出品："SELF格致论道讲坛"大众号（ID：SELFtalks）
以下内容为我国科学院大气物理研讨所黄平讲演实录：
研讨气候是做气候预告吗
地球气候来源其实是研讨地球生物来源和地球文明来源的重要部分，地球气候对整个人类社会的格式有着重要的影响。
我是研讨气候的，常常有人问我，研讨气候便是做气候预告吗？咱们先来看两张最近的气温文降水的气候预告图。
气候预告图
从图中你会发现，曩昔几天，我国北方的气温显着比南边的气温高，这显着不符合咱们对6月气候的一般性知道。所以，气候学家研讨的不是最近一两天的气候，而是更长期标准上的气候改变。
气候品种
网上有一个关于气候的界说：一个当地多年的气候均匀状况。中学时咱们就知道，气候被划分红几个部分，比方热带气候、温带气候、高原高山气候等。 其实很早曾经咱们的祖先就知道到了，气候并不是原封不动的，风“调”雨“顺”的均匀气候状况并不易得。据统计，汉代以来，我国不到两年就有一次旱灾，不到三年就有一次水灾。但古人对气候的了解十分单薄，只能经过各种形式请求风调雨顺，比方到天坛祈天，观看星象等。 现在咱们知道，影响气候的要素有许多，比方大气、陆地和海洋所包括的各种信号，特别是海洋。海水的热容量很高，改变比较慢，所以海洋存储的地球气候信息能够长期地影响大气。假如你穿越回去跟古人说，地球另一边某个海洋的异常会影响咱们这边的旱涝状况，古人或许觉得你是鬼魅派来影响他们祈天的。 二战之后国际全体相对安稳，这也让科研人员有时机堆集长期安稳牢靠的材料，从大的时刻标准去调查究竟气候是怎么改变的。 一起，跟着计算机和数理方程数值解法的展开，气候学这一本来无法经过试验来展开的学科，逐步变成了一个能够用数值试验东西来研讨的学科。
海上观测、卫星观测和超级计算机观测
1977年和1978年发作了十分强的厄尔尼诺事情，1982年和1983年再次发作强厄尔尼诺事情，这几回事情对全球气候形成了重要的影响。这之后，全球气候学研讨迎来了爆发式的展开，人们展开了许多的海上观测、卫星观测和超级计算机的模仿。观测如同听上去挺简略，便是调查，但一切的观测设备都十分贵，动辄便是上百亿元，所以只要人类文明和工业化才能到达某种程度今后，咱们才有才能经过更先进的设备去了解地球，去研讨地球。 曾经的人们只能用十分简略的数值形式来猜测厄尔尼诺，现在咱们能够经过各国的大型数值形式对厄尔尼诺进行提早1年的猜测，这方面咱们现已取得了十分好的成果，也获得了很大的收益。
二氧化碳导致全球变暖
全球温度继续升高
跟着观测的时刻越来越长，咱们发现，气候除了年与年之间会振动，最近几十年，还有一个很显着的继续升温的趋势。这种增温趋势在许多天然现象里也有反响。
北极海冰规模显着萎缩
咱们看这张图，图中浅蓝色显现的是2018年北极海冰的大致规模，黄线圈起来的部分是1981年北极海冰的规模，两者比较，能够很显着地看到，北极海冰的规模在曩昔30年里发作了显着的萎缩。
天山冰川面积显着萎缩
咱们看这张图，2018年天山冰川面积和2008年、2001年比较，都有了很显着的萎缩。这些都是全球逐步暖化的体现。 曩昔30年，气候变暖现象遭到人们很大的重视，科学家们剖析了一切或许会对气候改变发生影响的因子后发现：现在的气候改变速度十分快，而其他一些如太阳、地球自转轴等影响地球活动改变的要素都没有在短时刻内发作如此剧烈的改变。 因而，联合国政府间气候改变专门委员会（IPCC）在2013年的评价陈述中得出了一个明晰且慎重的定论：现在发作的气候变暖现象极有有或许是人类自工业革命以来许多排放的二氧化碳所引起的。工业革命以来，人们对动力的使用首要依靠于化石燃料的焚烧，而化石燃料的焚烧必然会往空气中排放二氧化碳。
二氧化碳排放量
一起来看看这张图的相关数据，曩昔80万年以来，二氧化碳的水平一直在100ppm～200ppm之间，但工业革命以来短短的两三百年，二氧化碳的值就到达了另一个顶峰，添加了40%。
温室气体对地球的影响
为什么二氧化碳会对气候形成重要影响呢？太阳会对地球发生辐射，但太阳的温度十分高，它的辐射波长短，温室气体是无法吸收的。
而地球温度比较低，地球发射的辐射波长较长，二氧化碳、甲烷等温室气体能够吸收。据测算，现在二氧化碳等温室气体供给了大约33摄氏度的保温效果。
全球人口散布
或许有朋友会说，关于北方而言，温度升高一点有什么影响呢？没准农作物会长得更好呢。现实果真如此吗？经过这张图，咱们能够很明晰地看到，现在全球有一半的人口都居住在滨海60千米以内的规模，人口如此散布首要是由现代工业文明的全体展开状况决议的。由于滨海居民的密度是内地居民密度的十倍，能够幻想，当全球气候变暖，气温升高之后，陆地冰川将会消融，海平面将会上升，随之而来的风暴潮、飓风等就会严重影响滨海居民的日子。
除了全球气候，人们还很关怀自己所在的区域气候改变状况。比方关于西北太平洋和亚洲沿岸来讲，气温升高带来的直接灾祸影响便是飓风。
海水温度会影响飓风强度
未来飓风会变得更强仍是变得更弱呢？其实，区域气候改变问题也是曩昔20年来，气候学研讨进程中十分抢手的一个课题。
北半球飓风的结构
人们对飓风的研讨如同现已许多了，比方谈到飓风的结构，科学家们会讲得头头是道，但面临“全球温度升高，飓风强度会变得更强吗”这一看似简略而详细的问题，科学家们却手忙脚乱。他们或许能够写出很杂乱的飓风猜测公式，但却无法精确答复这样的问题。飓风其实是一个热机的进程，是基层的温暖的水汽带着很强的潜热输送到大气上层，然后潜热开释，转换为动能的一个进程。 这个进程看似十分简略，如同是全球变暖了，海洋温度升高了，水汽更多了，所以飓风强度会变得更强。
但真的这么简略吗？假如真的这么简略，为什么直到2005年美国科学家才在《Nature》上宣布相关文章，证明飓风的强弱改变的趋势和海水温度的升降有关呢？ 当年为了找到比较切当的依据，科学家们从观测、理论和数值模仿上做了许多作业，终究才得出飓风的改变趋势和海温的确有着十分显着的直接的联系。那便是：全球变暖后，海温会升高，飓风强度会变强。
这种理论在2005年宣布后，现在已被引用了3400屡次，能够说，这一理论在全球变暖研讨方面有十分大的影响力。 为什么这些看似简略的定论却需求气候学家们费这么大的功夫去研讨呢？最首要是由于，咱们之前所看到的仅仅是现象，是一些定性的东西，而定量的依据，定量的定论咱们是很短缺的。 2013年一个偶尔的时机，我参加了一个会议，会上听一位教师提到了一个我之前完全不了解的现象：飓风的风力十分强，它会把海洋基层的冷水给卷起来。
飓风自带“刹车”
咱们知道，海洋上层由于直接遭到太阳的辐射，所以水温较热，而基层水温较冷。假如飓风将海洋基层较冷的海水卷起来，那是不是意味着会按捺飓风强度的进一步添加呢？就如同飓风自带“刹车”相同。
不过，这个刹车的效果有强有弱。当上层温暖海水比较薄的时分，飓风卷起来的冷水比较冷，刹车效果就比较强；当上层温暖海水比较厚的时分，飓风卷起来的冷水没那么冷，刹车效果就比较弱。 这个进程依靠许多要素，缺少定量数据，究竟多厚的海水能对飓风强度带来影响呢？
2010年，有科学方案进行了海陆空联合观测。咱们知道，飓风在海上移动，它的核心区是气候极端恶劣的状况，飞机、轮船要追着飓风进行观测，是很难的。
为了这项研讨，科学家投入了许多资源，终究得出一个定论：在西北太平洋，飓风的确能够卷起海洋基层的冷水，能卷起的最大厚度为80～100米。其对飓风的影响大约等同于上层80～100米海水混合后的均匀温度。所以，假如人们在猜测飓风强度的时分，能考虑80～100米的海水温度，就比只考虑海洋外表的温度要更合理和精确。 2013年我正在做关于气候改变问题的研讨，但当年我在听那位教师做陈述的时分，并没有听到他讲到的上述问题和全球变暖有什么联系。
全球变暖观测与预估成果
我立刻就想到，在二氧化碳添加所引起的辐射中，海水表层的温度添加得比较快，基层添加得比较慢。咱们看，这两张图分别是前史观测的成果和形式预估的成果。
因而我想咱们不能仅仅以海水表层的温度去估量它对飓风强度的效果，要对一些研讨进行批改，不然就会高估海洋增温对飓风的促进效果。
这个物理进程听起来如同很简略，但关于科研人员来说，苦楚才刚刚开端。从2015年开端，咱们阅历了两年的时刻，不断使用更新的观测材料，不断批改理论模型，不断改进形式结构，和审稿团队重复争辩、质疑、争辩，终究预算出了一个现在看起来还算是比较合理的成果。 后来，一切做数值形式猜测未来飓风改变的组织和人员，都开端考虑咱们提出的机制，把飓风和海洋的相互效果看成是猜测飓风展开趋势必不可少的要素。许多人都认为做全球变暖的研讨便是拿一个数值形式乃至自己造一个数值形式去算，出来的成果形形色色，什么说法都有，其实并不是这样的。 真实做气候改变的研讨，特别是区域气候改变的研讨，需求考虑的要素十分多，不仅仅是使用数值形式进行简略的模仿。 本来的观测、理论、模仿或许能够用来做一些气候预告，比方飓风途径的预告，但都缺少对全球变暖这个变量的考虑。当把这个变量加进去之后，全球气候会发生什么样的连锁反响，咱们其实并不清楚，咱们的知道仍是缺失的。
所以咱们是把全球变暖这一要素加到全球气候的理论结构傍边，尽或许去考虑全球变暖究竟会对哪些方面发生影响，然后构建更充沛的理论基础。 常常有人问我，你说得头头是道，如同很有道理，但你能验证你的说法吗？十分惋惜，气候研讨是特别长期标准的趋势研讨，很难像气候预告那样，一两天就能够给你看验证成果。最简略的气候猜测也最少需求大半年乃至一年的时刻去验证。比方厄尔尼诺现象，猜测成果半年到1年就能验证，可是从研讨建模再到猜测再到验证，终究这一切研讨得到咱们认可，经过了约10年的时刻，而现代气候变暖的研讨不过刚刚展开了30年。很幸亏的是，咱们现在现已逐步有了一些能够验证的猜测。
全球变暖猜测比照
咱们看这张图，上面是1989年美国科学家在《Nature》上宣布的文章中的一幅图，其时他们猜测全球变暖之后，地球上有的当地增温会很高，有的当地没有那么高的散布状况。 图中能够看到，他们使用的数值形式粗糙到连大陆概括都看不清。可是30年后咱们依据曩昔50年剖析得到的全球增温凹凸散布的状况。所以，或许咱们现已在全球变暖的区域气候改变上取得了许多潜在的研讨成果，仅仅暂时没有办法验证罢了。 在咱们做气候改变研讨的这么多年里，一直有各种质疑伴跟着咱们，许多人都不信任咱们的研讨。这也正常。
其实，科学家每天都在阅历各种质疑，科学的质疑与争辩是科学家与生俱来的特质。从另一个视点来说，对全球变暖的质疑也是对咱们进行现代科学研讨范式的一种遍及。
在不知道的边际打听
咱们都是在使用自己的才能极限，在整个人类常识的鸿沟，在好奇心的驱动之下，做一系列张狂地打听罢了。
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