前面我們回顧的是如何利用實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算的手段理解CO2 的溫室效應(yīng)及其對(duì)氣候變化的影響。一個(gè)關(guān)鍵的問題我們還沒有談到,那就是CO2濃度是否是在隨時(shí)間升高? 地表氣溫是否在隨時(shí)間升高? 本節(jié)將從觀測(cè)的角度來回答這兩個(gè)問題。

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校教授Charles D.Keeling(1928—2005)是第一個(gè)用儀器觀測(cè)大氣CO2濃度的。他于1958年在國(guó)際地球物理年組織的資助下，在夏威夷的Mauna Loa山峰建立了世界上第一個(gè)CO2觀測(cè)站，并開始CO2觀測(cè)，因此，提供了世界上時(shí)間最長(zhǎng)的CO2儀器觀測(cè)資料。Keeling的觀測(cè)最初曾得到了美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)(NSF)的支持，但后來中止了，因?yàn)镹SF認(rèn)為Keeling的觀測(cè)只是常規(guī)性的工作，沒有太大意義。但在1963年，NSF使用Keeling的觀測(cè)結(jié)果發(fā)出警告：CO2增加的溫室效應(yīng)有可能造成全球變暖，在1965年向美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)顧問委員匯報(bào)類似的觀點(diǎn)時(shí)，同樣使用了Keeling的觀測(cè)結(jié)果。

圖5是Keeling觀測(cè)的大氣CO2濃度時(shí)間序列圖。CO2濃度從1958年的316ppmv(每百萬體積單位中所占的分量)增加到2006年的大約381ppmv(2012年6 月的CO2 濃度是397ppmv)。目前的CO2濃度與工業(yè)革命前的CO2濃度(280ppmv)相比，增加量已超過了100ppmv。圖中的紅線代表月平均時(shí)間序列，紅線的波動(dòng)是CO2濃度的年循環(huán)，波動(dòng)幅度大約是7ppmv。這是因?yàn)楸卑肭蛳募局参锩⑵陂g的光合作用消耗了大量的CO2，因此,北半球CO2濃度自夏季開始下降，直到9—10月植物枯萎，光合作用減弱，CO2濃度又開始回升，在次年的5月份植物繁茂之前達(dá)到最大值。Keeling發(fā)表了多篇關(guān)于大氣中CO2增加的重要論文，其中最重要的是1960和1970年的兩篇論文。在1960年，他的觀測(cè)才剛開始2年，論文在當(dāng)時(shí)并沒有引起很大的轟動(dòng)，但1970年的論文產(chǎn)生了巨大的影響，學(xué)術(shù)界和社會(huì)才開始認(rèn)真地考慮人類燃燒化石燃料造成的2 增加將有可能導(dǎo)致全球氣候變暖。

雖然溫度的測(cè)量記錄可以追溯到17世紀(jì)或者更早，但可靠的全球平均溫度觀測(cè)記錄通常自1850年開始，因?yàn)樵谠缙?，占全?0%的海洋溫度觀測(cè)記錄很少。即使在今天，海洋表面的氣溫觀測(cè)主要是通過衛(wèi)星觀測(cè)，直接的觀測(cè)仍然很難覆蓋全部海洋.在人口稀少的陸地，直接的溫度觀測(cè)同樣也很少。英國(guó)東安吉利亞(East Angilia)大學(xué)的P.D.Jones教授在這方面做了大量的工作，他整理了世界各地的各種溫度觀測(cè)資料，給出了公認(rèn)比較可靠的自1850年以來的全球平均溫度時(shí)間序列。圖6是他們更新到2010年的南北半球和全球平均地表氣溫距平時(shí)間序列。無論是全球還是南北半球的平均溫度自1900年以來均呈上升趨勢(shì)，除了1940—1960年這段時(shí)間,溫度是下降的，北半球變暖較南半球強(qiáng)一些。線性回歸表明，在1900—2010年間，南北半球分別增溫1.12℃和0.84℃,全球平均增溫0.98℃。美國(guó)賓州州立大學(xué)教授Michael E.Mann等使用樹木年輪等替代資料推算了過去1000年的北半球地面平均氣溫變化，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的氣溫在過去1000年都是最高的。除了地面氣溫，整個(gè)大氣對(duì)流層的溫度也在升高，美國(guó)華盛頓大學(xué)付強(qiáng)教授等使用衛(wèi)星微波遙感的溫度資料計(jì)算了過去30年的對(duì)流層溫度變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)對(duì)流層溫度也是升高的。全球變暖是就全球平均溫度的長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)而言的，并非意味著持續(xù)不斷的溫度升高，因?yàn)闅夂蛳到y(tǒng)有其自身在不同時(shí)間尺度上的自然變化，如圖6 中60—70年代的變冷，可以被看作氣候系統(tǒng)自然波動(dòng)的結(jié)果，也有人認(rèn)為是人類活動(dòng)造成的氣溶膠增加，氣溶膠散射太陽輻射，導(dǎo)致地面變冷。但總體來講，全球平均溫度在過去100年是升高的。