德国法兰克福高等研究院的物理学家萨宾·霍森菲尔德和牛津大学皇家学会气候物理学研究教授蒂姆·帕尔默写道:
在《大众科学》最近的一篇专栏文章中,内奥米·奥雷克斯认为,我们现在已经足够了解气候变化的物理学。她写道,政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组(WG1)的科学家们——负责评估气候变化的物理科学基础的科学家们——应该“宣布他们的工作已经完成”。根据奥雷克斯的说法,我们现在应该通过关注适应和减缓来解决问题。
全球长期趋势的科学基础是确定的,这是事实。我们知道海平面正在上升,平均气温正在升高,冰川正在消亡。我们知道,一切照旧将使我们和后代面临巨大痛苦的风险。但我们对气候变化的区域影响没有很好的了解,而且长期预测中的不确定性目前的范围可能意味着从严重的但可控制的不便到生存威胁的任何情况。
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事实上,奥雷克斯之前曾批评过WG1的报告:她在2013年2月与人合著的一篇发表在《全球环境变化》上的论文认为,IPCC的报告一直低估了“至少一些因大气温室气体增加而导致的全球变暖的关键属性。” 但为什么会这样? 这是因为气候科学家的工作还没有完成。
奥雷克斯和她的同事们一直强调的低估的一个主要原因是,当前一代的气候模型是我们气候的复杂动力系统的粗略表示。例如,当前全球气候模型无法使用物理定律来表示云系统,因为网格间距太粗(一百公里或更多)。因此,在模型中,云用高度简化的经验公式表示,这些公式以相对粗略的方式描述了云的真实属性。
但是云是全球水循环的重要组成部分,因此不仅在决定全球变暖的幅度方面发挥着关键作用,而且在塑造世界各地的极端天气事件方面也发挥着关键作用。由于云的表示过于简化,当前的气候模型往往会系统地错置热带地区的主要区域,即被称为热带辐合带的降雨发生区域。在中纬度地区,模型低估了被称为反气旋的长期高压系统的数量,这些系统与热浪、森林火灾和干旱有关。所有这些误差通常至少与模型试图模拟的气候变化信号一样大。
我们无法非常准确地模拟基本气候过程的后果是,我们无法正确地模拟极端天气和气候事件。2021年可怕的天气事件——不列颠哥伦比亚省近50摄氏度的高温,德国埃菲尔地区、中国河南省和纽约市的毁灭性洪水——完全超出了当前一代气候模型可以模拟的范围。
这反过来意味着,目前,我们无法量化这些极端事件在多大程度上是由气候变化引起的。尽管如此,天气事件归因近年来受到了很多关注,尤其是在媒体上。对于这种归因,气候科学家会运行两次气候模型,一次使用观测到的当前二氧化碳水平,一次使用工业化前的水平。通过这些运行,他们试图估计某种特定类型的天气事件的可能性如何因我们的碳排放而发生变化。
但是,由于当前的气候模型无法正确模拟2021年任何具有观测强度的极端事件,我们实际上无法估计这些事件发生的可能性增加了多少——我们只是得到了一个毫无意义的0:0的可能性比率。因此,为了估计概率,必须查看比实际发生的概率更高的不那么极端的事件。因此,人们估计的极端事件概率增加的幅度可能会低几个数量级。也许这些事件由于气候变化而发生的可能性增加了50%; 也许它们发生的可能性增加了50,000,000%——我们说不准。极端事件归因的科学远未完成。事实上,它几乎还没有开始。
比量化现在正在发生的事情更重要的是量化即将发生的事情。各国需要健全的模型预测来优先制定适应战略。如果气候变化一方面可能带来更强的洪水和风暴,另一方面可能带来更强的热浪和干旱,那么应该如何最有效地花钱来使一个国家更具气候适应力?如果我们不能准确量化这些替代情景的可能性,我们就无法回答这个问题。
此外,如果我们真的要认真对待气候地球工程,我们需要可靠的模型。如果我们有一天考虑在平流层喷洒人造气溶胶作为抵消全球变暖的一种方式,我们需要模型来告诉我们这会对亚洲夏季风相关的降雨模式产生什么影响。
最后再补充一个原因,我们还需要更好的模型来了解风和云模式的变化将如何影响本世纪晚些时候可再生能源的电力生产。例如,我们不知道是否应该认真对待“全球静止”的可能性,即由于北极变暖,极地到赤道的地表温度梯度正在减弱,从而导致北半球中纬度风系统的减弱。那么,我们如何决定风力涡轮机是否是一项好的投资呢?
简而言之,为了解决气候减缓、适应和地球工程中的基本问题——奥雷克斯说我们现在应该关注的这类事情——我们需要比目前更定量地了解气候的物理基础。基础科学和下游解决方案的研究应该齐头并进地发展。
为了解决这些问题并汇集资源,世界需要共同努力,建立一个联合的国际气候变化中心,一种“气候变化欧洲核子研究组织”。该联盟的每个分支都将拥有最先进的百亿亿次级计算机。在这里,科学家可以开发新一代超高分辨率气候模型,其网格间距约为一公里——这种改进将通过减少对这些经验公式的需求,并允许小尺度过程由基本物理定律表示,从而大大缓解当前模型的缺点。WG1 不会因此挂靴退役,而是能够更清楚地了解气候变化将如何体现出来。
气候变化具有一场正在发生的全球灾难的所有征兆,但科学家仍有很多需要了解的地方。在科学尚未完成时就声称它已经完成,这会冒着更多人因没有为即将发生的事情做好准备而死亡的风险。
回应
哈佛大学科学史教授内奥米·奥雷克斯回应道:
霍森菲尔德和帕尔默反对关于减少气候科学研究可能性的建议,但他们误解了我的论点。我不是呼吁结束气候科学研究。我呼吁结束一个已经实现其目标的特定项目。
作为学习和发现的过程,科学永远不会完成。从我们目前的角度来看,20世纪早期关于物理学已经完成的说法(在相对论和量子力学革命的前夜)看起来是荒谬的。20世纪后期关于“科学终结”的宣言也是如此。但历史表明,某些特定的研究方向已经结束,因为科学家们得出结论,它们是错误的(颅相学)、无法实现的(特定的短程地震预测)或已经得到解答(吸烟与癌症之间的联系)。
我的论点不是气候科学已经完成; 而是科学家们已经回答了在1992年联合国气候变化框架公约中向他们提出的问题:人类的哪些干预程度构成了对气候系统的“危险的人为干预”?答案,在最近的一份 IPCC 报告和 WG1 的最新评估中总结为,升温达到或超过 1.5 摄氏度。当你回答了一个问题后,接下来要做的事情就是停止。
此外,不停止大型评估也会带来成本:大型评估会耗费大量的科学时间和精力,更不用说还会留下巨大的碳足迹。长期参与 IPCC 的气候科学家迈克尔·奥本海默 (Michael Oppenheimer) 估计,在过去的几十年里,他大约四分之一的工作时间都用于撰写 IPCC 报告。将此乘以参与任何一次 IPCC 评估的数千名科学家,就会发现有大量的时间和劳动力没有投入到其他科学挑战中,以及大量消耗能源的旅行。持续进行的大型评估报告也向公众传递了一个复杂的信息:科学既是“明确的”,又需要进一步评估。这无助于公众的理解。而且,评估需要很长时间才能完成,曾担任多份 IPCC 科学报告主要作者的气候学家凯文·特伦伯斯 (Kevin Trenberth)指出,当这些报告出来时,它们可能已经不是最新的了。
科学家是否应该继续改进气候模型,以便我们更好地了解气候反馈并预测我们干预的影响?科学家是否应该继续努力提高我们对气候对区域和地方层面影响的理解,以及它们与极端天气事件的关系?当我们在向可再生能源经济转型时,我们是否需要更好的风和云模式数据?是的,是的,是的。(我一直认为,更好地了解区域和地方影响对于规划适应至关重要。)问题不是“我们需要这项科学吗?”问题是,又一次大型评估是否是实现它的最佳途径。
对于那些完成了他们被要求完成的工作的科学家,我想说:谢谢你们!宣布胜利,并将接力棒传递给社会、政治和经济问题方面的专家,这些问题对于寻找和实施应对气候危机的有效解决方案至关重要。这样做不仅是对世界的贡献,也是对科学的贡献。