当灾难来袭时，气候变化是罪魁祸首吗？

去年十一月，南美的春季天气从寒冷骤然转为酷热。通常在每年的这个时候，人们会在傍晚的余晖中举行后院烧烤，或者阿萨多。但在 12 月 7 日，阿根廷北部，靠近玻利维亚和巴拉圭边境的地区，气温飙升至 115 华氏度，成为地球上最热的地方之一。高温加剧了持续三年的干旱，烤焦了土壤，并在收获前使大片小麦作物枯萎。

当阿根廷政府限制小麦出口并警告人们待在室内时，一个由来自全球各地的小型科学家团队登录了 Zoom。他们隶属于世界天气归因 (WWA) 小组，这是一个由气候研究人员组成的合作组织，由弗里德里克·奥托和吉尔特·扬·范·奥尔登伯格在 2014 年成立，旨在解决一个长期存在且令人烦恼的问题：气候变化是否正在使极端天气变得更糟？如果是，程度如何？该小组的宏伟目标是几乎在灾难发生后立即为公众、媒体和政策制定者以及试图了解如何为下一次严重事件做准备的应急管理人员和城市规划者提供直接的答案。

例如，在 2021 年热穹顶开始炙烤美国太平洋西北地区仅一周多后，该团队发布了一份建立在先前科学基础上的谨慎而全面的评估报告。报告的结论是，如果没有人为造成的气候变化，这种破纪录的情况几乎不可能发生，并指出这些温度“非常极端，远远超出了历史上观测到的温度范围”。当 2022 年春季印度和巴基斯坦的大片地区遭受危及人类生命的热浪袭击时，该团队估计气候变化使热浪变得更热，发生的可能性更高。当去年夏天巴基斯坦大部分地区发生洪水时，该小组发现气候变化可能使降雨量增加了多达 50%。

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这种速度和确定性是极端天气分析方面相对于十年前的巨大进步，当时许多科学家不愿说明气候变化可能对个别事件有何影响。奥托在她的家庭办公室告诉我，该领域“已经彻底改变了”——墙壁上贴满了世界地图。奥托是伦敦帝国学院的气候科学高级讲师。同事们称她为弗雷迪，她出生于德国，现在是英国公民。当她描述归因科学的历史时，她直言不讳：“一开始人们说，‘你不能这样做；模型不够好。’”奥托补充说，“我们现在知道如何做到这一点了。” 2014 年的归因研究既困难又缓慢，部分原因是科学研究可能需要一年多的时间才能通过同行评审。为了解决这种滞后，WWA 开发了一种经过同行评审的方法，可以快速进行此类研究并将研究结果直接发布给公众。*

十年前，政府间气候变化专门委员会表示，归因科学尚“不适合使用”。相比之下，2021 年 IPCC 的一份报告称归因科学“稳健”。越来越有能力果断地说出气候变化在多大程度上是罪魁祸首，这可能会对从保险索赔和法庭案件到关于哪些国家应为气候适应付费的国际谈判产生影响。奥托还希望 WWA 的报告能够向各国政府展示为什么减少排放至关重要。因此，去年 12 月，当高温炙烤阿根廷、玻利维亚和巴拉圭时，奥托和 WWA 的其他成员开始工作。

信心不断增强

最早被其他科学家广泛引用的气候归因研究之一是 2004 年在自然杂志上发表的。它发表于欧洲几个世纪以来最热的夏天大约一年半之后，当时农作物歉收，阿尔卑斯山的冰川萎缩了多达 10%，并且超过 30,000 人死亡。主要作者，英国气象局哈德利气候科学与服务中心的气候科学家彼得·A·斯托特得出结论，人类的影响至少使破纪录热浪的可能性增加了一倍。国家海洋和大气管理局的气候科学家斯蒂芬妮·赫林说，当时，这个问题被认为是“非常细枝末节的”，主要引起了喜欢辩论统计概率和大气物理动力学的研究人员的兴趣。当她于 2012 年开始为美国气象学会发布关于极端事件的年度报告时，“我们都没有预料到这个研究领域最终会获得如此高的公众关注度。”

在 2012 年 10 月超级风暴桑迪袭击纽约市和新泽西州后，人们的兴趣日益浓厚。每个人都想知道这场风暴怎么能在如此偏北的地区保持如此强劲的势头。几个月后发布的一份报告指出，当年早些时候，过量的北极海冰融化，形成了大片吸收太阳热量的开阔水域，这可能导致了桑迪的狂暴——尽管这些联系仍然被描述为仅仅是一种合理的理论。国家大气研究中心的杰出学者凯文·特伦伯斯说，科学家们往往比较保守，倾向于低估影响。大多数研究人员仍然不愿讨论气候变化可能如何影响特定的风暴。

技术的进步使得隔离气候的作用变得更加容易。在 2000 年代初期，很少有机构拥有能够运行数据密集型气候模型的高性能计算系统。如今，借助云服务，研究人员可以在家中使用笔记本电脑完成这项工作。更容易组合模型并多次运行它们，从而提高对结果的信心。模型的准确性也得到了提高，其分辨率也变得更加精细，使其能够更好地提供关于特定位置的更精确的信息。

随着该领域的发展，形成了两种方法。一种称为概率事件归因，用于估计人类行为在多大程度上促成了某种类型事件发生的可能性，例如热浪。科学家将极端天气动力学模型与气候变化未发生的模拟世界进行比较，揭示排放增加等因素是否使事件更有可能发生。例如，WWA 的第一项研究，将 2015 年热浪期间法国五个城市的气温与 1900 年代上半年的夏季气温进行了比较，结果表明气候变化使热浪发生的可能性增加了四倍。

相比之下，条件性或“故事情节”方法会询问关于特定事件的问题：气候变化是否使特定风暴的降雨更加强烈？这种方法强调热力学变化，例如温暖的空气容纳更多的水蒸气。

特伦伯斯是故事情节方法的早期支持者，他说，最初关于这两种方法的科学辩论很激烈。当 NOAA 的马丁·霍林在科罗拉多州博尔德市发生强烈洪水后于 2014 年进行的一项研究发现，气候变化并未增加该地区强降雨的可能性时，特伦伯斯和他的同事们对研究结果提出了质疑。他们说，该研究没有考虑墨西哥温暖的海面温度，特伦伯斯声称，这为大气增加了大量水分，增加了总降水量。霍林回应说，特伦伯斯过于简单化。整个辩论在自然杂志报道的一篇新闻文章中展开。

随着时间的推移，两个阵营都意识到这些方法可以互补。“在理想的世界中，你总是会同时做这两件事，”奥托说。“他们以不同的方式看待问题。” 美国艺术与科学院院士伊丽莎白·劳埃德说，这两种方法都有可能提供关于相对风险的重要信息。这些分析结合起来可以告诉政策制定者，道路和桥梁是否必须承受更大的降雨量，并可以告知应急管理人员，未来他们可能需要多久控制对这些道路和桥梁的访问，因为风暴。

2017 年，飓风哈维在大休斯顿地区停滞了数天，在某些地方倾泻了多达 60 英寸的降雨，远远超过了之前的记录，该领域取得了进一步的进展。特伦伯斯发现墨西哥湾的超暖海水比正常情况产生了更多的蒸发，直接导致了过多的降水。奥托和她的同事们进行的另一项分析表明，气候变化增加了 15% 的降雨量。特伦伯斯写道，易受飓风影响地区的政府将需要为更大的洪水做好规划，包括升级疏散路线、建筑规范和电网。

这正是那种社会和政治处方，它引发了尖锐的批评，即气候科学家应该“安分守己”——做研究，但对其影响保持沉默。奥托说，她有时因过于政治化而受到指责。“但没有中立的科学家，”她说。“我们提出的问题总是受到我们的价值观、资助我们的人以及我们居住地点的影响。使其透明化才是好的科学——而不是假装它没有发生。”

阿根廷的挑战

当 WWA 刚开始时，它每年只分析几个事件。现在，它几乎每周都会在线开会讨论灾难。这个小团队必须优先考虑它认为值得调查的事件。它的许多科学家都在志愿奉献时间，在研究或教学工作以及其他职责之间挤出时间来工作。

为了决定研究哪些灾难，科学家们评估潜在的人道主义影响，使用的标准是 WWA 为不同类型的事件制定的标准。对于热浪，因素包括相关死亡人数以及受影响地区是否人口稠密或特别脆弱。WWA 倾向于处理危害许多人的事件，但它也力求覆盖不同的区域。“我们不想只做全球北方的事件，因为那是我们工作的地方，”荷兰皇家气象研究所的气候科学家莎拉·基说。奥托说，取得新的科学突破也是一个因素。WWA 决定不研究 2022 年圣诞节和新年假期期间袭击美国数百万人的危险低温的北极寒流，因为它之前研究过北美类似的寒潮，并且不希望发现任何新的东西。

南美热浪引起了该团队的注意，因为它符合 WWA 为热浪设定的几个标准：在脆弱地区盛夏初期发生的破纪录高温。尽管 2022 年 11 月下旬举行的首次视频会议展示了研究人员的一些生活——马德里的阳光、伦敦的阴沉——但会议开始时没有寒暄。“我们有向北蔓延的阿根廷热浪，”红十字会红新月会气候中心的玛雅·瓦尔伯格说。“这与拉尼娜现象有关吗？”奥托问道，她指的是太平洋的一种环流模式，这种模式会使阿根廷地区的热浪更有可能发生。在快节奏的对话中，该团队决定联系南美的科学家以获取详细信息，并迅速安排了 12 月初的另一次会议。通话开始十二分钟后，大家都退出了。

WWA 尽可能与当地专家合作，依靠他们了解哪些数据集包含关于某个区域的最全面信息，或者如何在当地最好地收集气象数据。在 12 月初的会议上，阿根廷冰雪研究所、冰川学和环境科学研究所的气候科学家胡安·安东尼奥·里维拉从他在门多萨的办公室加入了 Zoom 合集。他告诉小组，最近的干旱影响了阿根廷北部、巴西南部、乌拉圭和巴拉圭，但这些地区的大部分地区都缺乏密集的气象站网络。首要任务之一是查看哪些数据可用于分析干旱如何随着时间的推移而加剧。他可以帮助该小组挖掘可能不易被居住在欧洲的人找到的信息，或者可能因语言障碍而无法访问的信息。

电话会议上的科学家们——一些在荷兰穿着毛衣，另一些在智利阳光下汗流浃背——讨论了将热浪的影响与干旱的影响分离开来的方案。“每次发生热浪，干旱都会变得更糟，”法阿气候及其影响研究所的研究员安娜·索伦森说，她住在布宜诺斯艾利斯。她说，河流的水位下降扰乱了一条重要的农业出口路线以及水力发电。一个运输工会甚至联系了她，就设计在水位较低的河流中行驶的新船只寻求建议。

该团队必须以富有成效的方式定义每个事件。奥托后来告诉我，对于每项归因研究，他们都需要找出可以测量的内容。对于热浪，该小组会寻找给定时间段内超过一定阈值的温度。干旱更为复杂，因为可以用多种方式来表征干旱——通过降雨量不足、土壤湿度或地表水位。一个定义可能需要多次测量。“如果你有非常高的温度，你就会有非常高的蒸发量，所以你的河流流量很低，这会产生巨大的经济影响；你不能仅仅通过观察降雨量来捕捉到这一点，”奥托说。

奥托问团队，是否可以在仅基于温度和降水的情况下快速而有意义地做些什么。该小组讨论了各种选择：热浪相当容易分析，因为许多热浪已被研究并与气候变化联系起来。但一些 WWA 成员主张对干旱进行更大规模、更慢的分析。最后，一位成员问道：“是否可以选择两者都做？”

里维拉向其他人强调了他的家乡的温度有多么惊人。“11 月是阿根廷有记录以来最热的 11 月，”他说。该小组对快速进行热浪研究并给更复杂的干旱研究留出所需时间的热情迅速高涨。“这是我们以前从未做过的事情——一项研究，但分两部分发表，”奥托沉思道。在人们从视频会议中消失并返回到他们的现实生活之前，他们分配了每个人将在线下执行的任务。

在几周内，科学家们使用了五组不同的计算机模型，将当今气候的特征与工业化前的情况进行了比较。他们专注于 12 月初最热的一周，发现气候变化使热浪发生的可能性增加了 60 倍。阿根廷的气温可能比原本的气温高出约 2.5 华氏度。先前的研究表明，这种程度的差异可能会使与热相关的死亡风险增加 5.7% 以上。WWA 在 12 月下旬发布了其研究结果，当时又一次酷热席卷阿根廷。“值得注意的是，这些破纪录的温度发生在南半球夏季开始之前，这使得它们格外特殊，”该小组写道。

当团队转向干旱研究时，布宜诺斯艾利斯部分地区停电。野火在阿根廷北部和邻国智利爆发。

“任何天气事件变成灾难的原因都是脆弱性和暴露程度，”奥托说。仅靠高温记录并不能捕捉到人们受到的影响。她说，如果你不将科学研究和灾难响应结合起来考虑，“你就不会理解气候变化意味着什么。” 例如，拉丁美洲的贫富差距很大，边缘化社区更容易受到极端天气造成的健康后果的影响。里维拉回忆起一次会议，绝望的农民跪在干燥的土壤上祈求下雨。

尽管阿根廷的困境在赤道以北地区基本上没有成为头条新闻，但其影响将波及全球。该国是主要的小麦出口国；一个贸易组织估计，由于干旱，一半的小麦作物将在 2023 年损失，所有农作物损失可能达到$100 亿美元。分析师警告说，该国的农业歉收将进一步加剧全球粮食价格上涨。

WWA 在气候研究领域脱颖而出，因为它愿意直接解决社会因素。奥托指出，WWA 在非洲萨赫勒地区进行的 2022 年研究，她说这基本上与天气无关。该地区的经济依赖于雨水来灌溉农作物和维持畜群，但在 2021 年，雨季延迟导致了连锁的粮食不安全。“即使降雨量发生微小的变化，”WWA 写道，“也会影响本已有限的粮食供应。” 由于数据集存在很大的不确定性，该团队无法确定降雨量变化中是否存在气候信号，但它警告说，该地区“容易受到未来气候变化对全球粮仓的影响”。

生死攸关

即使归因科学不断进步，一些专家认为，气候科学家仍在低估他们的结论——当该领域开始走出学术界并进入法庭案件等公共程序时，这是一个重要因素。一个相关的问题是，法庭上引入的证据往往落后于最新的科学。在一项 2021 年自然气候变化研究中，奥托和她的合作者检查了全球 73 起气候诉讼，发现输入的证据已经过时 10 年。“我认为新科学渗透到政治领域需要一些时间，”奥托说，并补充说，“应该更快。”

WWA 的工作至少影响了一项裁决。其对澳大利亚 2019-2020 年丛林大火的研究得出的结论是，气候变化在将整个季节的火灾风险增加九倍方面发挥了作用。2021 年，澳大利亚一家法院在认定新南威尔士州环境保护局未能保护环境时考虑了这一结果，要求该州减少温室气体排放。

随着极端天气变得越来越普遍，跟上形势变得更加困难。今年冬天，一系列强大的大气河流风暴给加利福尼亚州带来了强降雨和降雪，导致超过 20 人死亡。WWA 决定不研究洪水，部分原因是归因工作的需求远远超过了能力。“这是一个很小的社区，资金有限，”劳伦斯伯克利国家实验室的气候科学家迈克尔·韦纳说。

与 WWA 一样，韦纳和他的合作者，石溪大学的凯文·里德，正试图几乎实时地进行归因研究。他们在 2022 年 9 月飓风伊恩仍在袭击佛罗里达州时分析了这场风暴。他们的快速工作之所以成为可能，部分原因是他们刚刚发表了一篇关于 2020 年飓风季的论文，发现气候变化导致飓风季的降雨量增加了 5%。他们将伊恩的条件添加到他们之前的模型中。“我们本可以做得更快，但凯文出去吃饭了，”韦纳开玩笑说。他们决定在漫长的同行评审过程之前发布一份及时的声明，宣布气候变化可能使伊恩的降雨量增加了 10%。

韦纳经常不得不拒绝请求，这促使他在 2022 年在 PLOS Climate 上发表了一篇论文，认为许多归因研究现在可以被认为是例行的，应该从学术界转移出去。科学已经成熟。“它可以操作化，”韦纳说，“就像天气预报一样。” 奥托会欢迎这种改变。“我真的希望 NOAA 接管这项工作，”她说，“或者由欧盟的地球观测计划哥白尼计划接管。” “这不仅能使[科学]界能够做更多的事情，而且还能更直接地进入国家政策。”

在美国，NOAA 最近启动了一个由国家气候评估主任大卫·伊斯特林领导的试点项目，以开发这种能力。NOAA 有一些明显的优势：它可以从全国各地的气象站获得实时数据，并且可以访问普林斯顿大学地球物理流体动力学实验室的气候模型开发。伊斯特林希望，鉴于该机构以公正而闻名，如果“NOAA 开始说，‘由于气候变化，这一事件变得更糟了 15%’，这将开始改变许多人对气候变化的怀疑态度。”

社会科学家和气候适应专家顾问苏珊娜·莫泽说，随着归因科学的不断发展，它可以在帮助社会为应对更大的风险做好准备方面发挥重要作用，包括为建筑规范提供信息，并突出表明需要大幅减少排放。专业的工程协会已经在朝着适应性设计方向发展，例如建造具有更宽底座的海堤，以便在海平面上升时可以使其更高。她指出，加利福尼亚州和其他具有前瞻性的州正在研究如何将气候信息纳入其基础设施计划，这项工作对于该州最近的洪水过后重建工作将非常有价值。

一些国家将比其他国家更容易为如此全面的适应措施提供资金，这就是为什么 2022 年联合国气候变化大会（即 COP27）设立了“损失和损害”基金，以帮助温室气体排放量相对较少的低收入国家。但奥托说，对于什么算作气候造成的损害，仍然没有明确的定义。“你需要什么证据？谁来提供这些证据？” 她说，需要进一步的归因工作来确定国际责任或赔偿金额。

在最近一次与我的视频通话中，奥托说这项工作变得越来越有压力。“一开始，它并没有那么受公众关注——感觉压力没有那么大，”她说。2021 年，《时代》杂志将她列入年度全球 100 位最具影响力人物榜单。现在，当她外出购物或在她的舞蹈工作室时，她会被认出来。

奥托说，如果归因科学在几十年前就开始发展，当气候变化已经成为已知问题时，应用归因科学可能不会那么令人望而生畏。但今天，她的工作是一场与时间的赛跑。“人们正在遭受苦难，”她说，“并且无法应对后果。”

*编者注（2023 年 5 月 23 日）：此段在发布后进行了编辑，以更正弗里德里克·奥托目前的隶属关系。