气候敏感性是科学家用来表达人类造成的二氧化碳(CO2)排放和其他温室气体之间的关系，以及这将如何影响地球上的温度变化的术语。这个领域特别关注的是，在各种行星力量对温室气体的增加做出反应并进入“新常态”之后，随着温室气体增加一倍，地球温度将升高多少。气候敏感性是政府间气候变化专门委员会(IPCC)使用的术语，该联合国机构的任务是“定期对气候变化、其影响和潜在的未来风险进行科学评估”。它把这个全球范围的变化变成了一个简单的短语，这样研究人员就可以使用它——以及它的所有含义、反馈和可变性——作为更大范围的想法的速记。
自工业化前时代以来，二氧化碳已从百万分之280 (ppm)的水平增加到2019年的409.8 ppm。研究人员确信，在工业开始燃烧碳或其他温室气体之前，人类对大气中的碳或其他温室气体的数量不负责任，这被认为是历史基准。自20世纪50年代以来，二氧化碳的测量数据来自莫阿纳罗亚火山观测站;在此之前，它们是通过测量冰芯中被封存的气体来发现的。预计到2060年左右，排放量将达到560ppm——这是工业化前水平的两倍。
气候敏感性可以用一个方程来表示，该方程考虑了地球表面温度的平均变化，考虑了输入和输出能量之间的差异。使用这个方程，气候敏感性可以计算为3摄氏度，不确定性范围为2到4.5摄氏度，这意味着最可靠的模型表明，如果二氧化碳增加一倍，温度将发生变化。
什么是气候敏感性参数？
气候敏感性参数是一个方程式，用于显示该术语的具体数字和预测来自何处。由于全球气候系统的复杂性，科学家不能仅仅根据过去发生的事情来预测未来的变暖及其影响。这些复杂性包括一旦超过某些基准就会加速变暖的反馈循环;土地利用变化;空气污染/颗粒物可能对气候的短期变化产生影响。
如果科学家们想弄清楚有多少变暖可以归因于二氧化碳水平，他们需要一个方程，在考虑尽可能多的变量的同时，保持计算相对简单。有几个不同的方程可以解决这个问题。
第一个方程很简单，不包含任何反馈。
气候敏感性方程1
S = A × (T2-T1) / ((log(C2)-log(C1))/log(2))
S = A × (T2-T1) / (log2(C2/C1))
在戴夫·伯顿的方程中，S等于气候敏感性，也就是我们正在求解的数字。A是人为造成的二氧化碳，占50%，所以方程中有0.5。T1是你选择的时间段内初始的全球平均温度，T2是最终的全球平均温度。C1为CO2初始值，C2为终值。
例如，让我们看看1960年(二氧化碳浓度为317 ppm)到2014年(二氧化碳浓度为399 ppm)这段时间。在此期间，最低温度上升了0.5°C，最高温度上升了0.75°C，所以取这两个数字的中点，用0.625°C。
T1 = 0 T2 = 0.625
C1为317(1960年)，C2为399(2015年)，A为50%，则:
S=0.5×(0.625-0)/((log(399)- log(317))/log(2))
我们可以用谷歌作为计算器来查找:
S = 0.94°C /倍
这意味着二氧化碳每增加一倍就会导致气温上升0.94°C。大多数科学家都认为，如果地球系统是静态的，没有反馈，那么将会发生近1度的变暖。
考虑这些反馈对于理解气候敏感性很重要。这些反馈的影响有多大——以及如何权衡它们以纳入气候敏感性方程——是气候科学家们存在分歧的问题。
例如，这是另一个解释辐射强迫的气候敏感性方程。
气候敏感性方程2
S=△Teq×F2×CO2/△F
在这个方程中，气候敏感性是平均温度的变化乘以二氧化碳增加一倍导致的辐射强迫，再除以辐射强迫的变化。
估算气候敏感性的不同方法
上述公式并不是唯一的气候敏感性公式。尼古拉斯·刘易斯和朱迪思·库里的一篇著名论文在他们的计算中包括了对辐射强迫和行星热吸收的估计。科学家的其他论文对方程式的不同方面进行了稍微不同的加权，得出了不同的结果。
虽然所有的公式都在问和回答同样的问题，但它们都考虑了不同的变量。气候科学家还使用了几十个其他类似的方程，随着更多信息的了解，输入变量的数字会定期更新。
重要的是，即使考虑到所有这些不同的变量，气候科学家对各种方程的答案通常也会落在IPCC数字所提到的范围内:随着大气中二氧化碳浓度增加一倍，预计将发生2.5至4度的变化，平均约为3度。
辐射强迫
辐射强迫是一种科学的方法，用来描述在大气的最高水平上进出地球的辐射之间的不平衡。
当辐射强迫发生变化时，它会影响地球的温度。这反过来又影响了气候敏感性方程——这就是为什么它是理解气候敏感性的一个重要因素。
辐射强迫受几个因素的影响。其一是太阳辐射的自然变化，例如取决于地球在其围绕太阳的轨道上的位置的波动，以及太阳耀斑和太阳输出的其他变化。
温室效应会增加进入大气的辐射量，而气溶胶会导致云量的变化(从而增加或减少辐射)，它们也会影响辐射强迫。
最后，土地利用变化，如冰川冰雪融化;永冻层;森林砍伐也会影响辐射强迫的发生程度。
气候反馈
气候反馈是气候敏感性难题中非常重要的一部分。反馈仅仅意味着当一件事发生变化时，它会影响到另一件事，然后在某种程度上改变了第一件事。这些都是过程的内部部分(不像辐射强迫，主要来自系统外部)。
其中一些反馈对科学家来说是具有挑战性的，因为它们与整个气候系统的工作方式密切相关，而其他反馈则是孤立的，所以很容易解释它们的变化是如何影响整体气候的。
一个失控的反馈循环的力量是如此强大，以至于第一件事的改变会引发一个快速而强烈的反馈，这种反馈比其他类型的反馈循环发生得更快。
有许多过程要么在变暖开始后加剧(这里称为正反馈，因为它们加速了这一过程)，要么相反，使气候变冷(负反馈，因为它们减缓了这一过程)。下面是一些积极反馈的例子。
永久冻土融化
永久冻土层是大部分北极地区全年保持冻结的土壤或岩石层。一些永久冻土在地表，而另一些永久冻土在季节性冻结和融化的层以下。
当永久冻土因气候变化引起的温度升高而融化时(这种情况发生在极地地区，其变暖速度是地球上其他地区的两倍)，永久冻土会释放出二氧化碳和甲烷。当冰冻的泥炭沼泽融化时，就会发生这种情况，就像西伯利亚西部的泥炭沼泽一样，它们形成于11000年前。甲烷是一种温室气体，它引起的变暖程度是二氧化碳的25倍，所以如果泥炭沼泽中含有的甲烷被释放出来，它将导致进一步的变暖，这将融化更多的永久冻土，这样循环下去。
美国国家海洋和大气管理局2019年的一份报告称，北部永久冻土地区的碳含量几乎是目前大气中碳含量的两倍，而且这种融化已经开始，可能造成一个失控的反馈循环。
分解失衡
在中纬度地区，全球变暖趋势也将增加淡水生态系统和湿地释放的甲烷。这是由于气温升高增加了生活在那里的微生物群落的天然甲烷产量。据预测，随着气候变化的进展，热带地区将变得更加潮湿，那里的土壤将更快地分解，从而限制了它们储存碳的能力碳汇，就像土壤一样，对于保持二氧化碳的锁定，防止其释放到大气中很重要。
由于气候变暖导致的地下水位下降意味着泥炭沼泽将干涸。一些会燃烧，释放出甲烷，而另一些会变干，释放出二氧化碳。干燥泥炭在未来储存碳的能力也较差。
干燥的热带雨林
热带雨林很容易受到气候变化的影响，因为它们的自然平衡很容易被破坏。因此，虽然一些热带雨林生态系统将在显著变暖的情况下崩溃，但令人担忧的不仅仅是森林的消失——热带雨林中的树木和其他植被也起到了重要的碳汇作用。当它们死亡时，碳会被释放出来，而当雨林死亡时生长的植物类型在未来将无法储存那么多的碳。据研究人员称，那些幸存下来的雨林也将无法保持碳。
森林火灾
中纬度地区的森林在夏季通常雨水较少，干旱更严重、更频繁，正如美国西部和西北部已经记录的那样。这些条件使得森林火灾在一片土地上蔓延得更快，也更常见、更热(这意味着它们燃烧时更具破坏性)。当森林燃烧时，它释放了储存在树木和植被中的大部分碳，所以森林火灾是大气碳增加的正反馈循环的一部分。
亚马逊雨林中的计划(开垦耕地)和意外火灾对气候变化都有类似的积极反馈，就像干燥的森林一样。
沙漠化
在干旱地区，由于更热、更干燥的气候条件的影响，以前的森林或植被覆盖的景观已经变成或将变成沙漠。非洲大陆一半以上的土地面临沙漠化的危险，但它影响到每一个大陆的土地。沙漠土壤中保存和利用碳的植物较少，腐殖质较少，而腐殖质是土壤中吸收更多碳的部分。
冰
冰，尤其是冰川的冰，会反射大量的太阳能。所以当它融化时，它下面的土地或水就会显露出来，两者都是深色的。较深的颜色吸收而不是反射太阳能，导致变暖。这种变暖在局部和整个气候系统中都导致了更多的融化。
其他的反馈循环也在这个系统中发生，比如冰融化导致海平面上升，而海平面上升又导致更多的冰更快地融化，因此融化速度加快。在全球变冷期间，情况正好相反，随着逆系统的自我强化，冰的积累相对较快。
水蒸气
水蒸气是最丰富的温室气体。空气中能容纳多少水蒸气是由温度决定的。温度越高，由于水分子的化学性质，越多的水能够被保持在高空。所以天气越热，空气中的水蒸气就越多，而水蒸气又会导致进一步的变暖。
下面是一些负面反馈的例子。
云
气温的变化预计会改变云的覆盖、类型和分布。由于云具有负反馈效应和正反馈效应，因此可以将其纳入两类，而不同的科学研究指向了云的不同影响。但总的来说，它们的影响可能是负面的，因为云层会将阳光反射回太空，从而产生冷却效果。一些研究表明，如果二氧化碳水平增加两倍，所有低洼的层积云将消散，造成显著的额外变暖。
然而，由于云层也会在其下方捕获热量，因此它们有多少负反馈取决于云层的高度和种查看近年来的卫星数据并不是一个可靠的指标，因为这些数据更有用的是对区域的快照-当外推到行星云覆盖时，系统中的噪声使信息变得不那么有用。建模也是一个挑战与云由于复杂的物理涉及。
黑体辐射(普朗克反馈)
普朗克反馈是气候反馈模型的一个非常基本的部分，在编写气候敏感性反馈方程时要考虑普朗克反馈。当行星表面的特征吸收太阳的能量时，它们的温度就会升高，同时也会提高它们周围表面和空气的温度——这是一种正反馈。然而，并不是所有被吸收的能量都保留在地球表面;在这种情况下，它的作用是增加最终返回太空的热量。从技术上讲，这是一种负面反馈。
植物和树木生长
随着地球变暖，许多地方变得更湿润，会有更多的植物生长，而且生长得更快。当它们这样做的时候，它们会把二氧化碳从大气中抽出来;随着时间的推移，一些二氧化碳会在植物呼吸中释放出来，而另一些则会被埋在土壤中。然而，这种想法也有局限性;植物的生长受到其他化学物质的限制，尤其是氮，而气候变化的总体影响(其中包括干旱和热应激)意味着，许多地方的植物将无法在它们曾经生长过的地方生存或茁壮成长。
地质风化
作为地球碳循环的基本组成部分，岩石的化学风化作用将二氧化碳从大气中去除。天气越暖和，降雨越多，这种循环就发生得越快。总的来说，与冰和水蒸气的正反馈相比，这是一个相对缓慢的过程，但可以帮助减轻人类释放到大气中的一些额外的二氧化碳。
气候敏感性的主要测量方法
气候科学家有三种主要方法来测量气候敏感性，所以如果你在分析方程、阅读期刊文章，或者听气候科学家讨论气候敏感性，你会听到以下术语:
平衡气候敏感性
当二氧化碳水平发生变化时，它不会立即影响全球气候。由于各种反馈回路和相互竞争的因素，气候需要时间来适应二氧化碳的增加或达到平衡，因此称为平衡气候敏感性(ECS)。
为了理解这一点，想想一棵被砍倒的树中储存的碳需要多长时间才能释放出来:如果树木被切碎用作柴火，它会释放出碳，但可能需要3-4年的时间才能将所有的木材燃烧殆尽。另一个例子是海洋:太平洋最深处的温度上升一度需要很多年的时间——即使变暖会发生，但时间跨度很长。
短暂气候响应
瞬态气候响应(TCR)是二氧化碳加倍时发生的更直接的变暖。这发生在ECS之前，并且是一个临时措施，因为额外的变暖将会到来。
地球系统灵敏度
地球系统敏感性比ECS更关注长期变化。这一措施考虑了几十年或更长时间尺度上的变化，如冰川移动或消失，森林覆盖的移动或消失，或荒漠化的影响。
如果不减少二氧化碳排放会发生什么?
如果不减少二氧化碳排放，气候敏感性计算表明全球气温将升高平均温度的变化不会均匀地分布在全球各地。在一些地方，如北极地区，气温上升的速度是其他地区的两倍。随着气温继续上升，更多的冰川、冰和永久冻土将融化，加速并加强它们与气候变化的正反馈。
我们已经看到了气候变化对世界的影响:飓风和其他风暴更加频繁和更具破坏性，干旱条件为更热和更具破坏性的野火创造了条件，洪水增加，包括与海平面上升有关的洪水，影响沿海地区的地下水位，以及许多其他影响。我们今天看到的这些影响都是在20世纪90年代预测到的。
环境影响
气候变化对环境的影响是多样而复杂的。虽然仍有许多未知因素，但我们已经经历了许多最常见的预测影响:更极端的风暴、更频繁和更强烈的洪水事件、海平面上升、燃烧更热的野火和加速的荒漠化。
但是，气候变化除了对环境产生更大规模的影响外，对环境的破坏性影响不那么直接，也不那么明显。
动物
有特定生态位的动物会因为气候变化而迅速变化或移动而挣扎。这将影响一系列动物，包括但不限于:
那些依赖雪或冰覆盖的动物，如北极熊或加拿大猞猁
那些只能在特定的水温下生存的，比如珊瑚和鱼
还有那些依赖季节性水的，被称为“短暂水池”，包括一系列昆虫和两栖动物。
其他动物的食物来源移动或消失，也会对它们的生存产生深远的影响。鸣禽已经在调整它们的迁徙路线，以应对气候变化的景观，在某些情况下，它们不得不飞得更远，寻找食物或水，以及应对更极端的天气事件和野火，这些被认为是最近前所未有的大规模死亡事件背后的原因。
植物
气候变化将在多个层面上影响植物的分布和丰度。在受干旱影响的地区，一些植物没有足够的水来生长和繁殖。其他的，像标志性的约书亚树，不能足够快地适应不断变化的环境。
人类的影响
一个更不稳定和更具破坏性的天气系统对人类的生活和活动产生巨大影响。那些没有足够资源搬迁或重建家园的人将比那些生活在富裕国家或拥有个人财富的人遭受更大的痛苦。这意味着，气候变化的大部分负面影响——生命、家园、企业和清洁水等基本资源的损失——已经并将继续由最贫穷的人承担。
即使在人均收入较高的国家也是如此。
经济学
气候变化的影响也将代价高昂。对气候变化成本的估计取决于所包括的内容:一些研究只关注日益增加的灾害对全球贸易的成本，而另一些研究则关注破坏“免费”生态系统服务的成本——例如，湿地在过滤水方面的作用。
目前，气候敏感性的范围很广:预计全球气温将上升2至4.5度，二氧化碳水平将增加一倍。根据剑桥大学的一项研究，仅仅是温度上升有多严重的不确定性估计就会造成10万亿美元的损失。
人类生活
由于气候变化的影响，人们会比没有气候变化的情况下死得更早。土著社区在生态系统中狩猎、采集和从事传统活动的能力将会下降，因为生态系统无法支持当地传统的动植物。
我们已经经过了大幅度减少二氧化碳排放以避免显著变暖的时代。
