當泰晤士河洪水從南牛津的邁爾斯·艾倫家門口不斷上漲時，他正在思考氣候變化——以及科學家是否能弄清楚它是否影響了外面的水位上升。
那是 2003 年 1 月，當牛津大學的氣候專家艾倫在他家安全地監測不斷上漲的水位時，廣播中的一個聲音告訴他這是不可能的。英國氣象局的代表在節目中說，當然，洪水是全球變暖可能導致更頻繁發生的型別事件。但是，要確定更具體的事情是不可能的。
當時，泰晤士河流域經歷了數十年來最大的一些降雨，到 1 月初，該河某些區域的流量是自 1947 年以來最高的。
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但廣播中的聲音補充說，“將這一特定事件[英格蘭南部的洪水]歸因於過去溫室氣體的排放是不可能的，”艾倫在評論中說道，該評論隨後發表在《自然》雜誌上。
在 2003 年，這是科學界的主流觀點：雖然氣候變化肯定對天氣有重大影響，但無法確定它對任何單個事件的確切影響。影響天氣的因素太多了，包括各種自然氣候變化。
但艾倫並不確定。
“當時，每個人都在說，‘你不能將單個事件歸因於氣候變化’，”他在接受 E&E News 採訪時說。“這促使我問，‘為什麼不呢？’”
因此，當洪水不斷逼近他的廚房門時，他起草了他的評論。他寫道，將極端天氣事件歸因於氣候變化可能並非總是如此不可能，只是“以我們目前對氣候系統的理解狀態來看，這在目前是不可能的”。 他沉思，如果研究人員能夠取得突破，那麼這項科學可能會影響公眾將氣候相關事件造成的損害歸咎於溫室氣體排放者的能力。
他的預感成真。近 15 年後，極端事件歸因不僅成為可能，而且是氣候科學中發展最快的子領域之一。
“科學界在 2000 年對個別事件歸因的公開立場是，這不是科學所做的，”斯坦福大學氣候科學家兼歸因專家諾亞·迪芬博說。“因此，從那時到現在，你會每週都看到一篇論文……這就是為什麼我們說研究已經爆發。它基本上是從零到 60。”
在過去的幾年裡，數十項研究調查了氣候變化對 2010 年的俄羅斯熱浪到加州乾旱等事件的影響，評估了全球變暖在多大程度上使它們更加嚴重或更有可能發生。
《美國氣象學會公報》現在每年都會發布一份特別報告，評估氣候變化對上一年極端事件的影響。人們對該領域的興趣如此之大，以至於美國國家科學院去年釋出了一份深入報告，評估該科學的現狀併為改進提出建議。
隨著科學的不斷成熟，它可能會對社會產生影響。法律專家認為，歸因研究可能會在公民對公司、行業甚至政府提起的訴訟中發揮重要作用。它們可以幫助重塑一個國家甚至全世界的氣候適應政策。也許更直接的是，年輕的研究領域可能會以長期未來預測無法做到的方式吸引公眾的注意力。
“我認為公眾和許多政策制定者並沒有真正認真對待那些 100 年的預測，”艾倫說，他現在是世界領先的歸因科學專家之一。“他們對現在正在發生的事情以及原因更感興趣——這歸結為歸因。”
一個新領域的誕生
在他受到洪水啟發的評論發表不到兩年後，艾倫在《自然》雜誌上發表了另一篇論文——這一次，這篇論文將有助於將極端事件歸因從科學上的不可能轉變為一個新興的新領域。
2004 年，他和牛津大學的同事戴斯·斯通以及氣象局的彼得·斯托特合著了一份報告，該報告被廣泛認為是世界上第一項極端事件歸因研究。該論文考察了氣候變化對 2003 年歐洲嚴重熱浪的貢獻——該事件可能導致整個大陸數萬人死亡——得出的結論是，“人類的影響很可能至少使超過該閾值的熱浪風險增加了一倍。”
根據迪芬博的說法，在此之前，氣候變化歸因科學已經以其他形式存在了幾十年。直到 2004 年，大部分工作都集中在調查人類活動與氣溫和降水等氣候要素的長期變化之間的關係。最近，科學家們一直在嘗試瞭解這些長期平均值的變化如何影響一般的天氣模式。
這項突破性的論文將現有科學向前推進了一步。研究人員使用氣候模型，將考慮氣候變化的模擬結果與不存在人為造成的全球變暖的情況進行了比較。他們發現氣候變化的影響大約使個別熱浪的風險增加了一倍。突破的關鍵是以正確的方式構建問題——不是問氣候變化是否“導致”了該事件，而是問它可能在多大程度上影響了該事件發生的風險。
儘管不願嘗試這種型別的研究，但其他科學家的反應“並沒有特別大的爭議，”艾倫說。相反，他說，“大部分反應更像是它有點明顯。”
從那時起，人們對極端事件歸因的興趣持續增長——最初增長緩慢，現在增長勢頭越來越強勁。根據去年美國國家科學院的報告，“事件歸因方面不斷增長的興趣的一個跡象是，在 4 年（2012-2015 年）中，論文數量從 6 篇增加到 32 篇。”
根據牛津大學的歸因專家弗雷德里克·奧托的說法，技術進步——即氣候模型的改進——正在推動近期的激增。
“根據定義，極端事件是罕見的，”她告訴 E&E News。因此，為了使一個極端事件在模擬中實際出現，模型需要準確地表示有助於這些極端事件發生的物理因素，並且研究人員需要能夠反覆執行它們。氣候集合——大量略有不同的氣候模型——的開發和改進提高了科學家在不同條件下模擬天氣事件的能力。
“我認為不是哲學發生了變化，而是技術發生了變化，”奧托說。
提出正確的問題
2010 年，一場破紀錄的熱浪席捲俄羅斯，導致一些地方的氣溫超過了 100 華氏度。據估計，極端高溫導致超過 5 萬人死亡。
兩項獨立的研究試圖量化氣候變化對該事件的影響，並且得出了截然不同的結論，在新聞中引發了一系列令人困惑的標題。一篇研究論文，發表在《地球物理研究快報》上，認為熱浪主要是自然氣候變化的產物，而另一篇，發表在《美國國家科學院院刊》上，聲稱人為造成的氣候變化是一個主要因素。
“當然，這聽起來好像它們是矛盾的，”牛津的歸因專家奧托說。在短暫的時間裡，科學家們感到困惑——這兩組發現必然是相互矛盾的。
但在另一篇論文中，該論文於 2012 年發表在《地球物理研究快報》上，奧托、艾倫和其他幾位同事證明，這兩項研究實際上是在調查兩個不同的問題——並且他們的結論是相容的。
他們發現，第一項研究探討了氣候變化對熱浪的強度或嚴重程度的影響程度，並得出結論認為自然氣候變化是主要的因素。第二項研究調查了全球變暖對熱浪整體發生機率的影響。奧托和她的同事指出，氣候變化有可能對一個因素產生重大影響，但對同一事件的另一個因素沒有影響。
今天，科學家們仍然普遍認為，不可能將任何單獨的天氣現象單獨歸因於氣候變化。風暴、火災、乾旱和其他事件都受到各種複雜因素的影響。它們都在同時起作用，包括氣候系統的自然組成部分，有時還包括不相關的人類活動。例如，炎熱乾燥的天氣條件和人類土地使用方式可能會增加野火的可能性。
但科學家們可以做的是調查氣候變化對特定事件產生影響的程度。通常，研究人員在氣候模型的幫助下完成此操作，這使他們能夠執行模擬，考慮氣候變化的影響，同時執行假設不存在氣候變化的模擬。然後他們比較結果。重點通常是高度不尋常甚至史無前例的事件，在這些事件中，人為造成的氣候變化的影響與自然氣候變率的影響相比可能更加明顯。
某些型別的事件比其他型別的事件更適合進行分析。例如，在調查熱浪、乾旱或強降水時，研究人員有很高的信心。但在颶風和其他更復雜的現象方面，他們的信心較低。
儘管如此，科學家們正在調查各種天氣事件。上個月釋出的《美國氣象學會公報》的特刊包括大約二十篇關於 2016 年各種極端事件的論文，從暴風雪喬納斯到大堡礁的熱誘導白化。
它還包含一些令人驚訝的發現：在《公報》的歷史上，首次有三篇論文指出，所研究的事件不僅受到氣候變化的影響，而且沒有氣候變化根本不可能發生（Climatewire，2017年12月14日）。研究確定，2016年破紀錄的全球氣溫（有史以來最熱的一年）、亞洲的極端高溫以及阿拉斯加海岸附近異常溫暖的“水團”，在人類引起的氣候變化不存在的世界裡，都是不可能發生的。
科學家們警告說，這些發現不一定推翻了現有的說法，即任何單一事件都不能歸因於氣候變化。即使是沒有變暖就不可能發生的事件，仍然受到地球自然氣候和天氣系統的影響。但這項研究明確表明，地球已經達到了一個新的臨界點，氣候變化不僅成為極端天氣事件的一個組成部分，而且對某些事件來說，已成為一個至關重要的因素。
隨著科學家們不斷研究反映地球變化的的天氣和氣候事件，俄羅斯熱浪研究提出的兩個問題——一個側重於機率，另一個側重於幅度——已經成為歸因研究中使用的兩種主要方法。奧托認為，從政策角度來看，機率方法可能最為重要，因為它有助於識別未來可能更頻繁發生的事件型別以及它們可能發生的地點。
第二種方法，有時被稱為“極端事件的解剖”，增進了科學家對導致這些事件的組成部分以及氣候系統變化如何影響它們的理解。
這兩種方法都在加強證據體系，表明氣候變化可以影響過去被認為是“自然”災害的破壞性天氣事件的型別。因此，一些專家現在認為，極端事件歸因可能不僅是氣候科學的前沿，也可能是氣候訴訟的前沿。
新領域
在2005年卡特里娜颶風摧毀了密西西比州和路易斯安那州海岸線之後，美國墨西哥灣沿岸的居民認為，不應該只將損失歸咎於大自然。風暴襲擊一個月後，一群公民對一群石油和能源公司提起了訴訟，即Comer v. Murphy Oil，理由是這些公司排放了溫室氣體。原告稱，這些排放導致了氣候變化，從而加劇了颶風的影響。
經過一系列不尋常的法律手段，包括駁回、上訴、推翻和迴避後，該案件最終被駁回（Greenwire，2010年6月1日）。它從未進入審判階段。但傳遞的資訊很明確：公眾正在關注氣候變化與有害極端天氣之間的聯絡。
牛津大學的科學家艾倫早在卡特里娜颶風發生前兩年就暗示了此類訴訟的可能性。在他的《自然》雜誌評論中，他思考了大規模集體訴訟的可能性——可能涉及全球“多達60億原告”——試圖追究溫室氣體排放者對損害的責任。
他指出，歸因研究可以幫助分清責任。例如，他寫道，“如果在給定的置信水平下，過去的溫室氣體排放使發生洪水的風險增加了十倍，而洪水確實發生了，那麼我們可以將任何損害的90%歸因於過去的溫室氣體排放。”
最近，其他法律專家表示，化石燃料行業並非唯一面臨因氣候相關損害而被起訴的風險的參與者。未來，歸因研究可能成為針對政府或私人公司未能保護財產或公共基礎設施免受變暖世界中極端天氣影響的案件中的證據。
在美國和英國的法律專家8月份發表在《自然地球科學》雜誌上的一篇最新論文中認為，“歸因科學的進步正在證實特定地點某些氣候事件和模式的可預見性，並正在識別出對財產、實物資產和人員造成重大影響的風險日益增加。”他們寫道，因此，歸因研究可能會在未來引發氣候變化訴訟的增加。
即使沒有明確地將氣候變化歸咎於自然災害，公民也已經起訴了未能保護他們免受自然災害影響的其他方。例如，在另一個卡特里娜颶風后的案件中，一項集體訴訟聲稱，美國陸軍工程兵團和其他參與路易斯安那州堤壩規劃和建設的各方，應對堤壩的失效負責。在該案件中，達成了和解——與針對能源公司的案件一樣，目前尚不清楚如果訴訟進入法庭會如何發展。
現在，在卡特里娜颶風發生12年多之後，越來越多的研究指向氣候變化與破壞性天氣事件之間的聯絡，專家們警告說，這類訴訟可能會變得更加普遍。其想法是，如果決策者意識到氣候變化會使某些事件更頻繁或更嚴重，他們可能會因未能為最壞的情況做好準備而承擔法律責任。
一般來說，極端事件歸因研究不會預測未來事件的可能性。它們側重於氣候變化如何影響已經發生的事件。即使是國家科學院的報告也警告說，“不應使用對個別事件的歸因研究來得出關於氣候變化對整個極端事件的影響的一般性結論。”
但從法律角度來看，這些研究的影響可能更廣泛。地球與水集團法律團隊的成員，也是《自然地球科學》論文的作者之一的林登·帕頓指出，隨著越來越多的歸因研究釋出，它們可能會積累證據，表明今天發生的事件正受到氣候變化的影響——這意味著政府和企業應該為未來類似的事件做好準備。
她告訴E&E新聞說：“當科學發生變化時，當一個負責任的專業人士應該跟進、理解並關注的知識體系發生變化時——當這種情況發生時，它會改變他們為保護人們所必須做的事情。它改變了護理標準。”
哥倫比亞法學院薩賓氣候變化法律中心執行主任邁克爾·伯格警告說，該領域在成為氣候訴訟的主要工具之前，可能還有一些重要的成熟過程需要完成。他指出，目前還沒有一套用於進行所有歸因研究的標準方法。不同的研究小組傾向於使用不同的模型，提出不同的問題，或使用不同的標準來選擇他們研究的事件，這使得對個別分析進行比較變得困難。
伯格說：“在法庭上，專家證詞不需要反映共識觀點。然而，它確實需要建立在既定的方法論之上。而在這裡，我們還不清楚我們是否已經到了擁有這些既定方法論的地步。”
但這一天可能即將到來。一些科學家希望最終啟動一種標準化的極端事件歸因服務，類似於天氣預報服務，該服務將對發生的每個極端事件釋出即時分析——並對每個事件使用相同的統一方法。
目前還不清楚這樣的服務會是什麼樣子，但可以想象，每次出現極端熱浪或洪水時，都會收到電子郵件或智慧手機通知，解釋其與氣候變化的聯絡。
英國氣象局已經在開展這樣一個專案，儘管它還處於早期階段。歐洲極端天氣事件歸因方法協調和評估示範專案，或EUPHEME，是一個正在進行的專案，旨在“在科學和運營服務之間架起橋樑”，參與該專案的科學家之一尼科斯·克里斯蒂迪斯表示。
與此同時，預計個別研究將繼續推出。僅在去年夏天，世界各地發生了一系列不尋常的事件——從美國的哈維颶風到東南亞的毀滅性洪水——引發了人們對極端天氣與氣候變化之間聯絡的重新關注。
科學家們已經著手解決其中一些問題。12月份發表的兩項獨立研究都發現，氣候變化影響了哈維颶風破紀錄的降雨量（Climatewire，2017年12月14日）。
至於引發艾倫興趣的2003年洪水，其與全球變暖的確切聯絡可能仍存在疑問。但自那時以來，科學家們已經調查了幾個類似的事件——艾倫本人合著了一篇發表在《自然氣候變化》上的論文，結論是2014年導致英格蘭南部洪水的溼潤一月，因氣候變化而使發生的可能性增加了43%。
未來的洪水不太可能不被調查。據英國氣象局科學家克里斯蒂迪斯稱，極端事件歸因不僅是科學進步的問題，也是公共義務的問題。
克里斯蒂迪斯說：“每次發生高影響、災難性的，或許是極端的事件時，人們總會問一個問題，‘這是氣候變化嗎？’”
“整個事件歸因科學的發展是為了讓我們能夠為這些問題提供科學可靠的答案。如果我們這些專家不做這件事，那麼就會有不合格的人去填補空白。因此，這是我們被要求面對的非常重要的挑戰。”
經E&E新聞許可，轉載自Climatewire。E&E在www.eenews.net上每日報道重要的能源和環境新聞。