大約 2000 名氣候科學家本週湧向巴黎，在 12 月份於法國首都舉行的關鍵談判之前，深入探討他們的研究。在之前政策談判令人沮喪的失敗之後，科學家們熱衷於重申其利害關係。儘管減少溫室氣體排放的緊迫性是討論的主要話題，但研究人員還組織了這次名為“氣候變化下的共同未來”的會議，以討論他們領域的未來，該領域仍然存在許多未解之謎。《自然》雜誌向與會者詢問了氣候科學家面臨的一些最緊迫的研究問題
瞭解氣候敏感性
隨著大氣中二氧化碳的全球濃度持續上升，研究人員需要更好地掌握全球氣溫將如何響應。這意味著要縮小“氣候敏感性”的數值，即大氣中二氧化碳濃度給定上升所引起的氣溫升高。這個數字令人不安地不確定，因為它取決於對雲、水蒸氣和海冰的理解不深的反饋效應。政府間氣候變化專門委員會在其最新報告中估計，如果二氧化碳濃度增加一倍——例如，從工業化前的 270 ppm（百萬分之一）增加到大約 540 ppm——全球氣溫可能會在 1.5 °C 到 4.5 °C 之間上升。報告補充說，反饋可能會導致更高的數值。
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3 月份全球每月二氧化碳濃度超過 400 ppm，這可能是數百萬年來的第一次，研究人員認為，將全球變暖限制在比工業化前溫度高 2°C 的機會——這是廣泛接受的危險氣候變化的閾值——正變得越來越渺茫。“我們的排放情景很容易超過 2°C，”英國埃克塞特大學的氣候科學家理查德·貝茨說。“問題是，多少以及何時？”
“我們正在進入未知領域，”巴黎動態氣象實驗室的氣候研究員桑德琳·博尼說。“目前尚不確定我們會在哪個二氧化碳水平退出安全區，而且如果這樣做可能會發生什麼尚不清楚。”
改進大氣環流模型
為了精確瞭解二氧化碳水平上升的含義——不僅在全球範圍內，而且在區域層面上——研究人員需要能夠更好地解析大氣中的雲和海洋中的渦流的氣候模型。
“大氣環流控制著哪裡乾燥或過熱，哪裡下雨，哪裡不下雨，以及哪裡形成並襲擊強風暴，”博尼說，他將在 7 月 7 日就氣候科學的未來發表演講。“如果我們能夠執行能夠解析雲層和對流的模型——並且如果我們能夠確定它們是正確的——我們將能夠回答許多問題。”
儘管計算成本高昂，但這些模型正逐漸被採用。但是，科學理解也受到全球風觀測不足的限制。博尼表示，歐洲航天局的風廓線任務“大氣動力任務風神號”計劃於明年發射，有望推進氣候研究。它將使用雷射系統每小時生成約 100 個不同高度的風強度和方向的 3D 剖面。這些資料將闡明全球大氣環流、降水系統以及臭氧和氣溶膠的傳輸。
對災難性“臨界點”的早期預警
科學家表示，如果全球變暖超過 4°C，地球氣候系統的某些大規模組成部分極有可能發生變化——或越過“臨界點”——對氣候和生態系統造成潛在的災難性後果。這可能包括南極洲和格陵蘭冰蓋的融化、亞馬遜雨林的枯死或平衡熱量的北大西洋環流的崩潰。
一些研究人員希望透過檢查不同緯度海洋環流的強度來及早預警即將到來的變化。英國資助的快速氣候變化監測陣列計劃自 2001 年以來一直在特定北部緯度跟蹤海洋環流，並發現其在不同深度的強度出現驚人的大波動。但目前尚無法確定平均環流強度是否在下降。
同樣在埃克塞特大學的氣候科學家蒂姆·倫頓對早期發現並不樂觀。“系統從小擾動中恢復的速度是其穩定性的指標，但要獲得接近臨界點的可靠早期預警還很遙遠，”他說。
倫頓表示，避免災難性氣候破壞的更安全方法是到本世紀中葉停止碳排放。但他將於 7 月 8 日在巴黎會議上提出的成本效益評估結果表明，這一壯舉將需要每噸碳排放量超過 500 美元的碳稅——至少比大多數國家為阻止氣候變化而願意考慮的水平高出一個數量級。
適應氣候變化
由於化石燃料可能會在未來幾十年內推動排放，因此會議的另一個主題將是如何適應氣候變化的影響。
適應的想法範圍從大型工程專案到大量成本較低的解決方案。例如，在農業方面，一些非洲和亞洲國家現在使用資訊系統，使貧困農民能夠下載即時土壤資料和施肥建議。
但貝茨警告說，研究人員必須在合理的預防措施和誤導的行動主義之間取得微妙的平衡。“我們不能等到海平面上升的程度等因素完全確定，”他說。“但您也不想現在就花費數十億美元用於可能後來被證明是不必要的大規模適應措施。”
他說，我們不應該現在建造龐大而昂貴的東西，而應該採取可以在以後修改和升級的合理規模的措施。好的例子包括倫敦的防洪系統（泰晤士河閘）和荷蘭的三角洲工程——一個保護荷蘭海岸線的大型防洪系統。貝茨補充說，從防洪到水資源管理和灌溉計劃，任何適應工作都需要以嚴謹的地球和氣候觀測為指導。
本文經許可轉載，並於2015 年 7 月 7 日首次發表。