一次極端高溫可能不是人類活動導(dǎo)致的，很多次呢？

朱秋雨

“不是魔法，也不是敵人的活動，使這個受損害的世界無法復(fù)生。是人們自己使自己受害?！?/p>

1962年，美國海洋生物學(xué)家蕾切爾·卡森在《寂靜的春天》一書中如此寫道。她在20世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn)人類濫用殺蟲劑對生態(tài)環(huán)境的破壞，讓原本充滿生機(jī)的田野、樹林和沼澤只剩一片寂靜覆蓋。

書籍出版后，卡森遭遇了大量政治家、化工企業(yè)主的攻擊。書中提出對人類活動震耳欲聾的批判，讓現(xiàn)實(shí)世界中反抗、質(zhì)疑她的聲音同樣振聾發(fā)聵。

如何證明人類活動對生態(tài)環(huán)境、地球變暖造成實(shí)際影響？這一關(guān)鍵命題，時刻考問提倡環(huán)保節(jié)能的政府、科學(xué)家與公民。與《寂靜的春天》的作者卡森面臨的處境相似，即使是面對如今深入人心的“全球變暖”，人類依然無法就自己的行為后果達(dá)成共識。

越來越暖的地球、愈加極端的天氣，是由我們?nèi)祟愖约涸斐傻膯?？氣象學(xué)家近50年都在證明這一議題。

中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王春在，長期研究海洋和氣候?qū)O端天氣事件的影響。他在近年研究了2021年美國西部和加拿大超級熱浪事件的原因，發(fā)現(xiàn)了自然變率與人為因素對極端天氣的作用。

圍繞人類活動在氣候議題的角色，南風(fēng)窗記者與王春在教授聊了聊。他分享了研究極端天氣的科學(xué)方法，以及他的發(fā)現(xiàn)—北極海冰和北極圈隨著全球變暖加速變化，并影響北半球的極端天氣。

自從工業(yè)革命以來，人類開始大量燃燒化石燃料。排放溫室氣體的速度，是人類歷史乃至地球歷史上前所未有的。

我們的對話是從2022年席卷北半球的高溫?zé)崂碎_始，探討的核心卻是“地球?qū)⑾蚝翁幦ァ?。王春在說，迅速變暖的地球是史無前例的，人類無法從歷史的經(jīng)驗(yàn)獲得指導(dǎo)。但不可阻擋地，氣候強(qiáng)烈變暖已經(jīng)成為全人類面臨的最嚴(yán)峻、最現(xiàn)實(shí)的環(huán)境挑戰(zhàn)。

全球變冷會來嗎？

南風(fēng)窗：2022年，中國的長江流域遭遇極端高溫，但我國很多地區(qū)出現(xiàn)了大雨、干旱等極端天氣。科學(xué)研究指出，全球變暖不僅增加極端高溫的頻率，同時會增加其他極端天氣發(fā)生的可能性。這是為什么？

王春在：全球變暖的情況下，熱浪應(yīng)當(dāng)更容易發(fā)生，持續(xù)更長的時間。同時，全球變暖能提高大氣飽和水汽壓，即溫度越高，大氣中能持有的水汽越高。另一方面，全球變暖會改變?nèi)蛞恍﹨^(qū)域的大氣環(huán)流和水汽蒸發(fā)，為降水提供更豐沛的大氣水汽來源。兩方面協(xié)同作用，增加了潮濕地區(qū)發(fā)生極端降水的概率。

全球大氣是緊密聯(lián)系在一起的，一個地區(qū)降水的增多，會引起鄰近地區(qū)降水的減少，類似“蹺蹺板”。因此，干旱地區(qū)可能會變得更干燥。

南風(fēng)窗：回溯地球的歷史，也有很多時刻氣候驟然升高。過去是自然因素、太陽活動等為主因。在你看來，人為因素什么時候?qū)θ蜃兣a(chǎn)生影響的？為什么是這個時候？

王春在：如你所說，地球氣候系統(tǒng)不是一成不變的。早在人類文明甚至人類物種形成以前，地球溫度發(fā)生過多次的劇烈波動，并因此推進(jìn)地球的生態(tài)系統(tǒng)演變。但值得注意的是，過去的氣候變化是自然調(diào)節(jié)的結(jié)果，生態(tài)系統(tǒng)的生物一直扮演適應(yīng)者的角色，基本不能對氣候系統(tǒng)造成量級的改變。

然而，自從工業(yè)革命以來，人類開始大量燃燒化石燃料。排放溫室氣體的速度，是人類歷史乃至地球歷史上前所未有的。其中，二氧化碳的濃度在過去的一百多年里近乎翻倍，并且達(dá)到了近幾百萬年來的高峰，顯然已經(jīng)突破了自然系統(tǒng)的演變。而這一時期，全球溫度上升速度之快，也顯然不是單由自然變率造成的。

簡而言之，自工業(yè)革命時期，人類活動開始對全球變暖產(chǎn)生影響?；剂先紵龓淼臍v史性溫室氣體增加，是根本原因。

南風(fēng)窗：關(guān)于人類活動導(dǎo)致全球變暖，成為影響極端天氣形成的要素之一，過去一直伴隨爭議和懷疑。什么時候世界各國有了共識？為什么科學(xué)界多方對此的觀點(diǎn)迥異？

王春在：早在1979年舉辦的日內(nèi)瓦第一次世界氣候大會上，科學(xué)家們就提出，二氧化碳濃度的增加會導(dǎo)致地球升溫。但由于缺乏研究數(shù)據(jù)，科學(xué)界并未達(dá)成共識。但是，自從1990年以來，隨著聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告的發(fā)布，“全球變暖”的觀點(diǎn)受到了政府和科學(xué)界的廣泛關(guān)注?！叭祟惢顒訉?dǎo)致全球變暖”的觀點(diǎn)逐漸成為了科學(xué)界的共識。

2001年發(fā)布的IPCC第三次評估報告，里面指出，全球變暖“可能”是由人類活動排放溫室氣體造成。2007年的IPCC第四次評估報告認(rèn)為“很可能”。2013年的IPCC第五次評估報告認(rèn)為“極有可能”。而2021年發(fā)布的第六次評估報告明確指出，全球變暖“的確”是由人類活動導(dǎo)致。

然而，一些古氣候?qū)W家并不認(rèn)同全球變暖的觀點(diǎn)。從古氣候?qū)W角度來看，過去80萬年以來，地球一直處于“冰期—間冰期”的旋回中，平均每個旋回持續(xù)時間為10萬年。在每個旋回中，“冰期”持續(xù)時間較長，“間冰期”持續(xù)時間較短。在“間冰期”時，大氣二氧化碳濃度高，全球地表溫度也較高。我們目前處在“間冰期”，已經(jīng)持續(xù)了一萬多年。

因此，有些古氣候?qū)W家認(rèn)為，本次間冰期可能即將結(jié)束，地球即將進(jìn)入下一個“冰期”。而目前的溫室氣體排放已經(jīng)超過了過去80萬年來4個冰期—間冰期旋回的振幅，這可能導(dǎo)致地球氣候系統(tǒng)逼近氣候狀態(tài)快速跳躍的臨界值，進(jìn)入下一個冰期。因此，古氣候?qū)W家認(rèn)為，未來可能會出現(xiàn)“全球變冷”。

人類活動是極端高溫頻發(fā)的大背景

南風(fēng)窗：如今頻發(fā)的極端高溫天氣，是氣象學(xué)家可以預(yù)料得到的嗎？

王春在：已經(jīng)有許多大氣或海洋方向的研究者，從不同角度對極端高溫的變化規(guī)律和影響機(jī)制做出研究。從長期來看，全球范圍內(nèi)不同區(qū)域的夏季極端高溫事件的發(fā)生頻率在不斷增多，強(qiáng)度也在不斷加強(qiáng)。而許多研究都發(fā)現(xiàn)，溫室氣體排放主導(dǎo)的人類活動，對夏季極端高溫事件的增多增強(qiáng)，起到了重要的作用。

根據(jù)IPCC第六次評估報告，人類活動已經(jīng)導(dǎo)致全球大部分區(qū)域夏季的平均氣溫顯著升高，并進(jìn)一步導(dǎo)致極端高溫事件顯著增多增強(qiáng)。1850—1900年間50年一遇的極端高溫事件，現(xiàn)在平均每50年內(nèi)會發(fā)生4.8次。而當(dāng)未來全球平均溫度高4℃時，這種事件將平均每50年內(nèi)發(fā)生39.2次。

南風(fēng)窗：氣候具有隨機(jī)性，還在一個復(fù)雜系統(tǒng)中運(yùn)行?？茖W(xué)家表示“人類活動加劇極端高溫概率”時，如何論證呢？基本原理和思路是什么？

模擬極端天氣事件時，往往存在更大的不確定性。這導(dǎo)致很難準(zhǔn)確量化溫室氣體或人類活動對某次極端熱浪事件的影響。

王春在：研究氣候變化對極端天氣事件概率和強(qiáng)度的影響有兩種思路。一是對已有觀測進(jìn)行分析，基于歷史的資料提取統(tǒng)計規(guī)律，并基于物理規(guī)律給出合理的解釋和未來的預(yù)測。

然而，地球科學(xué)與物理化學(xué)生物等學(xué)科有個較大的差異—我們無法對地球本身進(jìn)行真正的實(shí)驗(yàn)。科學(xué)家只能基于已知的物理規(guī)律給出數(shù)學(xué)方程，并逐步建立起模擬氣候乃至地球系統(tǒng)的數(shù)值模式。

得益于計算機(jī)的高速發(fā)展，采用超級計算機(jī)計算模擬氣候變得可行。所以，第二個途徑是利用數(shù)值模式修改溫室氣體等外強(qiáng)迫條件，開展模擬的數(shù)值模式試驗(yàn)，進(jìn)而論證氣候變化的影響。

目前，地球的平均氣溫相較于工業(yè)革命前（1850—1900年平均）已經(jīng)升高1.1℃。模式模擬的自然外強(qiáng)迫（包括太陽活動和火山活動）造成的氣溫變化較為平穩(wěn)，不會超過0.3℃。而只有模式模擬包括人類活動+自然變率時，才能實(shí)現(xiàn)模擬與觀測的氣溫變化吻合。這表明，現(xiàn)在的全球變暖主要?dú)w因于人類活動造成的溫室氣體排放。

南風(fēng)窗：為什么氣象學(xué)家一般很難說，“溫室氣體或者人類活動導(dǎo)致某一次極端熱浪事件”，而是表述成，“人類活動加大了極端氣候事件的概率”？

王春在：學(xué)術(shù)界一般通過數(shù)值模式，模擬溫室氣體或者人類活動對氣候變化的影響。然而在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)值模式模擬平均態(tài)相對準(zhǔn)確，而在模擬極端天氣事件時，往往存在更大的不確定性。這導(dǎo)致很難準(zhǔn)確量化溫室氣體或人類活動對某次極端熱浪事件的影響。

需要明確的是，大氣環(huán)流是造成某一次具體的極端熱浪事件的直接原因，溫室氣體或者人類活動只是熱浪事件頻發(fā)的氣候大背景。

北極加熱，海洋更暖

南風(fēng)窗：你的團(tuán)隊最近幾年，在研究世界各地極端高溫事件時有什么新發(fā)現(xiàn)嗎？

王春在：我們研究各地極端高溫事件的新成果有：一是，發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流異常引起的“熱穹頂”效應(yīng)對2021年6月底北美超級熱浪事件的形成與發(fā)展過程，起到極其重要的作用。

二是，發(fā)現(xiàn)和定義了北半球夏季七種主要的大氣環(huán)流型，揭示了這七種大氣環(huán)流型對夏季北半球表面氣溫異常空間分布的影響。

我們還發(fā)現(xiàn)了，人類活動主導(dǎo)的外強(qiáng)迫變化，導(dǎo)致了北半球夏季長度的普遍增加。溫度每升高1℃，可以導(dǎo)致夏季延長約15天。隨著未來全球變暖的持續(xù)，夏季長度在本世紀(jì)末將達(dá)到2014年的1.5倍水平。

南風(fēng)窗：你在對2021年北美極端高溫的研究中，有一個發(fā)現(xiàn)是大氣環(huán)流異常與北極渦旋有關(guān)，而后者又與北極海冰的損失以及北極圈的變化有關(guān)。近年，人類位于北極的觀測站屢屢錄得高溫。例如，2020年6月20日，俄羅斯小鎮(zhèn)維爾霍揚(yáng)斯克的溫度達(dá)38度，創(chuàng)下紀(jì)錄。北極圈發(fā)生了什么變化？這些變化如何影響極端天氣？

近年，由于北極放大效應(yīng)，北極與低緯度的溫差越來越小，北極極渦變得更不穩(wěn)定。這一變化會通過影響副熱帶西風(fēng)急流，引起北半球的極端氣候事件。

王春在：全球變暖導(dǎo)致北冰洋海冰快速消失，創(chuàng)造了一大片吸收太陽能量的無冰海面。這種額外的能量輸入以及相應(yīng)的水分和熱量向北極大氣的流入，正幫助推動當(dāng)?shù)貙θ蜃兣a(chǎn)生強(qiáng)烈的正反饋，即北極放大效應(yīng)。于是，北極的表面溫度以兩倍于較低緯度地區(qū)的速度升高。

北極極渦受到地球高低緯度之間溫度差的影響。南北溫度差，會導(dǎo)致在中緯度副熱帶形成強(qiáng)的高空西風(fēng)急流。這其中蘊(yùn)含一個規(guī)律：北極與低緯度之間的溫差越大，西風(fēng)急流越強(qiáng)，北極渦旋就越穩(wěn)定，反之亦然。近年，由于北極放大效應(yīng)，北極與低緯度的溫差越來越小，北極極渦變得更不穩(wěn)定。這一變化會通過影響副熱帶西風(fēng)急流，引起北半球的極端氣候事件。

除了極端高溫事件外，北極極渦的變化也可以引起極端寒潮。比如，2020年下半年至2021年上半年的那個冬天，西風(fēng)急流由穩(wěn)定型變?yōu)椴▌有?。北極極渦南移，冷空氣大幅南下，引發(fā)三次席卷中國的寒潮事件。

南風(fēng)窗：研究極端氣候事件，你覺得最難的部分在哪里？

王春在：最難的部分在于提出和驗(yàn)證事件發(fā)生原因的假設(shè)。極端事件與影響因子間的相關(guān)，不代表因果。一個事件與極端事件同時出現(xiàn)或者有關(guān)，不代表它是極端事件的成因。

除此之外，研究極端氣候事件的個例較少，適用于一般異常事件的物理規(guī)律和機(jī)制，可能并不適用于極端氣候事件。而且，影響極端氣候事件的因素有很多，時間尺度也不同，需要在不同時間尺度上研究不同因素對極端氣候事件的影響。

南風(fēng)窗：研究極端天氣多年，你自己目前好奇什么？

王春在：我一直最感興趣的還是海洋對氣候和極端天氣事件的影響。近年我主要推動和從事三大洋（太平洋、大西洋、印度洋）相互作用機(jī)制，以及它們對氣候和極端天氣事件的影響。

海洋在氣候變化和全球變暖中發(fā)揮著極其重要的作用，但是熱帶三大洋并不是單獨(dú)存在的，而是通過大氣和海洋過程緊密聯(lián)系在一起的。那么，在氣候變化的背景下，三個大洋之間的相互作用會發(fā)生什么變化，又如何調(diào)控全球氣候的變化，這是我比較好奇的一點(diǎn)。

南風(fēng)窗：2.5億年前（二疊紀(jì)、三疊紀(jì)之交）的一次生物大滅絕中，海洋溫度的驟升導(dǎo)致絕大多數(shù)生物大滅絕。溫室氣體會導(dǎo)致海洋的變暖嗎？

王春在：海水的比熱容比大氣大，因此海水溫度的波動往往比氣溫要小得多。而且，海水在氣候增暖的過程中起到了很大的儲能作用，減緩氣溫的上升。

然而，盡管海水的比熱容較大，其儲存的能量不會憑空消失，因此在1998—2012年全球變暖短暫停滯的時期，海溫卻一直沒有停止升高的趨勢。換句話說，海溫其實(shí)能更好表征全球變暖信號的指標(biāo)。

歷史不是向?qū)?，唯有攜手應(yīng)對

南風(fēng)窗：氣候?qū)W家根據(jù)不同的大氣和海洋模式，模擬的、預(yù)測的氣候結(jié)果也有較大差別。你會比較推崇哪些科學(xué)家？在目前研究人類活動與極端高溫時，比較前沿的方向是什么？

王春在：2021年諾貝爾物理學(xué)獎首次被授予氣候?qū)W家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann），以表彰他們在地球氣候的物理模擬和氣候變化科學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。真鍋淑郎與其合作者，首次可靠地預(yù)測了二氧化碳濃度加倍導(dǎo)致的全球變暖，并研發(fā)了世界上第一個考慮了三維大氣環(huán)流的氣候模式，這在氣候變化研究中發(fā)揮了無可替代的作用?？藙谒埂す麪柭鼊t奠定了開展氣候變化檢測歸因研究的理論基礎(chǔ)，為現(xiàn)在科學(xué)研究中定量估算人類活動在氣候變化中的貢獻(xiàn)，提供了有效的工具。

近現(xiàn)代一兩百年期間，全球氣溫在波動中強(qiáng)烈上升，并且已被科學(xué)家證實(shí)與人類活動排放的溫室氣體直接相關(guān)。

除了極端高溫之外，現(xiàn)在的科學(xué)家們也在關(guān)注復(fù)合型極端事件的危害，以及人類活動對復(fù)合型極端事件的影響。IPCC第六次評估報告就擴(kuò)展了復(fù)合型極端事件的定義，首次全面系統(tǒng)地評估了熱浪和干旱復(fù)合事件、與野火有關(guān)的復(fù)合天氣事件（炎熱、干燥、大風(fēng)的組合）等的歸因以及未來變化。目前的研究，從單一極端事件擴(kuò)展到影響力更強(qiáng)的復(fù)合極端事件。

南風(fēng)窗：在地球歷史上，有哪次極端高溫和最近幾年比較相似嗎？我們是否能通過歷史或者古人的做法，給未來一些啟發(fā)？

王春在：從地球地質(zhì)和歷史氣溫變化的角度（一萬年到幾十億年），地球表面的氣溫變化始終是冰期和間冰期交替，即冷暖交替的。在地質(zhì)時期，距今5550萬年前古新世—始新世極熱事件，就是發(fā)生在海洋的大量碳排放到大氣的背景下。這一過程持續(xù)了2萬年到5萬年，導(dǎo)致全球平均溫度上升了5℃到8℃。

類似的極熱事件，在地質(zhì)時期也發(fā)生過幾次。最近的一次，是距今約13萬年的歷史時期—末次間冰期?？茖W(xué)家基于大量冰芯、珊瑚等可靠代用資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時的氣溫與我們目前所處的“全新世”間冰期氣溫是相似的，并可能略高于近現(xiàn)代時期的氣溫。

地球的變暖事件，影響是非常深遠(yuǎn)的。古新世—始新世極熱事件發(fā)生的時期，海洋中生物大規(guī)模滅絕。末次間冰期變暖，后來被科學(xué)家證實(shí)，導(dǎo)致了南極洲冰層持續(xù)大量融化，海表面上升。

具體到極端高溫事件來說，很難從地球地質(zhì)時期代用資料獲得，只能從史料記錄和近現(xiàn)代觀測中獲得。總的來說，極端高溫的負(fù)面影響廣泛，包括全球生態(tài)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、人類健康等諸多方面。

近現(xiàn)代一兩百年期間，全球氣溫在波動中強(qiáng)烈上升，并且已被科學(xué)家證實(shí)與人類活動排放的溫室氣體直接相關(guān)。因此，我們無法從人類歷史和古人的做法中獲得更多有效指導(dǎo)。目前，氣候強(qiáng)烈變暖已經(jīng)成為全人類面臨的最嚴(yán)峻、最現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)，需要全人類通力合作、攜手應(yīng)對，保證人類的可持續(xù)發(fā)展。

（王春在研究團(tuán)隊成員：王春在、鄭佳喻、孫秀寶、范漢杰、林蔚、王雨晴）