一次極端高溫可能不是人類活動導致的，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生。是人們自己使自己受害。”

1962年，美國海洋生物學家蕾切爾·卡森在《寂靜的春天》一書中如此寫道。她在20世紀中葉發現人類濫用殺蟲劑對生態環境的破壞，讓原本充滿生機的田野、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、化工企業主的攻擊。書中提出對人類活動震耳欲聾的批判，讓現實世界中反抗、質疑她的聲音同樣振聾發聵。

如何證明人類活動對生態環境、地球變暖造成實際影響？這一關鍵命題，時刻考問提倡環保節能的政府、科學家與公民。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成共識。

越來越暖的地球、愈加極端的天氣，是由我們人類自己造成的嗎？氣象學家近50年都在證明這一議題。

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室主任王春在，長期研究海洋和氣候對極端天氣事件的影響。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，發現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方法，以及他的發現—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熱浪開始，探討的核心卻是“地球將向何處去”。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驗獲得指導。但不可阻擋地，氣候強烈變暖已經成為全人類面臨的最嚴峻、最現實的環境挑戰。

全球變冷會來嗎？

南風窗：2022年，中國的長江流域遭遇極端高溫，但我國很多地區出現了大雨、干旱等極端天氣。科學研究指出，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生的可能性。這是為什么？

王春在：全球變暖的情況下，熱浪應當更容易發生，持續更長的時間。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，全球變暖會改變全球一些區域的大氣環流和水汽蒸發，為降水提供更豐沛的大氣水汽來源。兩方面協同作用，增加了潮濕地區發生極端降水的概率。

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

南風窗：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，人為因素什么時候對全球變暖產生影響的？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，地球溫度發生過多次的劇烈波動，并因此推進地球的生態系統演變。但值得注意的是，過去的氣候變化是自然調節的結果，生態系統的生物一直扮演適應者的角色，基本不能對氣候系統造成量級的改變。

然而，自從工業革命以來，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，并且達到了近幾百萬年來的高峰，顯然已經突破了自然系統的演變。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，自工業革命時期，人類活動開始對全球變暖產生影響。化石燃料燃燒帶來的歷史性溫室氣體增加，是根本原因。

南風窗：關于人類活動導致全球變暖，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？為什么科學界多方對此的觀點迥異？

王春在：早在1979年舉辦的日內瓦第一次世界氣候大會上，科學家們就提出，二氧化碳濃度的增加會導致地球升溫。但由于缺乏研究數據，科學界并未達成共識。但是，自從1990年以來，隨著聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告的發布，“全球變暖”的觀點受到了政府和科學界的廣泛關注。“人類活動導致全球變暖”的觀點逐漸成為了科學界的共識。

2001年發布的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第四次評估報告認為“很可能”。2013年的IPCC第五次評估報告認為“極有可能”。而2021年發布的第六次評估報告明確指出，全球變暖“的確”是由人類活動導致。

然而，一些古氣候學家并不認同全球變暖的觀點。從古氣候學角度來看，過去80萬年以來，地球一直處于“冰期—間冰期”的旋回中，平均每個旋回持續時間為10萬年。在每個旋回中，“冰期”持續時間較長，“間冰期”持續時間較短。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”，已經持續了一萬多年。

因此，有些古氣候學家認為，本次間冰期可能即將結束，地球即將進入下一個“冰期”。而目前的溫室氣體排放已經超過了過去80萬年來4個冰期—間冰期旋回的振幅，這可能導致地球氣候系統逼近氣候狀態快速跳躍的臨界值，進入下一個冰期。因此，古氣候學家認為，未來可能會出現“全球變冷”。

人類活動是極端高溫頻發的大背景

南風窗：如今頻發的極端高溫天氣，是氣象學家可以預料得到的嗎？

王春在：已經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律和影響機制做出研究。從長期來看，全球范圍內不同區域的夏季極端高溫事件的發生頻率在不斷增多，強度也在不斷加強。而許多研究都發現，溫室氣體排放主導的人類活動，對夏季極端高溫事件的增多增強，起到了重要的作用。

根據IPCC第六次評估報告，人類活動已經導致全球大部分區域夏季的平均氣溫顯著升高，并進一步導致極端高溫事件顯著增多增強。1850—1900年間50年一遇的極端高溫事件，現在平均每50年內會發生4.8次。而當未來全球平均溫度高4℃時，這種事件將平均每50年內發生39.2次。

南風窗：氣候具有隨機性，還在一個復雜系統中運行。科學家表示“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。這導致很難準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度的影響有兩種思路。一是對已有觀測進行分析，基于歷史的資料提取統計規律，并基于物理規律給出合理的解釋和未來的預測。

然而，地球科學與物理化學生物等學科有個較大的差異—我們無法對地球本身進行真正的實驗。科學家只能基于已知的物理規律給出數學方程，并逐步建立起模擬氣候乃至地球系統的數值模式。

得益于計算機的高速發展，采用超級計算機計算模擬氣候變得可行。所以，第二個途徑是利用數值模式修改溫室氣體等外強迫條件，開展模擬的數值模式試驗，進而論證氣候變化的影響。

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

南風窗：為什么氣象學家一般很難說，“溫室氣體或者人類活動導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：學術界一般通過數值模式，模擬溫室氣體或者人類活動對氣候變化的影響。然而在實際應用中，數值模式模擬平均態相對準確，而在模擬極端天氣事件時，往往存在更大的不確定性。這導致很難準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的氣候大背景。

北極加熱，海洋更暖

南風窗：你的團隊最近幾年，在研究世界各地極端高溫事件時有什么新發現嗎？

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

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

我們還發現了，人類活動主導的外強迫變化，導致了北半球夏季長度的普遍增加。溫度每升高1℃，可以導致夏季延長約15天。隨著未來全球變暖的持續，夏季長度在本世紀末將達到2014年的1.5倍水平。

南風窗：你在對2021年北美極端高溫的研究中，有一個發現是大氣環流異常與北極渦旋有關，而后者又與北極海冰的損失以及北極圈的變化有關。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，俄羅斯小鎮維爾霍揚斯克的溫度達38度，創下紀錄。北極圈發生了什么變化？這些變化如何影響極端天氣？

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

王春在：全球變暖導致北冰洋海冰快速消失，創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的水分和熱量向北極大氣的流入，正幫助推動當地對全球變暖產生強烈的正反饋，即北極放大效應。于是，北極的表面溫度以兩倍于較低緯度地區的速度升高。

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，會導致在中緯度副熱帶形成強的高空西風急流。這其中蘊含一個規律：北極與低緯度之間的溫差越大，西風急流越強，北極渦旋就越穩定，反之亦然。近年，由于北極放大效應，北極與低緯度的溫差越來越小，北極極渦變得更不穩定。這一變化會通過影響副熱帶西風急流，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，西風急流由穩定型變為波動型。北極極渦南移，冷空氣大幅南下，引發三次席卷中國的寒潮事件。

南風窗：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證事件發生原因的假設。極端事件與影響因子間的相關，不代表因果。一個事件與極端事件同時出現或者有關，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律和機制，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揮著極其重要的作用，但是熱帶三大洋并不是單獨存在的，而是通過大氣和海洋過程緊密聯系在一起的。那么，在氣候變化的背景下，三個大洋之間的相互作用會發生什么變化，又如何調控全球氣候的變化，這是我比較好奇的一點。

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

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，海溫其實能更好表征全球變暖信號的指標。

歷史不是向導，唯有攜手應對

南風窗：氣候學家根據不同的大氣和海洋模式，模擬的、預測的氣候結果也有較大差別。你會比較推崇哪些科學家？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年諾貝爾物理學獎首次被授予氣候學家真鍋淑郎（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領域的貢獻。真鍋淑郎與其合作者，首次可靠地預測了二氧化碳濃度加倍導致的全球變暖，并研發了世界上第一個考慮了三維大氣環流的氣候模式，這在氣候變化研究中發揮了無可替代的作用。克勞斯·哈塞爾曼則奠定了開展氣候變化檢測歸因研究的理論基礎，為現在科學研究中定量估算人類活動在氣候變化中的貢獻，提供了有效的工具。

近現代一兩百年期間，全球氣溫在波動中強烈上升，并且已被科學家證實與人類活動排放的溫室氣體直接相關。

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

南風窗：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？

王春在：從地球地質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。在地質時期，距今5550萬年前古新世—始新世極熱事件，就是發生在海洋的大量碳排放到大氣的背景下。這一過程持續了2萬年到5萬年，導致全球平均溫度上升了5℃到8℃。

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

地球的變暖事件，影響是非常深遠的。古新世—始新世極熱事件發生的時期，海洋中生物大規模滅絕。末次間冰期變暖，后來被科學家證實，導致了南極洲冰層持續大量融化，海表面上升。

具體到極端高溫事件來說，很難從地球地質時期代用資料獲得，只能從史料記錄和近現代觀測中獲得。總的來說，極端高溫的負面影響廣泛，包括全球生態、農業、環境、人類健康等諸多方面。

近現代一兩百年期間，全球氣溫在波動中強烈上升，并且已被科學家證實與人類活動排放的溫室氣體直接相關。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。目前，氣候強烈變暖已經成為全人類面臨的最嚴峻、最現實的挑戰，需要全人類通力合作、攜手應對，保證人類的可持續發展。

（王春在研究團隊成員：王春在、鄭佳喻、孫秀寶、范漢杰、林蔚、王雨晴）