当泰晤士河洪水从南牛津的迈尔斯·艾伦家门口不断上涨时，他正在思考气候变化——以及科学家是否能弄清楚它是否影响了外面的水位上升。
那是 2003 年 1 月，当牛津大学的气候专家艾伦在他家安全地监测不断上涨的水位时，广播中的一个声音告诉他这是不可能的。英国气象局的代表在节目中说，当然，洪水是全球变暖可能导致更频繁发生的类型事件。但是，要确定更具体的事情是不可能的。
当时，泰晤士河流域经历了数十年来最大的一些降雨，到 1 月初，该河某些区域的流量是自 1947 年以来最高的。
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但广播中的声音补充说，“将这一特定事件[英格兰南部的洪水]归因于过去温室气体的排放是不可能的，”艾伦在评论中说道，该评论随后发表在《自然》杂志上。
在 2003 年，这是科学界的主流观点：虽然气候变化肯定对天气有重大影响，但无法确定它对任何单个事件的确切影响。影响天气的因素太多了，包括各种自然气候变化。
但艾伦并不确定。
“当时，每个人都在说，‘你不能将单个事件归因于气候变化’，”他在接受 E&E News 采访时说。“这促使我问，‘为什么不呢？’”
因此，当洪水不断逼近他的厨房门时，他起草了他的评论。他写道，将极端天气事件归因于气候变化可能并非总是如此不可能，只是“以我们目前对气候系统的理解状态来看，这在目前是不可能的”。 他沉思，如果研究人员能够取得突破，那么这项科学可能会影响公众将气候相关事件造成的损害归咎于温室气体排放者的能力。
他的预感成真。近 15 年后，极端事件归因不仅成为可能，而且是气候科学中发展最快的子领域之一。
“科学界在 2000 年对个别事件归因的公开立场是，这不是科学所做的，”斯坦福大学气候科学家兼归因专家诺亚·迪芬博说。“因此，从那时到现在，你会每周都看到一篇论文……这就是为什么我们说研究已经爆发。它基本上是从零到 60。”
在过去的几年里，数十项研究调查了气候变化对 2010 年的俄罗斯热浪到加州干旱等事件的影响，评估了全球变暖在多大程度上使它们更加严重或更有可能发生。
《美国气象学会公报》现在每年都会发布一份特别报告，评估气候变化对上一年极端事件的影响。人们对该领域的兴趣如此之大，以至于美国国家科学院去年发布了一份深入报告，评估该科学的现状并为改进提出建议。
随着科学的不断成熟，它可能会对社会产生影响。法律专家认为，归因研究可能会在公民对公司、行业甚至政府提起的诉讼中发挥重要作用。它们可以帮助重塑一个国家甚至全世界的气候适应政策。也许更直接的是，年轻的研究领域可能会以长期未来预测无法做到的方式吸引公众的注意力。
“我认为公众和许多政策制定者并没有真正认真对待那些 100 年的预测，”艾伦说，他现在是世界领先的归因科学专家之一。“他们对现在正在发生的事情以及原因更感兴趣——这归结为归因。”
一个新领域的诞生
在他受到洪水启发的评论发表不到两年后，艾伦在《自然》杂志上发表了另一篇论文——这一次，这篇论文将有助于将极端事件归因从科学上的不可能转变为一个新兴的新领域。
2004 年，他和牛津大学的同事戴斯·斯通以及气象局的彼得·斯托特合著了一份报告，该报告被广泛认为是世界上第一项极端事件归因研究。该论文考察了气候变化对 2003 年欧洲严重热浪的贡献——该事件可能导致整个大陆数万人死亡——得出的结论是，“人类的影响很可能至少使超过该阈值的热浪风险增加了一倍。”
根据迪芬博的说法，在此之前，气候变化归因科学已经以其他形式存在了几十年。直到 2004 年，大部分工作都集中在调查人类活动与气温和降水等气候要素的长期变化之间的关系。最近，科学家们一直在尝试了解这些长期平均值的变化如何影响一般的天气模式。
这项突破性的论文将现有科学向前推进了一步。研究人员使用气候模型，将考虑气候变化的模拟结果与不存在人为造成的全球变暖的情况进行了比较。他们发现气候变化的影响大约使个别热浪的风险增加了一倍。突破的关键是以正确的方式构建问题——不是问气候变化是否“导致”了该事件，而是问它可能在多大程度上影响了该事件发生的风险。
尽管不愿尝试这种类型的研究，但其他科学家的反应“并没有特别大的争议，”艾伦说。相反，他说，“大部分反应更像是它有点明显。”
从那时起，人们对极端事件归因的兴趣持续增长——最初增长缓慢，现在增长势头越来越强劲。根据去年美国国家科学院的报告，“事件归因方面不断增长的兴趣的一个迹象是，在 4 年（2012-2015 年）中，论文数量从 6 篇增加到 32 篇。”
根据牛津大学的归因专家弗雷德里克·奥托的说法，技术进步——即气候模型的改进——正在推动近期的激增。
“根据定义，极端事件是罕见的，”她告诉 E&E News。因此，为了使一个极端事件在模拟中实际出现，模型需要准确地表示有助于这些极端事件发生的物理因素，并且研究人员需要能够反复运行它们。气候集合——大量略有不同的气候模型——的开发和改进提高了科学家在不同条件下模拟天气事件的能力。
“我认为不是哲学发生了变化，而是技术发生了变化，”奥托说。
提出正确的问题
2010 年，一场破纪录的热浪席卷俄罗斯，导致一些地方的气温超过了 100 华氏度。据估计，极端高温导致超过 5 万人死亡。
两项独立的研究试图量化气候变化对该事件的影响，并且得出了截然不同的结论，在新闻中引发了一系列令人困惑的标题。一篇研究论文，发表在《地球物理研究快报》上，认为热浪主要是自然气候变化的产物，而另一篇，发表在《美国国家科学院院刊》上，声称人为造成的气候变化是一个主要因素。
“当然，这听起来好像它们是矛盾的，”牛津的归因专家奥托说。在短暂的时间里，科学家们感到困惑——这两组发现必然是相互矛盾的。
但在另一篇论文中，该论文于 2012 年发表在《地球物理研究快报》上，奥托、艾伦和其他几位同事证明，这两项研究实际上是在调查两个不同的问题——并且他们的结论是相容的。
他们发现，第一项研究探讨了气候变化对热浪的强度或严重程度的影响程度，并得出结论认为自然气候变化是主要的因素。第二项研究调查了全球变暖对热浪整体发生概率的影响。奥托和她的同事指出，气候变化有可能对一个因素产生重大影响，但对同一事件的另一个因素没有影响。
今天，科学家们仍然普遍认为，不可能将任何单独的天气现象单独归因于气候变化。风暴、火灾、干旱和其他事件都受到各种复杂因素的影响。它们都在同时起作用，包括气候系统的自然组成部分，有时还包括不相关的人类活动。例如，炎热干燥的天气条件和人类土地使用方式可能会增加野火的可能性。
但科学家们可以做的是调查气候变化对特定事件产生影响的程度。通常，研究人员在气候模型的帮助下完成此操作，这使他们能够运行模拟，考虑气候变化的影响，同时运行假设不存在气候变化的模拟。然后他们比较结果。重点通常是高度不寻常甚至史无前例的事件，在这些事件中，人为造成的气候变化的影响与自然气候变率的影响相比可能更加明显。
某些类型的事件比其他类型的事件更适合进行分析。例如，在调查热浪、干旱或强降水时，研究人员有很高的信心。但在飓风和其他更复杂的现象方面，他们的信心较低。
尽管如此，科学家们正在调查各种天气事件。上个月发布的《美国气象学会公报》的特刊包括大约二十篇关于 2016 年各种极端事件的论文，从暴风雪乔纳斯到大堡礁的热诱导白化。
它还包含一些令人惊讶的发现：在《公报》的历史上，首次有三篇论文指出，所研究的事件不仅受到气候变化的影响，而且没有气候变化根本不可能发生（Climatewire，2017年12月14日）。研究确定，2016年破纪录的全球气温（有史以来最热的一年）、亚洲的极端高温以及阿拉斯加海岸附近异常温暖的“水团”，在人类引起的气候变化不存在的世界里，都是不可能发生的。
科学家们警告说，这些发现不一定推翻了现有的说法，即任何单一事件都不能归因于气候变化。即使是没有变暖就不可能发生的事件，仍然受到地球自然气候和天气系统的影响。但这项研究明确表明，地球已经达到了一个新的临界点，气候变化不仅成为极端天气事件的一个组成部分，而且对某些事件来说，已成为一个至关重要的因素。
随着科学家们不断研究反映地球变化的的天气和气候事件，俄罗斯热浪研究提出的两个问题——一个侧重于概率，另一个侧重于幅度——已经成为归因研究中使用的两种主要方法。奥托认为，从政策角度来看，概率方法可能最为重要，因为它有助于识别未来可能更频繁发生的事件类型以及它们可能发生的地点。
第二种方法，有时被称为“极端事件的解剖”，增进了科学家对导致这些事件的组成部分以及气候系统变化如何影响它们的理解。
这两种方法都在加强证据体系，表明气候变化可以影响过去被认为是“自然”灾害的破坏性天气事件的类型。因此，一些专家现在认为，极端事件归因可能不仅是气候科学的前沿，也可能是气候诉讼的前沿。
新领域
在2005年卡特里娜飓风摧毁了密西西比州和路易斯安那州海岸线之后，美国墨西哥湾沿岸的居民认为，不应该只将损失归咎于大自然。风暴袭击一个月后，一群公民对一群石油和能源公司提起了诉讼，即Comer v. Murphy Oil，理由是这些公司排放了温室气体。原告称，这些排放导致了气候变化，从而加剧了飓风的影响。
经过一系列不寻常的法律手段，包括驳回、上诉、推翻和回避后，该案件最终被驳回（Greenwire，2010年6月1日）。它从未进入审判阶段。但传递的信息很明确：公众正在关注气候变化与有害极端天气之间的联系。
牛津大学的科学家艾伦早在卡特里娜飓风发生前两年就暗示了此类诉讼的可能性。在他的《自然》杂志评论中，他思考了大规模集体诉讼的可能性——可能涉及全球“多达60亿原告”——试图追究温室气体排放者对损害的责任。
他指出，归因研究可以帮助分清责任。例如，他写道，“如果在给定的置信水平下，过去的温室气体排放使发生洪水的风险增加了十倍，而洪水确实发生了，那么我们可以将任何损害的90%归因于过去的温室气体排放。”
最近，其他法律专家表示，化石燃料行业并非唯一面临因气候相关损害而被起诉的风险的参与者。未来，归因研究可能成为针对政府或私人公司未能保护财产或公共基础设施免受变暖世界中极端天气影响的案件中的证据。
在美国和英国的法律专家8月份发表在《自然地球科学》杂志上的一篇最新论文中认为，“归因科学的进步正在证实特定地点某些气候事件和模式的可预见性，并正在识别出对财产、实物资产和人员造成重大影响的风险日益增加。”他们写道，因此，归因研究可能会在未来引发气候变化诉讼的增加。
即使没有明确地将气候变化归咎于自然灾害，公民也已经起诉了未能保护他们免受自然灾害影响的其他方。例如，在另一个卡特里娜飓风后的案件中，一项集体诉讼声称，美国陆军工程兵团和其他参与路易斯安那州堤坝规划和建设的各方，应对堤坝的失效负责。在该案件中，达成了和解——与针对能源公司的案件一样，目前尚不清楚如果诉讼进入法庭会如何发展。
现在，在卡特里娜飓风发生12年多之后，越来越多的研究指向气候变化与破坏性天气事件之间的联系，专家们警告说，这类诉讼可能会变得更加普遍。其想法是，如果决策者意识到气候变化会使某些事件更频繁或更严重，他们可能会因未能为最坏的情况做好准备而承担法律责任。
一般来说，极端事件归因研究不会预测未来事件的可能性。它们侧重于气候变化如何影响已经发生的事件。即使是国家科学院的报告也警告说，“不应使用对个别事件的归因研究来得出关于气候变化对整个极端事件的影响的一般性结论。”
但从法律角度来看，这些研究的影响可能更广泛。地球与水集团法律团队的成员，也是《自然地球科学》论文的作者之一的林登·帕顿指出，随着越来越多的归因研究发布，它们可能会积累证据，表明今天发生的事件正受到气候变化的影响——这意味着政府和企业应该为未来类似的事件做好准备。
她告诉E&E新闻说：“当科学发生变化时，当一个负责任的专业人士应该跟进、理解并关注的知识体系发生变化时——当这种情况发生时，它会改变他们为保护人们所必须做的事情。它改变了护理标准。”
哥伦比亚法学院萨宾气候变化法律中心执行主任迈克尔·伯格警告说，该领域在成为气候诉讼的主要工具之前，可能还有一些重要的成熟过程需要完成。他指出，目前还没有一套用于进行所有归因研究的标准方法。不同的研究小组倾向于使用不同的模型，提出不同的问题，或使用不同的标准来选择他们研究的事件，这使得对个别分析进行比较变得困难。
伯格说：“在法庭上，专家证词不需要反映共识观点。然而，它确实需要建立在既定的方法论之上。而在这里，我们还不清楚我们是否已经到了拥有这些既定方法论的地步。”
但这一天可能即将到来。一些科学家希望最终启动一种标准化的极端事件归因服务，类似于天气预报服务，该服务将对发生的每个极端事件发布即时分析——并对每个事件使用相同的统一方法。
目前还不清楚这样的服务会是什么样子，但可以想象，每次出现极端热浪或洪水时，都会收到电子邮件或智能手机通知，解释其与气候变化的联系。
英国气象局已经在开展这样一个项目，尽管它还处于早期阶段。欧洲极端天气事件归因方法协调和评估示范项目，或EUPHEME，是一个正在进行的项目，旨在“在科学和运营服务之间架起桥梁”，参与该项目的科学家之一尼科斯·克里斯蒂迪斯表示。
与此同时，预计个别研究将继续推出。仅在去年夏天，世界各地发生了一系列不寻常的事件——从美国的哈维飓风到东南亚的毁灭性洪水——引发了人们对极端天气与气候变化之间联系的重新关注。
科学家们已经着手解决其中一些问题。12月份发表的两项独立研究都发现，气候变化影响了哈维飓风破纪录的降雨量（Climatewire，2017年12月14日）。
至于引发艾伦兴趣的2003年洪水，其与全球变暖的确切联系可能仍存在疑问。但自那时以来，科学家们已经调查了几个类似的事件——艾伦本人合著了一篇发表在《自然气候变化》上的论文，结论是2014年导致英格兰南部洪水的湿润一月，因气候变化而使发生的可能性增加了43%。
未来的洪水不太可能不被调查。据英国气象局科学家克里斯蒂迪斯称，极端事件归因不仅是科学进步的问题，也是公共义务的问题。
克里斯蒂迪斯说：“每次发生高影响、灾难性的，或许是极端的事件时，人们总会问一个问题，‘这是气候变化吗？’”
“整个事件归因科学的发展是为了让我们能够为这些问题提供科学可靠的答案。如果我们这些专家不做这件事，那么就会有不合格的人去填补空白。因此，这是我们被要求面对的非常重要的挑战。”
经E&E新闻许可，转载自Climatewire。E&E在www.eenews.net上每日报道重要的能源和环境新闻。