主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？十 气溶胶 -- 橡树村
家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？十 气溶胶 气溶胶就是空气中固态或者液态的颗粒物的聚集。别看固体液体的密度比空气大上不少，当颗粒足够小的时候，这些东西也是可以漂浮在空中的。小到什么程度呢？差不多是在10个纳米到10个微米之间。这些微小的颗粒物聚集在一起，能够在大气中驻留至少几个小时，甚至更久，长达数天数月。不过虽然气溶胶停留的时间并不长，但是由于大自然和人类持续的排放气溶胶，整体来说大气总是能够保持一定量的气溶胶，其对气候的影响也需要考虑。实际上，这是一个非常重要的影响因素。
外链图片需谨慎，可能会被源头改气溶胶是很重要的一个因素
气溶胶影响气候的方式非常复杂，也很热闹。下面这个图了解释大部分气溶胶对气候的影响过程。首先，最左边的一个，气溶胶会影响大气对太阳光的反射，也就影响了太阳光抵达地面的程度，这个叫做直接作用。但是究竟气溶胶会增大对太阳光的反射，还是会减少太阳光的反射，那可就热闹了。不同化学成分、形状的气溶胶，它们都不一样！究竟起到什么样的作用，要看这个气溶胶的光学性质，同时还与当时的湿度有关，大气中的气溶胶的分布状态，运动状态，高度，地点，也会影响到气溶胶对太阳光的反射。总的来说，可以部分吸收太阳光的气溶胶，如果处在颜色比较深的地球表面上空，比如海洋，或者森林，会减少太阳光对这些地区的辐射，是一个负的辐射强迫；而如果气溶胶处在很明亮的表面，如雪面，冰面，沙漠，或者云的上空，就可能产生正的辐射强迫。一般来讲，气溶胶影响的只是短波辐射，也就是从太阳来的辐射，但是如果气溶胶颗粒加大，就有可能影响到长波辐射，也就是地表发出的红外辐射，这自然就会增加了事情的复杂性。
外链图片需谨慎，可能会被源头改气溶胶的直接和间接作用
然后呢，气溶胶还可以影响云的行为，这就是间接的影响。这就可以非常热闹了。云是在大气中聚集的水滴或者微小的冰颗粒，所以云也可以粗略分成水云和冰云两种，虽然实际上水云冰云经常混在一起。无论哪一种，大气中气态的水蒸气要凝结，都需要有一个种子，也就是需要大气中的固体或者液体颗粒，或者说需要气溶胶。如果大气中根本就没有这些颗粒，水的分压再高也是形不成云的，在温度比较低的高空，这种情况就比较常见，低空的话，因为气溶胶广泛存在，这样的时候不算很多。要是气溶胶少呢，相对来讲，形成的云的水滴就要大一点，就是左边第二个图显示的。气溶胶多了呢，就是左边数第三个图显示的，会增加云里面的水滴的数量，进而影响云对太阳光的反射。这个作用，被称为一级间接作用。这个具体的影响呢，也与气溶胶的化学成分、大小，和当时的温度有关。然后人们发现实际情况还要热闹。云里面的水滴小了，就会改变下小雨的可能性，左边第四个图画的就是这个；再向右边看，有可能会对云的高度产生影响，可能会影响到云的留空时间。这些都被称为二级间接影响。最右边的两个，说的是因为一些气溶胶对短波辐射的吸收，导致了对流层局部湿度和稳定性的影响，从而影响冰云高度变化以及稳定性改变等等，这个叫做半间接作用。很热闹吧？好在考虑辐射强迫的时候，现在还不考虑半间接作用，不过这个作用也不是被忽略的，而是作为反馈来考虑的。
外链图片需谨慎，可能会被源头改对云的行为的理解，大约是目前气候变化研究最不确定的地方
这么复杂的行为，其认知程度就不要指望太高。对气溶胶的大规模研究起步的年头不多，所以相关学科进展很快，但是因为起步太晚，目前的认识水平基本上是中等水平。到了AR4的时候，已经可以在大陆地上分辨出什么地方大约都有什么气溶胶，也就可以判定那些硫酸盐、有机碳、炭黑、硝酸盐、工业粉尘等等的气溶胶的分布，而卫星监测的使用，地面监测站的建立，也收集了很多数据，可以用来建立验证各式各样的大气气溶胶模型。尽管如此，现在对单一气溶胶的直接辐射强迫的认识还很不足，不过总是已经有了一定的估计。
外链图片需谨慎，可能会被源头改气溶胶光学厚度。
上图为2001年一至三月，下图为2001年八至十月。图中的白色和红色的小点显示了检测气溶胶的站点的分布
人类向大气排放的二氧化硫与水和大气中的氧特别是羟基反应形成的硫酸盐是气溶胶里面很重要的一个，在大气里面，基本上硫酸盐都是以硫酸铵、硫酸氢铵的形式存在的。大气中74%的硫酸盐都是人类排放的，72%来自化石燃料燃烧，2%来自生物质燃烧，大自然也排放不少的二氧化硫，海洋的浮游生物排放的二氧化硫占到了总量的19%，火山喷发也贡献了7%。在1990年代，估计二氧化硫排放的总量是每年91.7到125.5吨硫，其中66.8到92.4吨硫来自人类活动。人类导致的硫的排放目前已经在下降。欧洲目前硫排放已经从1980年的每年18吨降低到2002年的每年4吨，美国的硫排放也从1980年的每年12吨降低到了每年8吨，不过在亚洲以及其他发展中国家，硫排放目前还在增长，亚洲2000年代初期的硫排放大约在每年17吨。不过总的来说，从1980年到2000年，全球的二氧化硫排放已经从73吨减低到了54吨，其中北半球从64吨下降到43吨，南半球从9吨增加到11吨。这个硫排放地点的变化，也会对气溶胶的辐射强迫产生影响。对于硫酸盐的辐射强迫，研究者之间的差异还是不小的，从-0.21W/m2一直到-0.96W/m2，平均值在-0.46+-0.20W/m2。在AR4中，最终选定的数值是-0.41W/m2，取90%的置信水平之后，就是-0.40+-0.20W/m2。换句话说，硫的排放可以起到降温的作用。
外链图片需谨慎，可能会被源头改气溶胶的辐射强迫分布
a) 人类排放的气溶胶的光学厚度；b) 与观测值的差异，显示自然排放的气溶胶的效果；
c) 短波辐射； d) 辐射强迫模型的标准偏差
e) 大气的短波辐射强迫； f) 表面的短波辐射强迫
化石燃料还会造成有机碳颗粒和碳黑进入大气，生物质燃烧也有类似作用。这个量，不同的研究者的估计也有不小差异。有人认为化石燃料每年向大气输送10到30吨的有机碳颗粒，8吨碳黑，也有人认为化石燃料提供的有机碳颗粒物和碳黑都只有两吨多，生物质燃烧实际上贡献更多的有机碳颗粒。一组数据说化石燃料燃烧每年提供2.2吨有机碳颗粒，而生物能源却贡献了多达每年7.5吨。这些颗粒自身对于太阳光照射的影响不算大，同时不同来源的颗粒影响也有区别，而这些颗粒又很容易与其他的颗粒聚集在一起，难以单独考察，这都把问题弄得非常复杂。目前的最佳水平估计，有机碳造成的辐射强迫是-0.05+-0.05W/m2，炭黑+0.2+-0.15W/m2，生物质燃烧+0.03+-0.12W/m2。人类还排放硝酸盐和其他矿业粉尘。硝酸盐的形成机制，是当大气中所有的硫酸盐都被氨饱和之后，余下的氨会缓慢氧化形成硝酸盐。或者说，在一些硫酸盐的影响下降的区域，会出现硝酸盐的影响上升的情况。目前的估计，硝酸盐颗粒造成的辐射强迫是-0.10+-0.10W/m2，矿物粉尘造成的辐射强迫是-0.1+-0.2W/m2。
外链图片需谨慎，可能会被源头改对于人类排放气溶胶直接作用辐射强迫的各种估算结果
气溶胶造成的直接影响的总和，并不是这些数值的简单相加。这些单一因素之间即有重叠，也有干扰，简单作加法是不行的。把这些因素综合考虑，也需要对这些作用的充分理解，最终需要依靠模型来模拟计算。这方面到AR4的时候研究也刚开始不久，同时结合一些卫星得到的数据进行验证。不同来源的估算得到的总辐射强迫的数值差异也不小，从略微的正值一直到-0.8W/m2。AR4最终采用的是这些数值的综合，-0.50+-0.40W/m2，这里面的不确定性还是很大的。
外链图片需谨慎，可能会被源头改人类排放气溶胶间接影响的辐射强迫估算结果
间接辐射强迫，也就是说对云的反照率，或者说对云对太阳光的反射的影响，研究仍然在起步阶段，这方面的认识水平很不高。这个影响的确非常复杂，不是所有的气溶胶都会影响云的性质的，所以就要研究究竟什么地方都有什么样的气溶胶，什么样的化学成分，颗粒大小，排放的时候当地的温度、湿度、风的情况、排放高度等等。而由于不同的云对于太阳的反照也有所区别，这里面还需要考虑形成的云的大小、水滴尺寸、冰晶比例，甚至云的形状都是一个不可以忽略的因素。对于已经形成的云，气溶胶也会对云产生一些影响。不打算在这里展开了，有兴趣的可以去看第一工作组技术报告的2.4节。和气溶胶的直接影响一样，对这个间接影响的估算，目前不同研究者得到的结果差异也非常大，从-0.3W/m2一直到-1.8W/m2。AR4又采用了谁也不得罪的方法，把所有人的结果都纳入了进来，选定了一个平均值-0.7W/m2，90%的置信区间是-0.3到-1.8W/m2。也就是说，气溶胶造成的对云的影响，增强了云对太阳光的反射，降低了抵达地球表面的辐射强度。
总结一下，气溶胶的研究还很初步。目前的估计，气溶胶的直接辐射强迫是-0.50+-0.40W/m2，间接的辐射强迫是-0.7[-0.3~-1.8]W/m2。气溶胶对辐射强迫的贡献，是人类活动对负方向的辐射强迫最重要的，数值也是最大的。可以预计这方面的研究的进步，会对人类活动的整体辐射强迫的估算有很大的影响，大约是对人类活动对辐射强迫估算的最大不确定性的来源。
外链图片需谨慎，可能会被源头改不要忘了飞机的影响
影响云的还有一个一般人想不到的因素，就是飞机造成的航迹云。对流层的上部气温低，但是气溶胶也很难到达，没有晶种就行不成云，所以这里面的冰很多时候处在过饱和状态。而目前的飞机是可以很轻易的达到这个高度的，实际上喷气式飞机经常在这个高度活动。飞机经过之后，对过饱和状态的水汽造成影响，燃料燃烧排放的颗粒物来提供晶种，就会形成长长的凝结尾迹，也就是能见到的航迹云。这些云自然是可以反射太阳光的，不过这个云也可以吸收地面发射的红外辐射，并且从目前的研究结果来看，后者起到的作用还要大一些。对这个问题研究还不充分，认识水平并不高。AR4的估计，这个凝结尾迹对辐射强迫的贡献是+0.01[+0.003~+0.03]W/m2，基本上是正的强迫，但是数值很小。高空飞行器对于卷云的形成也会有影响，航空燃料燃烧后排放的气溶胶也对云的行为有影响。但是这两个影响，目前还没有了解。
气溶胶降落到地面以后，还会对地面对太阳光的反照造成影响。这个问题，下一节谈。
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？11 土地变化及其他
本帖一共被 4 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？13 火山 影响地表能量平衡的自然因素里面，太阳辐射的变化是外来的因素，火山活动就是来自地球的内部因素。火山爆发是非常剧烈的地质运动，在火山喷发过程中，地壳破裂，地壳下面的各种气体、液体都释放出来，喷发本身还伴随着大量灰尘的释放，很是壮观。火山的成因和危害这里就不说了，这里只讲火山对气候的影响。
外链图片需谨慎，可能会被源头改1991年皮纳图博火山喷发是20世纪最猛烈的一次火山喷发
由于火山喷发是相对罕见的事情，所以对于大多数火山喷发，至少是人类有史以来的火山喷发，火山喷发本身的能量释放，喷出来的岩浆对气候的影响就可以忽略。所以火山喷发对气候的影响主要来自气体和灰尘。火山喷发可以带来不同的气体，一般来讲，最多的就是水蒸气，然后是二氧化碳和二氧化硫，其他的，硫化氢，氯化氢，氟化氢也是很常见的火山气体，另外还有一些更加复杂的化合物，不过量都很少了。喷发出来的水蒸气虽然最多，但是一方面水蒸气在大气中停留的时间只有十几天，影响时间短，另外一方面这个量与全球水循环相比可以忽略，所以目前在研究火山对气候的变化的时候并不考虑。二氧化碳是重要的长寿命温室气体，总有一些人认为火山喷发的二氧化碳比人类多，实际上平均下来，火山喷发的二氧化碳每年只有1.3-2.3亿吨，虽然不是一个小数字，但是比起来人类目前排放的将近300亿吨二氧化碳来讲，数值上低了两个数量级。所以火山喷发的二氧化碳对气候的影响也可以忽略。火山对气候影响的最重要因素，就是二氧化硫。
外链图片需谨慎，可能会被源头改皮纳图博火山
火山喷发出来的气体可以高达16-32公里，可以进入平流层。这样，二氧化硫就直接进入了平流层。在平流层里面，二氧化硫经过缓慢氧化，与平流层里面的羟基反应，形成硫酸，进而形成硫酸盐，形成气溶胶，气溶胶逐渐沉积抵达地面。这个过程也不是特别缓慢。描述这个过程的速度的，是一个叫做指数递减时间e-folding time的概念，说的是反应物浓度降低自然底数e=2.71828倍数所需要花费的时间。二氧化硫氧化形成硫酸和硫酸盐气溶胶的指数递减时间是35天，而硫酸和硫酸盐形成的气溶胶沉积的指数递减时间是12到14个月。火山喷发出来的灰尘主要成分是硅酸盐，这些硅酸盐颗粒一般都在2个微米以上，所以可以很快从平流层中清除，对气候的长期影响不大，但是对于爆发后的气候有显著的短期影响。总的来说，火山喷发形成的硫酸盐气溶胶是对气候影响起最主要作用的一个因素。由于在平流层形成气溶胶，而硫酸盐气溶胶可以增强对太阳辐射的反照，所以这些气溶胶的就会产生一个负的辐射强迫。
外链图片需谨慎，可能会被源头改火山喷发对气候的影响
对火山喷发形成的气溶胶的辐射强迫进行估算，就需要对气溶胶的形成有清晰地了解。这方面，通过长期的地面观察以及探空气球的测量，人们已经积累的不少知识和数据，不过在卫星时代之前，人们对于全球的变化仍然缺乏直接全面认识手段。1980年代使用卫星对平流层气溶胶进行观测之后，人们就掌握了这个问题的第一手资料，特别是从1980年代开始的专门的平流层气溶胶和气体试验更是专门对这个问题进行观测、研究，积累了20多年的详细数据。这期间地球有两次大的火山爆发，正好也是20世纪最大的两次，1982年的墨西哥埃尔奇琼El Chichon火山爆发，1991年的菲律宾皮纳图博Mt Pinatubo火山爆发。这两次产生的影响，都得到了非常全面的记录。火山爆发后形成的气溶胶会被大气输送到极地地区，高寒地区，这样，这些气溶胶就会被保留在冰里面。通过研究冰芯里面的颗粒物，就可以重建气球的火山喷发历史。当然，大气对气溶胶的输送远没有对气体的输送那样有效均匀，受到气溶胶的高度分布影响，受到很严重的噪音干扰，所以这方面的数据不确定性仍然不小。怎么说也是直接观察最可靠，到目前为止，人类观察最充分详细的，就是1991年的菲律宾皮纳图博火山爆发，在这个火山爆发之后，一直到AR4成文的2007年，都没有可能影响气候的火山活动，这期间，很明显观察到了平流层气溶胶的浓度下降，这些气溶胶的光谱特性也一直被跟踪研究，对于火山爆发后的气溶胶行为有了不错的了解。根据这些知识，人们开始重建历史上的数据，下图列出了两组重建的19世纪末起到20世纪末的火山气溶胶圈可视光深的数据。
外链图片需谨慎，可能会被源头改两组对19世纪后期以来火山喷发导致的气溶胶的光深变化
已经有人开始对火山喷发时候的辐射强迫进行计算，比如研究最充分的皮纳图博火山，喷发时产生的辐射强迫可以达到-3.0W/m2。不确定性仍然很大，因为气溶胶的尺寸分布对光学性质又不小的影响，而气溶胶尺寸估算和重建又很困难，这就是一个重要的误差来源，不同研究者之间的研究结果差异还是不小的。对过去的主要火山的估算，只有19世纪末期以后的还可靠一些。火山喷发产生的气溶胶对气候的影响大约有这么几个方面。首先，气溶胶产生的辐射强迫可以直接影响地球的能量平衡，这样，会对地表平均温度造成影响。然后，这个气溶胶存在一个水平和垂直分布，这样就会对平流层的循环造成一定影响，进而影响对流层。再有，这些辐射强迫还可以对对流层内的一些变量产生影响，对气候构成干扰，可能触发、放大、衰弱、改变一些气候事件。最后，火山气溶胶还可以改变臭氧层的分布，火山喷发出来的一些少量气体，也会与臭氧反应，在一定的时间内造成干扰。总而言之，火山喷发会影响很多其他气候现象，把整个系统弄得非常复杂。这些因素综合在一起，结果就是人们对于火山喷发造成的长期辐射强迫还没办法估计。由于火山的短期性，不连续性，给出这个数值还是很困难的。在TAR的时候就没有给出火山气溶胶的辐射强迫，到了AR4，虽然人们在这方面的了解有所增强，但是还是给不出这个辐射强迫。无论如何，这是一个负的辐射强迫是大家都肯定的，但是数值究竟是多少，仍然不知道。自然，虽然人们对皮纳图博火山喷发着一次了解得很不错了，但是整个领域的科学认知程度，仍然是低水平。
外链图片需谨慎，可能会被源头改皮诺图博火山喷发之后的日落
本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 总是觉得这个火山喷发，不管是地域分布还是时间分布， 数量都太小了，也许喷发时候对一时一地影响很大，但是怎么可能对全球气候有很大影响呢？
比如我们这儿，压根没火山。即使是离我们比较“近”的菲律宾皮纳图博火山喷发了，它对我们有多大影响呢？1991那一年，我们这儿很特别吗？
家园 世间万物是紧密相互联系的 粮食减产=>粮价上涨=>苏联卖黄金买粮=>黄金跌价/苏联军备开支减少
1982年2月底到3月初，位于太平洋沿岸墨西哥西海岸的埃尔·琼基火山爆发，它喷向天空的尘埃之多是有史以来从未观察到的。火山尘埃经过的日本列岛沿海、欧洲西南部普降暴雨，美国科学家推测前苏联地处内陆的几个加盟共和国有可能出现持续的干旱。虽然前苏联公开报道内陆加盟共和国“农业获丰收”，但美国断然决定减少1/3耕地播种，使库存粮食得以高价出卖。（1）火山爆发会导致暴雨、干旱及农业减产等灾害，这表明自然灾害具有：A．时间分布的规律性
B．空间分布的规律性
C．“灾害链”现象
D．自然对人类的报复
（2）大量火山灰尘埃导致气温降低的原因是：＿＿，导致尘埃经过之处普遍降雨的原因是：＿＿。（3）将美国人做出减少1/3耕地播种使库存粮食卖高价决定的推理过程，选择适当的字母按顺序表述出来（ ）→（ ）→（ ）→（ ）。A．前苏联内陆加盟共和国持续干旱
B．尘埃经过沿海地区气候变冷
C．尘埃所过沿海地区普降暴雨
D．火山爆发大量尘埃喷向空中
E．前苏联内陆加盟共和国粮食歉收
F．前苏联内陆加盟共和国持续高温
家园 1991年那次影响很大的 全球气温有明显的变冷。
下面这个图是气温的变化情况，第一个图是平流层下层的温度变化，第二个图是对流程中上层的气温变化，第三个是对流层下层的变化，最下面的一个是地表气温变化。可以看到和火山喷发的重要联系。
1990年代的最初几年，全世界平均气温都偏冷，一般认为就是1991年火山造成的。大火山喷发造成的气候短期影响，还是比人类的影响要大不少的。
外链图片需谨慎，可能会被源头改强烈的火山喷发能够造成全球影响，是因为其导致的气溶胶分布在平流层，在某个高度可以很快的扩散到全球范围，虽然影响不一，但是范围还是很广的。
时间影响的确短，但是能影响三四年，也不能忽略了。
家园 总算当次第一 陆上火山对气候的作用一般是短期的，主要是降温。皮纳图博Mt Pinatubo火山的降温非常明显，还导致了一系列核冬天的论文，即核爆炸的气候影响。其实，如果真的要世界大战时，气候就不重要了，核冬天纯粹只有科学上的理论意义。
海底火山的变化还不清楚。８５％以上的火山在海底，特别是大洋中间的裂缝是常年开着的。
- 复 总算当次第一
家园 AR4里面根本就没提海底火山 感觉海底火山对气候的影响也应该弱得多，直接影响应该很不明显的。
有一个有趣的现象，很多传统意义上的工业污染都是有降温效果的，特别是二氧化硫。所以有人提议向平流层定期释放二氧化硫降温。
家园 【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？12 太阳辐射 橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？11 土地变化及其他
太阳对地球的重要性不用多说，太阳是影响地球气候气象活动的最重要因素。在地球表面的能量平衡里面，太阳实际上是唯一一个外部能量来源，没有了太阳的辐射，什么地面反照、云的反照、温室效应等等就都没有了意义。而太阳辐射的变化，自然就是影响地球表面平衡的一个最重要的因素。要研究1750年以来地表能量平衡的变化情况，自然就需要了解这期间太阳辐射的变化情况。
外链图片需谨慎，可能会被源头改太阳是影响气候的最重要的因素
现代对太阳的观测已经比较充分。观测太阳辐射变化最方便的地方是在太空，这样，就需要人造卫星来对太阳到达地球的辐射进行直接测量。从1978年以来，人们就开始用人造卫星直接对太阳辐射变化进行观察，这当然是最直接的第一手数据。现在有四个独立的对太阳辐射进行直接观测的卫星系统，这些数据汇总在一起，成为太阳辐射变化数据库的一部分，给人们的研究提供了很大方便。这四个系统中，运行时间最长的是1984年开始运行的地球辐射收支卫星ERBS，然后是1996年开始的在太阳和太阳风探测器SOHO上进行的辐射和重力震荡的观测实验VIRGO，1999年开始运行的空洞变化辐射监测卫星ACRIMSAT，以及2003年开始运行的在太阳辐射和气候试验SORCE里面的全日辐射监测计划TIM。不过有了详实数据不等于就有了准确数据，测量本身需要校准，对仪器的漂移等等都需要进行一定的处理，这些处理的方法的差异就会对最终结果导致一些细微区别，不同卫星的数据也会有差别。下图里面展示了1980-2005年太阳辐射的两个分析结果，数据使用的是月平均值，显示的是变化的百分比。可以看到这段时间的观察，覆盖了两个太阳周期，2005年差不多处在即将达到第三个周期低谷的位置上。这里面，有一组数据比另一组数据在第二个周期的时候高了0.04%，这被认为很可能是来自仪器的偏差，而不是太阳辐射的实际变化，但是具体原因仍然未知。之所以有这个选择，是因为另一组并没有明显升高的数据与其他观测结果更符合。按照这个数据，基本上可以讲，最近的这两个太阳周期内，太阳辐射并没有很明显的变化。有人给出了一个辐射周期最小值有0.01%的增高的分析结果，不过数据误差达到了+-0.026%，也就是说，这个有可能存在的略微增高，不确定性还非常大。因此，从这些数据来讲太阳辐射从1980年以来在增强还是非常缺乏依据的。可以认为这两个周期内，太阳辐射的长期趋势不明显。或者说，这两个周期的时间相比较，地球平均气温的变化，与太阳辐射变化的关系不大。
外链图片需谨慎，可能会被源头改1978年以来太阳辐射的月平均变化。两个颜色的数据来自两个不同的卫星体系
太阳周期就是那个明显的11年周期。每11年，太阳的辐射就从高到低再到高的走上一圈。伴随这个周期的，是太阳黑子和太阳光斑的周期性活动频率，但是具体的变化机理目前还不清楚。太阳辐射也有一个很广泛的频率范围，在这个11年周期里面，不同波长的辐射的变化也是有一些区别的。这方面的监测也已经有了，比如200到300纳米的紫外线，周期内变化1.3%，315到400纳米范围，变化达到0.2%，而400到700纳米的可见光范围，变化为0.08%，700到1000纳米的近红外区，周期内变化0.04%，1000纳米到1600纳米范围，周期内变化仅有0.025%。不同波段的能量分配也是不同的，对于地球温产生重要影响的主要是波长高于300纳米的可见光和红外辐射。由于太阳辐射的能量主要集中在400到500纳米之间，虽然紫外区的变化比例很大，但是能量的绝对值变化很小。综合这些因素，太阳周期内太阳辐射能量的变化幅度被定为是0.08%。
外链图片需谨慎，可能会被源头改太阳的光谱。黄色为大气层顶部的光谱，红色为抵达地面的光谱。
光谱覆盖了三个波段，从左到右为紫外、可见光、红外
但是人类对太阳的精确观测也只有这三十年，这之前的数据就需要通过其他方法来重建。因为这个报告研究的是1750年工业化以后地球能量收支的变化情况，那么，就需要对这两百多年前的太阳辐射进行估算。太阳辐射的变化会影响到地球地磁的变化，以及一些宇宙同位素的量，通过重建地磁的变化情况，分析在冰芯、树木年轮里面的宇宙同位素的测定，就可能重建太阳辐射的变化历史。但是这个重建的理论目前仍然不完善。在2001年发布TAR的时候，使用的是1990年代的重建方法。这些方法假定太阳的辐射在已知的11年周期的基础上，还有一个长周期的变化因素。这个假定的依据有三个，一个是对其他类太阳的恒星的观测结果，认为太阳现在处于辐射变化比较大的状态，一个是对地磁的长周期变化的观察，最后一个是依据从宇宙射线同位素得到的太阳模型。根据这个理论，在1645年至1715年的蒙德尔极小值，比目前的太阳周期极小值的太阳辐射低了0.15%到0.3%。按照这些方法估算的1750年以来的太阳辐射强迫，最高的数值达到了0.68W/m2，其他几个研究也在0.3W/m2左右。TAR综合了1990年代的几个研究，最终给出的太阳的辐射强迫是0.3+-0.2W/m2，不过同时指出了这方面的认知水平还很低，对太阳辐射度的历史重建还没有可信的方法。2000年代初，对上述三个依据都有了新的认识。首先是判定太阳现在处于辐射变化较大状态的宇宙射线同位素依据没有得到重复，研究降低了这个论断的可靠性，然后发现地磁变化的长周期，实际上来源于仪器本身的漂移，经过修正以后，这个长周期规律也变得依据不足，至少变化幅度小了很多，再有，人们发现宇宙射线同位素、地磁等与太阳辐射的关系，可能不是简单的线性关系。这样，1990年代研究太阳辐射变化的三个基本依据都出现了问题，1990年代的研究结果也就不能使用。
外链图片需谨慎，可能会被源头改树木的年轮对很多气候资料的重建都非常重要
2002年，有研究发现太阳的磁通量变化与辐射变化的关系，从而导致了2005年对历史上太阳辐射的重新估算。这个新的理论仍然使用地磁和宇宙同位素C14以及Be10的丰度数据，但是根据太阳开放磁通量的变化的模型，对从1713年到1996年26个太阳周期的太阳磁通量进行重建，进而重建了18世纪初期以来的太阳辐射变化。这项新研究的结果，是大大降低了这段时间内太阳辐射度的变化范围，所估计的17世纪蒙德尔极小值与目前太阳周期极小值的太阳辐射差别，仅为0.04%，仅是1990年代估计的数值的三分之一到七分之一。对于更古老的，1610年以前太阳能辐射度数据的重建显示在12世纪时候的中世纪极大值与目前的周期极大值基本相当。不过这方面的了解仍然有欠缺，在AR4整理的时候，研究人员正在试图建立太阳磁通量变化导致的太阳风的变化，继而影响宇宙同位素的变化，以及后续的一系列物理化学反应的模型。这方面的初步研究结果，指出了最近的70年以来，太阳的活动水平明显高于过去的8000年以来的太阳活动水平，有显著的增强。不过在扣除了化石燃料对C14的影响之后，这个结论有了修正，发现最近70年以来的太阳活动的确仍然在增强，太阳活动水平的确是历史上的高水平，但是并不是特别的高。
外链图片需谨慎，可能会被源头改两个2000年代初期的太阳辐射变化的研究结果。可以看到最近70年太阳辐射的增强，周期波动幅度增大
太阳辐射基本上在1365-1366W/m2附近变化，按照上面的说法，从蒙德尔极小值到现在的周期极小值升高了0.04%，实际增加的辐射就是0.5 W/m2。这个单位不是我们在考虑辐射强迫的时候使用的单位，而是单位截面积上太阳的辐射。由于辐射强迫考虑的面积是对流层顶的表面积，所以把太阳辐射转换成辐射强迫，需要把数值除以4，因为球体的表面积正好是截面积的4倍。这样，从蒙德尔极小值到现在的太阳周期极小值之间的辐射强迫，就是0.1W/m2。由于11年周期的幅度变化也有不同，最近这个幅度也有增加趋势，所以总的太阳辐射能量增加要高于极小值的增加数值。重建结果是从1750年到现在太阳辐射总量增加了0.05%，相当于+0.12W/m2的辐射强迫，这个数值比TAR时候的估计大幅度降低。有研究专门探讨了这个增加的上限和下限。对上限的估计是0.12%的变化，相当于+0.30W/m2的辐射强迫，对低限的估计为0.026%的变化，相当于+0.06W/m2的辐射强迫。这样，就有了AR4中采纳的太阳辐射强迫范围，+0.12[+0.06~+0.30]W/m2。对于认识水平，AR4认为认识水平虽然比TAR的时候有所提高，但是仍然处于较低的水平。
外链图片需谨慎，可能会被源头改影响云的因素实在太多了
太阳辐射还有一个间接影响。大气宇宙射线离子和太阳周期有关系，而这个大气宇宙射线离子会影响全球平均的低层云覆盖，具体的作用可能是改变云凝结核的分布，以及云滴数和浓度等的分布，进而对云的反照产生影响。这方面，人们刚发现这里面的可能关系，详细情况和机理都仍然缺乏了解，另外这个问题本身还有争议，更无法定量研究。太阳辐射里面的紫外部分，因为基本上被平流层的臭氧层吸收而不计入辐射强迫，但是这部分的能量变化幅度最大，实际上贡献了整个太阳能辐射能量变化的15%。这部分会对平流层的臭氧产生影响，能导致全球臭氧浓度2-3%的变化。对这个问题认识也非常初步，还无法定量研究。
外链图片需谨慎，可能会被源头改臭氧层吸收了绝大多数300nm一下波长的太阳辐射，保护大地的生物
总结一下，AR4中使用了当时最新的研究结果，认为1750年以来，太阳的辐射强迫仅为+0.12[+0.06~+0.30]W/m2，这个数值远远小于前面提到的人类活动造成的辐射强迫+1.6[+0.6~+2.4] W/m2。换句话说，AR4认为太阳在这段时间内的辐射变化，小于人类活动造成的影响。不过需要注意，AR4认为这个问题的认识虽然有了进步，但是水平仍然较低。
外链图片需谨慎，可能会被源头改1100年来的气候辐射强迫重建。
上面第二个为太阳辐射的重建，第一个为火山影响，第三个为其他因素影响，即人类因素影响。
下图为北半球陆地平均温度重建
太阳辐射如此重要，但是这方面的研究水平却很低，这自然就给这个数值的估算留下了很大的争论空间。如果有研究认为太阳的辐射强迫很大，高于人类的影响，那么，太阳辐射变化自然就会成为气候变化的最重要原因。这里面，应该能看到不同的意见的。这些估算的方法是否合理，恐怕就不是我们这些外行能评价的了。实际上，大自然对气候的影响里面，太阳辐射是唯一一个会导致增温效果的。另外一个影响气候的原因，火山爆发，产生的影响正好相反。下一节讲火山的影响。
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