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在气候变化的讨论中，我们常常会听到这样一种声音：“气候本身存在自然变化周期，比如1500年周期，当前的全球变暖不过是这些自然周期的一部分”，有些时候我们还会听到类似的观点，认为是60年周期。

这种观点试图将当前的全球变暖归因于地球历史上的自然气候波动。但真的是这样吗？今天，我们就来揭开这个谜题，看看“自然周期”这个锅，全球变暖到底能不能背。

首先，我们必须承认，地球的气候系统确实存在自然变化周期。这些周期由多种因素驱动，包括地球轨道的变化（米兰诺维奇周期）、太阳活动、火山喷发，以及海洋与大气之间的相互作用等。先说说这个 60 年周期。2016年，《地球科学评论》的一项研究(Gervais, 2016)发现，海平面上升和全球平均温度数据中存在60年周期，表明其与大西洋多年代振荡（AMO）有关，振荡周期50-70年。作者据此进行预测，认为到2100年，全球升温的幅度仅为0.1–0.6 C，很明显，这就是反气候群体喜欢的结论。

尽管在上世纪90年代有人提到过多年代气候振荡的概念，但是真正AMO这个名词是著名气候科学家Micheal E Mann在2000年提出的(Delworth and Mann, 2000; Kerr, 2000)。很多人跟着做了很多关于AMO的研究，然而，悲剧来了，2020年和2021年，Micheal E Mann在Nature Communications(Mann et al., 2020) 和Science(Mann et al., 2021)上发表文章，认为气候系统中并没有AMO，正如Mann说的那样“我的同事们和我提供了迄今为止我们认为是最有力的证据，表明大西洋多年代振荡（AMO）实际上并不存在。”（my colleagues and I have provided what we consider to be the most definitive evidence yet that the AMO doesn't actually exist）

Mann证明50-70年的周期振荡是气候系统对外源响应导致的，例如40-70年代的气溶胶颗粒浓度异常，以及历史气候中的强火山活动驱动。数值实验也印证了这一结论，在CMIP5的无外强迫的对照试验模拟中，气候中并没有多年代际时间尺度振荡信号。而在加入火山活动等外部强迫的模拟中，却发现了显著的50-70年振荡信号，这表明气候系统中并不存在60年的自然周期，这些信号是由外部强迫（主要是火山活动）驱动的。

1500年周期主要体现在冰芯数据中，被称为丹斯加德-厄施格尔（Dansgaard-Oeschger，简称D-O）事件，主要发生在上一个冰河时期，大约从11万年前到1.2万年前。这些事件以格陵兰冰芯数据中的快速气温波动为特征，周期约为1500年。然而当检查南极冰芯数据后，发现南极冰芯反映的数值与格陵兰岛的正好相反，很明显这反映了南北半球之间的热量通量，与北大西洋海洋环流的变化密切相关(Blunier et al., 1998; Steig, 2006)。当有更多的热量向北输送的时候，格陵兰岛温度升高，而南极温度降低，而当向北热量输送减弱的时候，格陵兰岛温度降低，同期南极温度升高。这种周期变化是地球冰期的阶段的特征，在当前的间冰期（全新世），D-O事件的表现较弱且不规律，与当前全球变暖的模式存在显著差异。 

其他自然周期包括米兰诺维奇周期（轨道变化，周期2万至10万年）、太阳周期（如11年太阳黑子周期）和火山喷发（可导致短期降温）。这些周期在冰芯、树轮和海洋沉积物等古气候记录中有充分记录，驱动了过去的气候变化，如冰河期和间冰期。

然而，承认这些自然周期的存在，并不等同于接受它们是当前全球变暖的主要原因。这里有几个误区需要澄清。

1）自然周期的速率与规模无法解释当前变暖

全球变暖的速率是前所未有的。自工业革命前（1850-1900年）以来，全球平均温度已上升约1.2摄氏度，且大部分增幅发生在1970年代以后。这种速率远远超出了自然周期所能解释的范围。以60年周期为例，它主要影响的是区域气候，且其温度变化幅度通常只有几分之一摄氏度，无法解释全球范围内1.2摄氏度的巨大升温。同样，1500年周期在全新世（约1.17万年前至今的间冰期）期间表现得较为微弱且不规律，与当前持续、稳定的温度上升趋势不符。

2）自然周期的空间模式与当前变暖不一致

当前全球变暖的一个显著特点是其全球性。无论是陆地还是海洋，北极还是南极，都观察到了显著的温度上升。例如，海洋吸收了约90%的多余热量，导致海平面上升、海洋热浪频发以及海洋酸化加剧。相比之下，自然周期如60年振荡主要影响的是特定区域，如北大西洋，而无法解释这种全球性的变暖现象。1500年周期同样具有局限性，它主要体现在北半球的气温变化上，且常常伴随着南半球的降温，与当前两半球同时变暖的事实相悖。

3）自然周期无法再现人类活动的“指纹”

科学家在研究气候变化时，会寻找特定的“指纹”来区分自然因素和人类活动的影响。例如，温室气体浓度的急剧上升是人类活动（如燃烧化石燃料和森林砍伐）的直接结果。自工业革命以来，大气中的二氧化碳（CO2）水平从约280 ppm上升至今天的420 ppm以上，增加了近50%。这种幅度的增长远远超出了自然变率的范围。

此外，人类活动导致的变暖还具有独特的垂直温度结构。卫星测量显示，低层大气（对流层）正在变暖，而高层大气（平流层）则在降温。这种模式与温室气体引起的变暖机制相吻合：CO2在对流层中捕获热量，同时减少向外辐射的红外线，导致平流层降温。自然周期如太阳变率则无法解释这种垂直温度结构的变化。

4）气候模型的支持与人类活动的主导作用

气候模型是科学家用来模拟地球气候系统的重要工具。当这些模型只考虑自然因素（如太阳周期、火山喷发和自然周期）时，它们无法重现过去几十年中观察到的变暖趋势。然而，一旦将人类活动产生的温室气体排放纳入模型，模拟结果就能与观测数据高度吻合。

例如，IPCC（政府间气候变化专门委员会）的第六次评估报告明确指出，自20世纪中期以来，人类活动一直是观测到变暖的主导原因。这一结论得到了包括NASA、NOAA（美国国家海洋和大气管理局）等权威机构的一致认可。

综上所述，尽管地球气候存在自然变化周期，如1500年周期的D-O事件，还有一些看起来像是周期性的，例如AMO。怀疑者的论点将自然气候变率与当前变暖趋势混淆，但他们无法解释当前全球变暖的速率、规模和空间模式，变暖的这些特征，就是人类活动留下的独特“指纹”。科学证据清晰地表明，人类活动——尤其是温室气体排放——是当前变暖的主要原因。

所以啊，别再给自然周期背这口大锅了，真正的凶手就是我们人类自己。承认这一点不是为了让人恐慌，而是为了让我们能正视问题，采取行动去改变。毕竟，地球可是我们唯一的家园，咱得好好守护着。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：魏科 中国科学院大气物理研究所 研究员

审核：戴云伟 中国气象局 高级工程师

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 科普中国创作培育计划

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