主流观点：人类活动

　　主流学术观点从观测资料和计算机数值模拟两方面，证明人类活动是20世纪全球增暖主因。观测资料上，近几十年全球迅速增温与人类排放CO2增长趋势相吻合（图3-2）。

图3-2 观测资料显示的20世纪后期全球增温趋势（上图）与过去1000年CO2浓度变化（下图）

　除了观测资料外，科学家也用计算机数值模式模拟大气变化，从而可以考察温室气体是否真得对大气有如此大的影响。那么什么是数值模式呢？简单说来，我们的大气受各种物理、化学规律支配，在一个给定的初始和边界条件下，我们可以通过给相应数学方程组求解得到某种大气状态，从而把大气运动规律刻画出来。这种方法可以做短时天气预报，再现古气候变化，预测未来气候趋势，甚至可以人为设定一个全新的地球环境（比如全新的轨道参数、海陆分布、植被分布等），看看在一个新环境中大气会怎样变化。

　　随着人们对气候系统认识的深入，数值模式也经历着由简单到复杂的漫长过程。历史上，早在1922年，英国科学家L·F·理查孙就在 《天气预报的数值方法》一书中，论述了数值预报的原理和可能性（图3-3）。但由于计算量巨大，他也曾断言，按现有的人工计算速度，任何天气预报所需时间都比预报时段更长从而使得预报变的没有意义。然而，直到第二次世界大战结束，由于电子计算机的出现，气象观测网，特别是高空观测的发展，气象资料有了很大的改善，数值天气预报才真正成为可能。随后地球流体力学的迅速发展，提供了更多更快的计算模型。而气象卫星的成功运用，为从观测角度约束数值模式偏差提供了可能。到1970年代初期，数值模式已比较普遍地用作业务预报。

　　图3-3 这张图片是Richardson对最初数值天气预报的设想。Richardson是最早提出数值天气预报并尝试的人，虽然当时的计算没有考虑到计算稳定性条件而宣告失败，但其思想却宣告天气预报的新纪元。当时还没有计算机，因此庞大繁重的计算任务只能有人来担当。这张图里Richardson设想在一个代表地球的球形屋子里，每个人负责计算一个地球格点上的大气，球心坐着一个人负责协调每个人的计算，即将这个人的计算结果调给另一个人，又把另一个人的结果调给其它人，就像如今的电脑CPU一样。其实科学就是源于这最朴素的思想。

　　图3-4 大气环流模式将大气在水平、垂直方向上离散，以格点表示。只要不断计算每个格点上的大气状态，就可以得到完整的全球大气演变过程。只是这种计算如今由超级计算机来做，而不再幻想一个个人工坐在格子里计算了。

　　自20世纪90年代起，随着全球变暖加剧，科学家们又尝试使用数值模式研究气候变化原因和未来趋势。这时，人们才意识到，整个大气的运动规律不仅仅是自身完成，同时也时受太阳、陆地、海洋、冰川等外部因素的影响。若要做到尽可能描述真正的大气演变规律，就必须把海洋、陆地、植被、人类活动、温室气体、化学元素等各种要素的监测数据都放进不同的数值模式参与计算，从而演生出大量的海洋模式、陆地模式、植被模式、化学模式等等。

　　在计算水平飞速发展的今天，科学家们已经提出了将以上的各种模式的优秀模块综合在一起从而形成能够更加准确反映气候或天气变化的模式——地球系统模式。到目前为止，国际上并没有对地球系统模式给出权威和明确的定义。这一名字是在进入21世纪后随着地球科学各分支学科的相互渗透与逐渐融合、进而明确提出地球系统的概念后产生的。地球系统模式把大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈作为一个相互作用的整体来考虑问题，基于地球系统中的动力、物理、化学和生物过程建立起来的数学方程组来确定其各部分的性状，由此构成地球系统的数学物理模型，然后用数值的方法进行求解，编制成一种大型综合性计算程序，并通过计算机付诸实现对地球系统复杂行为和过程的模拟与预测的科学工具。

　　数值模式的迅速发展，加快了科学家对全球变暖的认知。科学家们可以在模式中设定不同的CO2浓度、轨道参数、太阳辐射强度，让计算机去模拟各种气候反馈过程，查看最终的气温变化哪一个更接近于观测。目前的大量模拟表明，只有在考虑了人类活动影响后才能再现自工业化以来全球迅速增温的现象。（图3-5）虽然气候模式现在并不完善，与观测仍有不同程度偏差，不同模式间结果相差较大，结果具有一定程度的不确定性。这种不确定性一度成为反对人类活动影响气候变化观点的攻击之处。但数值模式结果仍被大多数科学家所承受，表明人类活动对近几十年来的全球增暖负有不可推卸的责任。

图3-5 数值模式模拟的全球历史气温变化。
红色表明包括自然和人为影响因子，显示出增温趋势，与观测（黑线）吻合。
蓝色表明只包含自然影响因子，没有显著的增温趋势。

图3-6数值模拟结果显示，CO2是全球增温最主要的强迫因子。

图中红色表示增暖大气，蓝色表示致冷大气。