本节选摘自《全球变暖的发现》，作者是斯宾塞·R·韦尔特（哈佛大学出版社，2008年）。
这是一个史诗般的故事：在过去一个世纪里，成千上万的男男女女为了极高的 stakes 而奋斗。对于某些人来说，这项工作需要真正的身体勇气，冒着在冰冷的荒原或公海上的生命危险。其余的人则需要更微妙形式的勇气。他们将数十年的艰苦努力押在有用的发现的机会上，并将自己的声誉押在他们声称已经发现的东西上。即使他们绞尽脑汁解决经常被证明是无法解决的智力问题，他们的注意力也被转移到艰苦的行政斗争中，以争取对这项伟大工作的最低限度的支持。少数人将战斗带入公共领域，往往得到的责备多于赞扬；大多数人在默默无闻中工作到生命的尽头。最终，他们确实赢得了他们的目标，这仅仅是知识。
人们长期以来一直怀疑人类活动可能会改变当地气候。例如，古代希腊人和 19 世纪的美国人争论砍伐森林如何可能给一个地区带来更多的降雨，或者可能更少。但是，气候本身也发生了更大的变化。遥远过去冰河时代的发现证明，气候可能在全球范围内发生根本性的变化，这似乎远远超出了人类可能引发的任何事情。那么，是什么导致了全球气候变化——是太阳热量的变化吗？火山喷发出的烟雾云？山脉的隆起和降低，从而改变了风向和洋流？还是空气成分本身的变化？
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
1896 年，瑞典科学家斯万特·阿伦尼乌斯发表了一个新观点。随着人类燃烧煤炭等化石燃料，这会将二氧化碳气体添加到地球大气中，我们将提高地球的平均温度。然而，这种“温室效应”只是关于气候变化的众多猜测之一，而不是最合理的。科学家们找到了技术上的理由来论证我们的排放不会改变气候。事实上，大多数人认为，渺小的人类永远不可能影响巨大的气候周期，而气候周期是由良性的“自然平衡”控制的，这显然是显而易见的。无论如何，除非经过数万年，否则重大变化似乎是不可能的。
在 20 世纪 30 年代，人们意识到美国和北大西洋地区在上半个世纪已经显着变暖。科学家们认为这只是某种温和自然周期的阶段，原因不明。只有一位孤独的声音，业余人士 G. S. Callendar，坚持认为温室效应正在到来。无论变暖的原因是什么，每个人都认为，如果这种情况在未来几个世纪继续下去，那就更好了。
在 20 世纪 50 年代，Callendar 的主张促使一些科学家使用改进的技术和计算来研究这个问题。使这成为可能的是政府资助的大幅增加，特别是来自军事机构的冷战时期对天气和海洋的担忧。新的研究表明，与早期粗略的估计相反，二氧化碳确实会在大气中积累，并且应该会带来变暖。C. D. Keeling 的艰苦测量在 1960 年有力地证明了这一点，表明该气体的水平实际上逐年上升。
在接下来的十年里，一些科学家设计了简单的气候数学模型，并发现了可能使系统异常多变的反馈。其他人则想出了巧妙的方法，通过研究古代花粉和化石贝壳来检索过去的气温。看来严重的气候变化可能会发生，而且过去也确实发生过，而且在短短几个世纪内就发生了。大气环流的计算机模型加强了这一发现，这是长期以来学习如何预测（甚至可能是有意改变）天气的努力成果。20 世纪 60 年代后期进行的计算表明，未来一个世纪内平均气温将升高几度。但下一个世纪似乎还很遥远，而且这些模型只是初步的。审查这些计算的科学家小组认为它们是合理的，但除了投入更多精力进行研究以确定实际情况外，他们认为没有必要采取任何政策行动。
在 20 世纪 70 年代初期，环保主义的兴起引起了公众对人类活动对地球益处的怀疑。对气候的好奇变成了焦虑的担忧。除了温室效应外，一些科学家指出，人类活动正在将灰尘和烟雾颗粒排放到大气中，这些颗粒可能会阻挡阳光并使世界降温。事实上，对北半球天气统计数据的分析表明，降温趋势始于 20 世纪 40 年代。《大众媒体》（在他们报道这个问题的有限程度上）感到困惑，有时预测地球会变得温暖，沿海地区会被冰盖融化淹没，有时警告可能会出现灾难性的新冰河时代。美国以及其他地方的研究小组开始警告说，一种或另一种类型的未来气候变化可能会构成严重威胁。
大多数科学家唯一达成一致意见的是，他们几乎不了解气候系统，还需要进行更多的研究。研究活动确实加快了步伐，包括动员国际海洋学船队和轨道卫星的庞大数据收集计划。几年后，关于新冰河时代的警告（只有少数科学家认为这完全是合理的）被放弃，注意力集中在全球变暖上。毕竟，人类排放到空气中的灰尘和烟雾只会持续数周，而二氧化碳会持续数百年，十年又十年地攀升。
早期的科学家曾试图寻找气候的单一主钥匙，但现在他们开始了解，气候是一个复杂的系统，会对许多影响因素做出反应。火山爆发和太阳变化仍然是可能引起变化的原因，有些人认为这些变化将淹没人类活动的任何影响。即使是地球轨道的细微变化也可能产生影响。令许多人惊讶的是，对古代气候的研究表明，天文周期在一定程度上决定了冰河时代的时间。显然，气候非常微妙地平衡，几乎任何微小的扰动都可能引发巨大的变化。根据新的“混沌”理论，在这样一个系统中，变化甚至可能自行发生——而且是突然发生的。从格陵兰冰盖艰苦钻取的冰芯为这一观点提供了支持。它们显示过去曾出现过巨大且令人不安的温度骤升。
大大改进的计算机模型开始暗示这种骤升是如何发生的，例如通过海洋环流的变化。专家预测，全球变暖将导致干旱、风暴、海平面上升和其他灾难。一些政治家开始怀疑这里可能存在公共问题。然而，建模者不得不对云层等做出许多武断的假设，而信誉良好的科学家对结果的可靠性提出异议。其他人指出，人们对生物生态系统与气候和大气的相互作用方式知之甚少。例如，他们争论农业和森林砍伐对空气中二氧化碳的增加或减少的影响。科学家们一致认为需要一个更连贯的研究计划。但研究仍然杂乱无章，资金增长也只是不规律地激增。这项努力分散在许多不同的科学领域，每个领域对气候变化都有不同的看法。
一项意想不到的发现是，甲烷和某些其他气体的水平正在上升，这将严重加剧全球变暖。其中一些气体还会破坏大气层的保护性臭氧层，而这一消息加剧了公众对大气层脆弱性的担忧。此外，到 20 世纪 70 年代末，全球气温已开始再次上升。现在，许多气候科学家确信，随着温室气体的积累，这种上升很可能会持续下去。到 2000 年左右，一些人预测，前所未有的全球变暖将变得显而易见。他们的担忧首先在 1988 年夏天引起了广泛的公众关注，那是当时有记录以来最热的夏天。（此后的大多数年份都比那年更热。）一次国际科学家会议警告说，世界应采取积极措施来减少温室气体排放。
反应十分强烈。反对一切政府监管的企业和个人开始花费数百万美元用于游说、广告和模仿科学出版物的“报告”，以努力说服人们根本没有问题。环保团体虽然没有那么富有，但更热情，他们通过紧急的警报呼声帮助这个问题政治化。但是，许多科学上的不确定性以及气候本身的复杂性，为政府应采取何种行动（如果有的话）留下了无限的辩论空间。
截至 1988 年，几乎所有专家都认同一些事情。一项相当简单的计算表明，大气中二氧化碳水平翻倍......如果不采取措施遏制排放，这种情况将在 21 世纪后期到来......应该使地表温度升高约 1 摄氏度。然而，更温暖的大气层将容纳更多的水蒸气，这应该会导致另外大约 1 摄氏度的变暖。除此之外，计算变得有问题。云量可能会以可能增强或减弱变暖的方式变化，而科学家们并不了解这些复杂的过程。此外，人类正在排放越来越多的烟雾和其他污染物；科学家们再次不确定这可能会如何影响气候。只有更好的观测和计算机模型才能尝试预测结果。
科学家们加强了他们的研究，组织了国际规模的计划。全球气温上升是由于太阳活动增加造成的吗？太阳活动开始减弱，但气温却比以往任何时候都升得更快。计算机模型重现了当前的气候，仅仅是因为它们经过调整以匹配当前的气候，从而使其在计算未来气候变化方面毫无价值吗？改进的模型成功地预测了 1991 年一次巨大的火山爆发造成的暂时降温，并通过了许多其他测试。特别是，建模者现在可以详细地重现过去一个世纪在世界不同地区实际观测到的变暖模式、降雨变化等。没有人能够构建出一个与历史记录相符的模型，并且该模型在添加温室气体后没有显示出明显的变暖。
云层和污染的物理学原理仍然过于复杂，无法准确计算出来，做出不同假设的建模团队得到了略有不同的结果。他们中的大多数人发现，在 21 世纪后期，当二氧化碳水平翻倍时，气温会升高约 3°C。但有些人发现升高 2°C 甚至更少，这是一种代价高昂但可控的变暖。其他人则计算出升高 5°C 甚至更高，这是一场前所未有的灾难。
与此同时，来自南极冰芯中记录的古代气候研究传来惊人的消息。数十万年来，二氧化碳和温度一直相互关联：任何导致其中一对上升或下降的因素都会导致另一对上升或下降。结果表明，二氧化碳翻倍总是伴随着 3°C 左右的温度升高，这与计算机模型非常吻合，并且来自完全独立的证据。
世界各国政府创建了一个小组，以便在数千名气候专家和官员协商后，为他们提供最可靠的建议。到 2001 年，政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 设法达成了共识，措辞非常谨慎，以至于几乎没有任何专家或政府代表表示异议。他们宣布，尽管气候系统非常复杂，科学家们永远无法完全确定，但我们的文明面临严重的全球变暖的可能性非常大。到那时，全球变暖的发现基本上已经完成。科学家们了解了 21 世纪气候可能发生变化的最重要的事情。气候实际上将如何变化，现在主要取决于人类将为其温室气体排放选择什么政策。
自 2001 年以来，大大改进的计算机模型和大量各种数据加强了人类排放极有可能导致严重气候变化的结论。政府间气候变化专门委员会的结论得到了从美国到中国等每个主要国家的国家科学院以及主要科学学会以及实际上每个可以代表科学共识的组织的审查和认可。与此同时，专家们提高了他们对一些可能性较小但更严重的情况的理解。一方面，未来一两个世纪内，海洋环流发生危险变化的可能性似乎不大。另一方面，有迹象表明，正在解体的冰盖可能会比大多数科学家预期的更快地升高海平面。更糟糕的是，新的证据表明，变暖本身正在开始引起变化，而这些变化将产生更多的变暖。
2007 年，政府间气候变化专门委员会报告说，科学家们比以往任何时候都更有信心，人类正在改变气候。尽管到目前为止只发生了预测变暖的一小部分，但影响已经开始在某些地区显现——更致命的热浪、更强的洪水和干旱、与热相关的敏感物种的范围和行为变化。但科学家们未能缩小可能性的范围。根据人们为限制排放而采取的措施，到本世纪末，我们可以预期地球的平均气温将在 1.4 到 6°C（2.5–11°F）之间升高。