2010年后在北半球夏季地面气温均值已经漂移超过了1.5个标准差,而且在1980年前很少发生的事件(大于 3个标准差)如今发生的概率已经大于10%了。同时,这些漂移也因地域的不同而不同,在美国的夏季,漂移超过了1.5个标准差,但是在中东地区的夏季漂移 已经超过了2个标准差。

这些漂移有什么影响呢?第一,因为温度高的空气会携带更多的水汽,这样就会产生高于气候平均态的降水;而风暴来自水汽凝结释放的潜热,所以更大的降 水意味着更强的风暴。第二,如果夏天平均气温过高,会导致低纬度地区的户外工作变得让人难以忍受,与此相比半数的非家务工作都在户外进行,所以气温的漂移 会使得国家经济受到影响。第三,多达30项研究表明,气温的升高会促使冲突和暴力行为的产生,由于之前提到的气候区的变化,特别在相对不发达地区由于缺少 相应的资金、技术来应对气候变化,为了水源、作物生长区等等的争夺也会增加。这些冲突、暴力行为不仅仅局限于人际间,还将存在于团体甚至国家间。


全球能量收支失衡


  有人会问,我们到底对环境改变了解多少?接下来,汉森教授对全球变暖的原因作了深入浅出的分析。大气中的二氧化碳就像给地球穿上了一件棉 衣。当我们向大气中排放二氧化碳等温室气体时,这些气体会吸收长波辐射,从而减少地球向外部散发的能量,改变了气候系统的热量收支平衡:进入到地球系统内 部的能量大于向外辐射的能量,这就是气候变暖的原因之一。不过地球气候系统需要时间来对温室气体做出反应,我们现在看到的变暖只是总反应的一部分,其余的 热量则像定时炸弹一样隐藏在深处。幸运的是,我们现在能准确地测量变暖的隐藏部分。能量的绝大部分被储存在海洋里,因为空气吸收的热量较少,而陆地传热又 比较慢。这就像我们在微波炉中解冻一锅汤一样,乍一看表面可能热气腾腾,实际上大部分热量都隐藏在汤里,而骨头和肉可能还是冰的。通过国际合作的项目,我 们向全球的海洋里释放了多达3000个测量海洋温度和盐度的浮标。大量数据告诉我们,现在的地球确实已经能量失衡了,随着时间推移,海洋在持续地吸收热 量。这些隐藏的能量目前还没有显露并反映在气温的变化上,但我们必须时刻牢记它们的存在。


解决方案


  针对全球气候变化,汉森教授举出了几个解决方案。

  (1)碳排放费

  首先是碳费(Carbon fee)的征收。汉森教授一再强调,这不是 一种税收,因为所有征收的碳费都将用于补贴和奖励低排放的人群。最终在这一项费用上实现收支平衡。这一思路的来源就在于化石能源的价格过于低廉,而且使用 它的人没有为自己造成的排放买单。所以我们应该为化石能源引入一个递增的价格,具体来说就是向化石燃料公司收取一定的费用,再均衡分配给大众,这样节能减 排的人们就会从这个做法本身赚钱,而消费化石能源过多的人就会付出一定的代价。这一举措能够使得公众发现并认同他们成为气候变化问题解决的一部分,培养人 们在碳排放方面的意识。与此同时,这个做法还会刺激新能源的创新,因为增高的价格会驱使人们寻找更加低廉的获得能源的方式,比如优化新能源、增高效率、寻 找替代品等等。另外递增的价格也会给人们足够的时间去寻找替代品,让市场有足够的时间去研发,而不至于所有人都支付不起能源消费。更重要的是,经济学研究 已经表明,这一举措在解决气候问题的基础上并不会对经济有负面影响。他强调,不合适的税收将会影响经济,但碳费不是税收。

  但是这个方案遭到了前不久巴黎气候峰会多数人的反对,不少政界人士坚持《京都议定书》所提出的设定国家碳排放上限和开展碳交易的方案。汉森教授强 调,在190个国家间协商一个公平可行的排放上限和交易机制十分困难,这也是这些年气候变化谈判举步维艰的原因,这样一刀切的做法与现实复杂的情况并不相 称。“所以你就会知道,我们会继续燃烧化石燃料,因为它们越来越便宜。《巴黎协定》没有任何实际的解决方案,有的只是国家间的作秀:‘我们比哥本哈根那次 更加努力’。”汉森教授如是说。

  (2)推行核能

  最后,汉森教授给出了一个当下很快就能立竿见影的方案:安全、洁净的核能。他认为,核能将是对于气候变化和空气污染这两个问题一箭双雕的良药。提到 窗外的空气污染红色预警,他提到在过去几十年中,中国的发展举世瞩目,人民生活水平得到很大提高,但这一努力很可能将被严重的空气污染所削弱。汉森教授现 在致力于促进美国和中国在核能与气候方面的合作,因为中国经济依旧处在高速增长的步伐中,未来对能源的需求非常旺盛,有很大的发展空间。和现有的旧核电厂 不同,新一代使用钍作为反应元素的反应堆拥有良好的被动安全性,这也是物理学家间的共识。

  “不能告诉下一代我们有麻烦了,这是我们自己造成的问题,我们应当承担责任解决问题。”讲座最后,他展示了两个孙子的照片,饱含深情地说道。他8岁的孙子在他一次全球变化的讲座后忧心忡忡,眼中含着泪水地询问有什么办法来拯救地球,这使得他感触颇深。

他同时还提到,在美国要诚实地告诉公众这些信息越来越难,因为工业界,特别是能源企业的势力强大,他们通过影响媒体,向公众传达不正确的信息,使得 科学家传递真相的步伐举步维艰。“美国的民主在我看来并没有那么好,在某种意义上已经演变成了一美元一票而不是一人一票。”汉森教授在平时的交流以及讲座 中都一再强调他对中国文化中家国意识、年轻人社会责任感以及领导层快速有力决策的赞赏。


提问与讨论


  在接下来的提问和讨论环节中,观众提出了许多问题,包括气候变化的两面性、地球工程解决气候变化可能性、能否将单独的极端气候事件和全球气候变化联系在一起等等。

  汉森教授对这些问题都进行了深入浅出的解答。他指出气候变化带来的危害要大大超过积极作用。二氧化碳这一温室气体有着上千年的寿命,使用其它方式, 比如地球工程来平衡二氧化碳增加所带来的气候变化可能很难并且难以持续,“毕竟你不能指望立一把雨伞能够荫蔽子孙后代千年”,我们还是应当从源头入手减少 二氧化碳的排放。

  现场还有观众从专业细节的角度提问,为什么汉森教授的论文中海洋模式和IPCC报告中的结果不尽相同。汉森教授强调这是他们模式的改进之处,所有IPCC模 式都没能够完善地描述冰川融化的效应,低估了融化产生的淡水注入海洋后对大洋环流的影响。他们通过在模式中引入冰川加速融化的速度得到2055-2060 年地面气温变化的模拟,这很可能是一个非线性的效应。作为一名科学家,汉森教授同时坦率地承认,即使加入这一过程,对海洋环流的模式仍然并不完美,但现实 世界可能对此更加敏感而不是反之。

  在其后的讨论中他还强调了政府应当允许替代能源之间的公平竞争,而不是通过政策选择性的补贴和限制来人为地操纵。创新的动力是无穷的,在竞争中也可 能再产生其它更好的气候变化解决方案,尽管短期内可能难以实现。中国和印度将需要很多替代能源来满足经济增长对能源的需求,而传统的可再生能源,如风能、 太阳能等,由于其成本和较大的输出波动,将很难满足这一需求。汉森教授举例说,谁都不想在晚上没太阳的时候家里就没电了。

  现场一名大二的学生提问道,在贫困依然是个问题的情况下,征收碳费是否合理,应当征收多少,以及发展和环保之间应当怎么权衡。汉森教授认为中国对清 洁能源有着潜在的巨大需求,空气质量和全球变暖两个大问题都是悬在我们头上的达摩克里斯之剑。提到应对气候变化的技术转移,他认为,由于历史上的责任,发 达国家有义务向发展中国家提供相应的技术,而不是单纯地因为发展中国家当前排放的增加就一味地责备和苛求。需要意识到全球人口的增加也是二氧化碳排放增加 和全球气候变化的一个原因。同时,当社会发展,人们变得富裕,如果不采取措施,人均的排放也会相应增加。在应对人口问题上,中国就是一个很好的榜样,由于 负责任的政策,中国在很长一段时间内保持了健康合理的人口规模。

  对于碳费的具体额度,他再次强调了这一政策在敦促高收入人群控制排放的同时,将会提高普通公众的收入。同时这也能促使工商业界节能减排。因为商业企 业的第一目标是获取利润,如果没有其它外在因素影响,自然最廉价的能源选择将会为之所用,但如果政府提供相应的渠道和经济上的刺激,比如碳费的征收,他们 也愿意转向更加低碳的能源使用。此外,发展中国家认为对于发达国家之前的排放对它们造成的影响需要补偿,碳费的国际间转移将能够实现发达国家对发展中世界的这一承诺。

  说到未来的打算,汉森教授表示他还在不断地进行着学术研究,他希望将最新的、正确的进展不断地传达给公众。去年1月,他为了完成一篇论文,还曾闭门 进行了几个月的研究。已经74岁高龄的汉森教授至今仍然活跃在学术和社会活动第一线,为气候变化问题而奔走。他的钻研精神以及社会责任感令在场学者感慨不已。


学者简介:

  詹姆斯·汉森1941年3月29日生于美国。1963年获爱荷华大学学士学位,1965年获爱荷华大学硕士学位,1967年获爱荷华大学博士学位。汉森教授大部分时间任职于美国国家航空航天局(NASA)戈达德空间研究所(GISS),曾任所长32年(1981-2013)。2013年从NASA退休后,汉森继续担任哥伦比亚大学兼职教授,并主持气候变化、认识与应对项目。汉森教授是气候变化领域的先锋学者,是全球最有影响力的气候学家之一,被尊为“全球变暖研究之父”。早在70年代,他就开始领导NASA致力于气候模式的开发,并在1974年开发出NASA第一代全球气候模式。他于1981年在Science发 表的文章首次使公众意识到了人为排放的温室气体对气候产生的重要影响,并成功地预测了气候变化的趋势。他的一个最知名的工作是1988年在美国国会为气候 变暖作证,在全球产生了广泛的影响。由于汉森教授在气候变化领域的突出贡献,他于1996年被选为美国国家科学院院士。除此之外,汉森教授还获得过多项学 术与社会荣誉,主要的有:1990年NASA总统卓越贡献奖,2001年美国地球物理学会Roger Revelle奖章,2006年被《时代》周刊评选为“全球最有影响力的100人”,2009年美国气象学会Carl-Gustaf Rossby研究奖,2010年环境与可持续发展苏菲奖(“诺贝尔环境奖”)等。此外,汉森教授还积极推动公众对气候变化的关注,著有大量科普文章和书籍。



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