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目前的共识是：二十世纪全球温度上升了约0.6C。这样的上升速度并不很令人担心。即使以后二氧化碳增加的速度会增加，由于温室效应与二氧化碳浓度是非线性关系，温室效应的增加并不见得会加速。但是全球变暖理论说，气候变化中存在许多“正反馈”机制。一旦温度上升到一定程度（即转折点），暖化过程就会自我加速，不可逆转。但也有人提出一些“负反馈”机制，可能减慢暖化过程。
“转折点”的存在表现在气候模型的结果中。但是这些模型有多可信仍然是个问题（见第6.1节）。本章仅讨论有关的观察和实验结果。总的说来“转折点”的存在性和其具体位置都还远远没有被观察证实。
4.1 历史温度数据
【Hanson 2007】通过分析历史数据来研究转折点问题。他们指出，历史上气温升高都发生得很快（见Figure 3-1），可见一定有正反馈存在。因为二氧化碳含量是他们找到的唯一与气温相关很好的变量，他们就得出结论说二氧化碳含量是决定气温（这里是正反馈）的重要因素。因此，他们还计算出转折点在二氧化碳含量为450 ppm（凑巧比目前含量稍高）。但是这个理论没有解释为何温度下降时这个正反馈因素没有起作用。他们的理论也和其他关于日辐射强度决定气温的结果相悖（见第3.3节）。
4.2 北极冰层的融化
Figure 4-1 冰层面积与温度记录
北极冰层在全球变暖过程中起重要作用。它的消减会增加极区对日光的吸收，从而加剧暖化。同时，冰层的溶解又使得海平面升高，影响人类生活。这里只讨论第一个问题。海水升高的问题将在第5.1节中讨论。
【Comiso 2002】的研究表明，从1978到2000，北极冰层面积减少了约9%。而且冰层的消长与温度有很强的相关性，如Figure 4-1所示。在该图中显示了多年冰层的区域（extent，包括冰间的水面）和面积(area)。这些测量是每年的最小值，排除了随季节变化的冰层而只包括多年性的冰层（perennial ice）。图中的数据到2000年为止。但是这个趋势至少到2003年仍然存在【Lindsay 2005】。该文作者认为，不能排除这种冰层减少的趋势受气候周期的影响。看来他们的工作并不能证明正反馈的存在。
注意这期间北极区气温升高了约2C，远远高于全球平均气温的升高。气候模型预计，这个现象未来也会存在【Hansen 2007.2】。
【Overpeck 2005】是关于这个问题的一篇综述，其立场是明显偏向全球变暖理论的。该文预言北极冰层在未来一个世纪左右会消失。这个变化会有很多后果，例如加速格陵兰冰川的融化而引起海平面上升高达6米。关于格陵兰冰川和海平面问题本文还会讨论。
Figure 4-2 北极地表平均温度和海平面气压（与1940至1970之平均值的差）
蓝线：6年平均。黄线：95%置信度范围。红虚线：长期变化趋势。绿线：每个气候周期的平均。
【Lindsay 2005】运用模型来探讨北极冰层变薄的原因。这个模型包括各种热力学过程，而且经过与数十年的观察数据的比较。他们得出结论：虽然最近的冰层变薄可能是由于自然气候周期而引起，但是现在已经成为自我维持的过程，除非有强烈的气候变冷，这个过程很难逆转。
注意他们的模型是通过不断的调整（外力推动）来达到与测量的一致的。所以这个模型预测未来的能力是很有限的。而且，因为这56年中北极温度升高了3C, 这个冰层融化很可能是局部现象（在南极就没有发生）。这个模型也只限于局域的热力学平衡。但实际上北极气候是一个开放系统，与全球有空气，水汽等交流。而且，这个模型并没有说明冰层融化是全球变暖造成的。如果冰层融化是由于自然气候周期而且不可逆转，阻止全球变暖并不能挽救北极冰层。
关于北极冰层是否进入不可逆转的“非稳态”，也可以从温度历史上来看。【Polyakov 2003】考察了过去120年间北极附近地面平均温度（SAT）和海平面气压（SLP）的变化，指出1950左右的平均气温比现在还高，随之有过一个下降时期，如Figure 4-2所示。可见，变化的主要驱动力不是正反馈，而是气候周期（低频振荡，LFO）。该图也显示，气温的长期变化还是有上升趋势（估计值为每十年-0.25C到每十年+0.17C）。但是短期的变化幅度要大得多。所以不能把短期变化外推为长期变化。但是，该文是把过去120年数据平等对待的，所以如果在近年来气温上升有加速趋向的话（图中有这种迹象），不会再该文的统计分析中反映出来。
综上所述，北极的温度肯定在上升，冰层也肯定在缩小。但这是不是全球变暖所造成，是不是不可逆，还没有足够证据证实。比较保险的说法，是最近的变暖是气候周期和温室效应共同作用的后果【Divine 2006】。
4.3 格陵兰冰川会滑进大海吗？
另一个可能的正反馈机制是格陵兰冰川的移动加速【Zwally 2002】。观察显示，格陵兰海岸附近冰川的移动速度在夏天（气温高时）比冬天高。移动速度与表面融化程度相关。从1996到1999，平均移动速度是32厘米/日。在融化最高的季节，移动速度增加了2厘米/日。但是在融化季节结束后，移动速度会在短期内“反弹”到稳定值以下，再回到稳定值。在这些观察点，冰川底部的温度被估计为-1C，接近在压力下的熔点。作者认为，移动加速的原因是表面融化的水渗入冰川与岩石的界面而起到润滑作用。从文章看，这个机制是可信的，但离开直接证明还有相当距离。而且要注意，冰川本来就是流动的，不能把“流动”和“流失”等价，而应该看总体的质量收支平衡。而且，由于地形关系，可能“滑进大海”的只是海岸附近的很小一部分冰川。
从历史上看，格陵兰的温度在1920年左右也达到过现在的高度【Chylek 2006】,如Figure 4-3所示。所以，有理由相信格陵兰的冰川还是稳定的。注意，其中只有两个观察站（Ammassalik和Nuuk）同时拥有两个时期的记录。但是其他有几个观察站在1960年时观察温度相同，其地理位置也比较接近（Jakobshavn和Egedesminde都在西海岸，Ivgtutu和Prins Christi都在南海岸），可作为比较参考。这些观察站都在海岸，与冰川滑动问题直接相关。
而且，从Figure 4-3看，目前气温上升的模式与1920左右很相似。这也提示目前气温上升可能也是自然气候变化而不是人为温室效应的结果。
Figure 4-3 格陵兰各观察站气温记录
4.4 甲烷释放的影响
气温升高时，原来吸收在冻土层，土壤和海水中的甲烷会被释放到空气中。甲烷也是一种温室气体，反过来会加速气温上升。这也被认为是一个重要的正反馈机制【Hansen 2007.2】。这个机制被包括在通用的气候模型中。
甲烷含量的观察结果却没有显示明显的增加趋势【Isobel 2002】。Figure 4-4显示甲烷含量，增长率及其变化。图中可见三个世纪有几次增长率的高峰。最近（2000年）的增长率是负的。作者推测，甲烷的产生和吸收机制在未来都会发生变化，所以很难预测未来甲烷含量。作者同意随着温度升高甲烷含量会增加，但是没有给出定量的估计。
Figure 4-4 1983至2000年全球对流层甲烷(a)含量，(b)增长率(c)增长率变化
4.5 变暖过程的负反馈机制
除了以上讨论的正反馈机制外，人们也提出一些可能的负反馈机制。主要是因气温变高而引起海洋生物（海藻之类）生长增加。有些海藻会在大气中产生微粒（气溶胶），从而促进云层的产生。云层增加阳光反射率，降低气温。这其中有好几个环节，每个都需要观察和实验证明。目前的研究还不足以拼成完整的图景。
有些海藻能产生二甲基硫化物（DMS），随之在空气中氧化为硫酸盐气溶胶【Charlson 1987】【Slingo 1997】。硫酸盐微粒是促使云层形成的凝聚核。DMS的释放速度不仅与生物活动有关，也受海洋温度，日照，海水盐度等有关。这说明DMS的产生，释放和吸收是复杂的过程，目前还没有完全的了解。但是实验发现，海藻活跃的地区云层也容易形成（所需的水滴半径小）。DMS引起的反射增加能造成-15瓦/平方米的气候影响，是相当可观的【Meskhidzel 2006】（二氧化碳浓度加倍的影响不到5瓦/平方米【Hansen 2005】）。但是，为了形成对全球气候影响的定量估计，还需要知道这些海藻活跃地区的总面积和存在时间，以及在各种气象条件下的变化。目前对此还没有任何确定的结论。
另一种机制是生物碘的释放【O’Dowd 2002】。这是一个比较复杂的化学过程，如Figure 4-5所示。这篇论文通过烟雾室的实验证明了图示的机制。该文并声称：通过这个结果和应用的参考文献可以预测这个负反馈因素的效果可与温室效应同样大小。特别是，二碘甲烷的释放率在全球变暖的情况下会增加5倍。但是研读参考文献（14和22）似乎得不到如此结论。
Figure 4-5 从二碘甲烷（CH2I2）到气溶胶的化学途径
4.6 参考文献
【Chylek 2006】Chylek, P., M. K. Dubey, and G. Lesins, “Greenland warming of 1920–1930 and 1995–2005”, Geophys. Res. Lett., 33 (2006), L11707, doi:10.1029/2006GL026510. http://www.agu.org/pubs/crossref/2006/2006GL026510.shtml
【Charlson 1987】Robert J. Charlson, James E. Lovelock, Meinrat O. Andreae‡& Stephen G. Warren, “Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate”, Nature 326 (1987), 655 - 661; doi:10.1038/326655a0 http://www.nature.com/nature/journal/v326/n6114/abs/326655a0.html;jsessionid=4BB52F00BC402582A5F98305F49A3D49
【Comiso 2002】Comiso, J. C.: A rapidly declining perennial sea ice cover in the Arctic, Geophys. Res. Lett., 29 (2002), 1956, doi:10.1029/2002GL015650 http://www.ggy.bris.ac.uk/staff/personal/JonathanBamber/teaching/Env%20change%20II/comiso_grl.pdf
【Divine 2006】Divine D. V., C. Dick “Historical variability of sea ice edge position in the Nordic Seas”, J. Geophys. Res., 111 (2006), C01001, doi:10.1029/2004JC002851. http://www.agu.org/pubs/crossref/2006/2004JC002851.shtml
【Hansen 2005】Hansen, J., Sato, M., Ruedy, R., Nazarenko, L., Lacis, A., Schmidt, G. A., Russell, G., Aleinov, I., Bauer, M., Bauer, S., Bell, N., Cairns, B., Canuto, V., Chandler, M., Cheng, Y., Del Genio, A., Faluvegi, G., Fleming, E., Friend, A., Hall, T., Jackman, C., Kelley, M., Kiang, N. Y., Koch, D., Lean, J., Lerner, J., Lo, K., Menon, S., Miller, R. L., Minnis, P., Novakov, T., Oinas, V., Perlwitz, Ja., Perlwitz, Ju., Rind, D., Romanou, A., Shindell, D., Stone, P., Sun, S., Tausnev, N., Thresher, D.,Wielicki, B.,Wong, T., Yao, M., and Zhang, S. “Efficacy of climate forcings”, J. Geophys. Res., 110 (2005), D18104, doi:10.1029/2005JD005776, http://www.agu.org/pubs/crossref/2005.../2005JD005776.shtml
【Hansen 2007】Hansen, James et al, “Climate Change and Trace Gasses”, Phil. Trans. R. Soc. A 365(2007), 1925–1954 doi:10.1098/rsta.2007.2052, http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2007/2007_Hansen_etal_2.pdf
【Hansen 2007.2】J. Hansen, Mki. Sato, R. Ruedy, P. Kharecha, A. Lacis, R.L. Miller, L. Nazarenko, K. Lo, G.A. Schmidt, G. Russell, I. Aleinov, S. Bauer, E. Baum, B. Cairns, V. Canuto, M. Chandler, Y. Cheng, A. Cohen, A. Del Genio, G. Faluvegi, E. Fleming, A. Friend, T. Hall, C. Jackman, J. Jonas, M. Kelley, N.Y. Kiang, D. Koch, G. Labow, J. Lerner, S. Menon, T. Novakov, V. Oinas, Ja. Perlwitz, Ju. Perlwitz, D. Rind, A. Romanou, R. Schmunk, D. Shindell, P. Stone, S. Sun, D. Streets, N. Tausnev, D. Thresher, N. Unger, M. Yao, S. Zhang, “Dangerous human-made interference with climate: A GISS modelE study”Atmos. Chem. Phys. 7 (2007), 2287-2312. http://pubs.giss.nasa.gov/abstracts/2007/Hansen_etal_1.html
【Isobel 2002】Isobel J. Simpson, Donald R. Blake, and F. Sherwood Rowland Tai-Yih Chen, “Implications of the recent fluctuations in the growth rate of tropospheric methane”, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, 29 （2002）117, dot 10.1029/2001GL014521, http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/otheratg/blake/ch4grlpaper2002.pdf
【Lindsay 2005】Lindsay, R.W. and Zhang, J. “The thinning of Arctic sea ice, 1988–2003: Have we passed a tipping point?” J. Climate, 18, 4879–4894, doi:10.1175/JCLI3587.1, 2005. http://ams.allenpress.com/perlserv/?request=get-abstract&doi=10.1175%2FJCLI3587.1
【Meskhidzel 2006】Nicholas Meskhidze1 and Athanasios Nenes, “Phytoplankton and Cloudiness in the Southern Ocean”, Science 314. (2006) 1419 – 1423 DOI: 10.1126/science.1131779 http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/314/5804/1419
【O’Dowd 2002】COLIN D. O'DOWD, JOSE L. JIMENEZ, ROYA BAHREINI, RICHARD C. FLAGAN, JOHN H. SEINFELD, KAARLE HÄMERI, LIISA PIRJOLA, MARKKU KULMALA, S. GERARD JENNINGS & THORSTEN HOFFMANN, “Marine aerosol formation from biogenic iodine emissions”, Nature 417, (2002) 632–636 http://www.nature.com/nature/links/020606/020606-4.html, http://web.ebscohost.com/ehost/detail?vid=1&hid=105&sid=639ba84b-da3c-449e-92b7-e25fdee488d7%40sessionmgr109
【Overpeck 2005 】Overpeck, J. T., Sturm, M., Francis, J. A., Perovich, D. K., Serreze, M. C., Benner, R., Carmack, E. C., Chapin III, F. S., Gerlach, S. C., Hamilton, L. C., Hinzman, L. D., Holland, M., Huntington, H. P., Key, J. R., Lloyd, A. H., MacDonald, G. M., McFadden, J., Noone, D., Prowse, T. D., Schlosser, P., and V¨or¨osmarty, C “Arctic system on trajectory to new, seasonally ice-free state”, Eos Trans. Amer. Geophys. Union, 86 (2005), 309–312.
http://meteora.ucsd.edu/~meyer/pdffiles/2005EO340001.pdf
【Polyakov 2003】Polyakov, I.V., R.V. Bekryaev, G.V. Alekseev, U.S. Bhatt, R.L. Colony, M.A. Johnson, A.P. Maskshtas, and D. Walsh, “Variability and Trends of Air Temperature and Pressure in the Maritime Arctic, 1875–2000.” J. Climate, 16 (2003), 2067–2077 DOI: 10.1175/1520-0442(2003)016<2067:VATOAT>2.0.CO;2 http://ams.allenpress.com/perlserv/?request=get-abstract&doi=10.1175%2F1520-0442%282003%29016%3C2067%3AVATOAT%3E2.0.CO%3B2
【Slingo 1997】- A. Jones, A. Slingo，“Climate model studies of sulphate aerosols and clouds“，Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 352 (1997) 221-229. doi 10.1098/rstb.1997.0017 http://journals.royalsociety.org/content/335e0nlf5d9ry143
【Zwally 2002】H. Jay Zwally, Waleed Abdalati, Tom Herring, Kristine Larson, Jack Saba, and Konrad Steffen， “Surface Melt-Induced Acceleration of Greenland Ice-Sheet Flow”, Science 297 (2002), 218. DOI: 10.1126/science.1072708 http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/297/5579/218
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