CO2、CH4、N2O是最重要的三种温室气体，一氧化碳（CO)作为间接温室气体在大气化学中也对温室效应有重要影响，因此，在温室气体测量中，通常主要测量CO₂、CH4、N2O和CO这四种气体的浓度。目前对大气中温室气体的测量主要是通过现场采样，然后将样品送到实验室进行分析来完成。

全球温室气体浓度的数据通常来自世界气象组织全球大气观测网（GAW)，包括31个全球大气本底站、400余个区域大气本底站和100多个志愿观测站。20世纪90年代初，我国在青海省瓦里关设立了温室气体浓度全球本底观测站，后来在北京上甸子、黑龙江龙凤山、浙江临安等地建立了区域本底观测站。

由于监测二氧化碳浓度分布的地面观测点数量有限，且分布不均匀，卫星监测较好弥补了这一缺陷，通过全球卫星监测数据与地面数据和模型的结合，可以更加精确监测二氧化碳和温室气体浓度分布。

人类排放的温室气体和温升之间的关系非常复杂，特别是温室气体排放量、温室气体浓度和温升之间并不存在一一对应的同步变化关系；全球气候变暖的幅度与全球二氧化碳的累积排放量之间存在着近似线性的相关关系，全球二氧化碳的累积排放量越大，全球 气候变暖的幅度就越高。IPCC第五次气候变化评估报告指出，如果将工业化以来全球温室气体的累积排放量控制在1万亿吨碳，那么人类有三分之二的可能性能够把全球升温幅度控制在2°C以内（与1861 — 1880年相比）；如果把累积排放量放宽到1.6万亿吨碳，那么只有三分之一的概率能实现2°C的温控目标。

如果用一个游泳池里面的水量来代表大气中的二氧化碳含量，用水位高低的变化来代表大气中二氧化碳总量的变化，那么，在没有人为碳排放的情况下，这个游泳池的水位也会发生变化，因为有 雨水进入（代表地球自然生态系统排放的二氧化碳）使水位增加， 而水面蒸发（代表地球自然生态系统吸收的二氧化碳）又使水位降低。如果把大气中十亿吨的二氧化碳换算成1立方米的水，则大气中所有的二氧化碳就组成了这个面积为25× 15平方米、深度为1.57米的游泳池。在没有人为碳排放的情况下，每年有110立方米的雨水流进了泳池，由于泳池的表面蒸发，每年泳池损失的水量也差不 多，因此在自然状态下泳池的水位是基本上保持稳定的（水位在 1.57米左右），也就是说，这种稳定状态下的水池并不会引起全球温升。

但是，由于工业化以来产生了人为碳排放，相当于在泳池上面安装了一个“水龙头”，水龙头向游泳池中流入的水量代表人为二氧化碳排放量。目前水龙头大约每年向水池中增加10立方米的水， 但其中有5.7立方米通过蒸发又流出去了，只有4.3立方米留在了水 池中，这相当于每年的人为排放使水位增加1.1厘米，工业化以来的人为碳排放已经累计使泳池水位增加了64厘米，则现在的水位已 经达到2.21米。也就是说，正是1750年以来增加的这64厘米的水位造成了目前全球相比工业化前超过1°C的温升。

未来如果泳池水位继续升高，全球气温也将继续升高；只有当水位保持稳定的情况下（人为碳排放为净零，即碳中和），全球温升幅度才会稳定在一定的水平上。

大气中的气溶胶是由大气介质与混合在大气中的固态和液态颗粒物组成的多相（固、液、气三种相态）体系，是大气中唯一的非气体成分，也是大气中的微量成分。大气气溶胶主要源于人类活动 和自然界的排放。自然界中的气溶胶主要来源于地表、大气自身产生和外部空间注入，其中最重要的自然源是地表源，有一些气溶胶粒子来自地层深处，通过火山的喷发进人大气，并且可以直接到达平流层（15~50千米高度）。

大气气溶胶的主要组成部分是黑碳和有机碳，它们来源于燃料 不完全燃烧所排放的细颗粒物和气态碳化合物（沉积在固体颗粒物上）。黑碳气溶胶对于太阳辐射有强烈的吸收作用，它可以吸收的波 长范围从可见光到近红外光，其单位质量的吸收系数比沙尘高两个量级（100倍），因此，尽管大气气溶胶中黑碳气溶胶所占的比例较小，但是它对区域和全球气候的影响很大。

▲气溶胶 | 图片来源：百度图片

大气气溶胶可以通过改变地球上的辐射平衡来影响地球的气候。研究表明，气溶胶的气候效应可以分为直接和间接效应。直接效应就是气溶胶通过对短波和长波辐射的散射或吸收，直接影响地气系统的辐射平衡。气溶胶的间接效应是指通过气溶胶改变大气中云的微物理过程，从而改变云的辐射特性、云量和云的寿命，进而影响地气系统的辐射平衡，并进一步影响气候变化。

云对气候系统的影响非常复杂，一方面云可以有效地反射太阳辐射，减少地 球表面接收到的太阳辐射量，起到对地表降温的作用；同时云也会吸收这些短波辐射并产生长波辐射，又产生升温作用。

因此，云和气溶胶对气候系统的影响具有很大的不确定性，降低这些不确定性 在气候变化基础科学研究中具有重要意义。

多年冻土是冰冻圈的重要组成部分，是指持续两年或两年以上 的0°C以下含有冰的各种岩石和土壤。地球上冻土面积约占陆地面积的50%,其中多年冻土面积占陆地面积的25%。

研究表明到21世纪末，即使采取强有力的减排行动，全球冻土面积将减小40%，如果不采取更多的努力将减小80%。

▲气候变暖 | 图片来源：百度图片

海洋占地球表面的71%，其中84%的海洋水深超过2000米。海洋是全球气候变化的重要影响变量，海—陆—气相互作用是气候变 化重要的内部驱动力，在全球尺度的热量和水汽输送及分配中起着重要作用，对全球气候格局及其演变具有重要影响。

海洋积累了自20世纪50年代以来与温室气体增加相关的90%以上的多余热量，这虽然在一定程度 上减少了温室气体对大气的加热作用，但也意味着即使人为温室气体的排放减少为净零（碳中和），由于海洋所具有的长期、巨大的热惯性，将仍然对全球气候产生重要影响。

2020年12月一2021年1月，影响我国的冷空气活动频繁，东北北部、内蒙古东北部地区出现了零下四十几度的低温，北京南郊观象台观测到零下十九度的低温。2021年2月美国多州亦遭遇极端寒潮侵袭。但是俗话说冰冻三尺非一日之寒，全球变暖的大趋势也非一两次寒潮天气过程就可以改变的。

我国冬季最冷的地区是东北北部地区，其中大兴安岭北部1月份的平均气温低达-30°C，1969年2月13日漠河站出现了-52.3°C的最低气温，是我国冬季气温记录的最低值。2021年1月份漠河站温度虽然也降低至零下四十多度，但这个温度与历史记录还有一定的差距，附近地区的其他监测站也都没有出现突破历史极值的低温。呼伦贝尔市根河市在1961年1月4日至19日曾经出现过连续16天日最低气温小于-40°C的寒冷天气，而在1981—2010年的30年中，虽然几乎每年冬天也都会出现最低气温 低于-40°C的寒冷天气，但寒冷程度和持续时间与历史上出现的严寒相比都相差很多。

2008年1月我国南方地区出现了严重的雨雪冰冻灾害，但2008 年1月全国平均气温（-6.6°C)虽然较常年同期（-5.9°C)偏低了 0.7°C，是1986年1月以来的最低值，但这个气温仍然远高于1977年1月和1955年1月（1977年1月全国平均气温接近-9°C：，1955年 1月低于-8°C)。

从自然现象上来看，1977年冬天长江沿岸的洞庭湖、鄱阳湖、 太湖等几大湖封冻了 7〜10天，1955年冬天洞庭湖也出现大范围冰冻， 岳阳楼下最大冰厚达1米。20世纪80年代以来，即使是在2008年1月，洞庭湖、鄱阳湖和太湖这些大湖也都没有出现封冻现象。

（2008年韶关雪灾）

那么，为什么在全球变暖的背景下仍然会出现一些低温事件？

这是因为，气候变化体现在两方面，一是全球气候系统中气候要素的平均态变化，二是变化的幅度发生改变，也即气候变率发生改变，就是极端天气气候事件的增多增强。在全球气候变暖的大背景下极端天气气候事件频发，虽然从总体上看暖事件呈增多增强趋势，而寒潮、极端低温等冷事件的出现频率总体呈降低趋势，但并不意味着冬季就不会出现低温天气了，极端冷事件仍然有可能出现。

这里我们可以把全球气候系统比喻成一个钟摆，其左右摆动的极点位置代表冷暖事件的程度，那么在全球变暖的背景下，这个钟摆的左右摆动幅度会加大，极端热事件和极端冷事件都会有 出现的可能性，只不过极端热事件出现的频率将更高、强度也将更 大。但对相对出现少的极端冷事件仍需要引起高度重视，积极做好相应防御。