尋求氣候變化的確定性:多少才算足夠?

兩位物理學家反對《大眾科學》一篇呼籲結束一份氣候報告的文章。一位科學史學家反駁說,該報告已經完成了它的工作

Stack of paper in a tornado wind storm

德國法蘭克福高等研究院的物理學家薩賓·霍森菲爾德和牛津大學皇家學會氣候物理學研究教授蒂姆·帕爾默寫道:

在《大眾科學》最近的一篇專欄文章中,內奧米·奧雷克斯認為,我們現在已經足夠了解氣候變化的物理學。她寫道,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第一工作組(WG1)的科學家們——負責評估氣候變化的物理科學基礎的科學家們——應該“宣佈他們的工作已經完成”。根據奧雷克斯的說法,我們現在應該透過關注適應和減緩來解決問題。

全球長期趨勢的科學基礎是確定的,這是事實。我們知道海平面正在上升,平均氣溫正在升高,冰川正在消亡。我們知道,一切照舊將使我們和後代面臨巨大痛苦的風險。但我們對氣候變化的區域影響沒有很好的瞭解,而且長期預測中的不確定性目前的範圍可能意味著從嚴重的但可控制的不便到生存威脅的任何情況。


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事實上,奧雷克斯之前曾批評過WG1的報告:她在2013年2月與人合著的一篇發表在《全球環境變化》上的論文認為,IPCC的報告一直低估了“至少一些因大氣溫室氣體增加而導致的全球變暖的關鍵屬性。” 但為什麼會這樣? 這是因為氣候科學家的工作還沒有完成。

奧雷克斯和她的同事們一直強調的低估的一個主要原因是,當前一代的氣候模型是我們氣候的複雜動力系統的粗略表示。例如,當前全球氣候模型無法使用物理定律來表示雲系統,因為網格間距太粗(一百公里或更多)。因此,在模型中,雲用高度簡化的經驗公式表示,這些公式以相對粗略的方式描述了雲的真實屬性。

但是雲是全球水迴圈的重要組成部分,因此不僅在決定全球變暖的幅度方面發揮著關鍵作用,而且在塑造世界各地的極端天氣事件方面也發揮著關鍵作用。由於雲的表示過於簡化,當前的氣候模型往往會系統地錯置熱帶地區的主要區域,即被稱為熱帶輻合帶的降雨發生區域。在中緯度地區,模型低估了被稱為反氣旋的長期高壓系統的數量,這些系統與熱浪、森林火災和乾旱有關。所有這些誤差通常至少與模型試圖模擬的氣候變化訊號一樣大。

我們無法非常準確地模擬基本氣候過程的後果是,我們無法正確地模擬極端天氣和氣候事件。2021年可怕的天氣事件——不列顛哥倫比亞省近50攝氏度的高溫,德國埃菲爾地區、中國河南省和紐約市的毀滅性洪水——完全超出了當前一代氣候模型可以模擬的範圍。

這反過來意味著,目前,我們無法量化這些極端事件在多大程度上是由氣候變化引起的。儘管如此,天氣事件歸因近年來受到了很多關注,尤其是在媒體上。對於這種歸因,氣候科學家會執行兩次氣候模型,一次使用觀測到的當前二氧化碳水平,一次使用工業化前的水平。透過這些執行,他們試圖估計某種特定型別的天氣事件的可能性如何因我們的碳排放而發生變化。

但是,由於當前的氣候模型無法正確模擬2021年任何具有觀測強度的極端事件,我們實際上無法估計這些事件發生的可能性增加了多少——我們只是得到了一個毫無意義的0:0的可能性比率。因此,為了估計機率,必須檢視比實際發生的機率更高的不那麼極端的事件。因此,人們估計的極端事件機率增加的幅度可能會低幾個數量級。也許這些事件由於氣候變化而發生的可能性增加了50%; 也許它們發生的可能性增加了50,000,000%——我們說不準。極端事件歸因的科學遠未完成。事實上,它幾乎還沒有開始。

比量化現在正在發生的事情更重要的是量化即將發生的事情。各國需要健全的模型預測來優先制定適應戰略。如果氣候變化一方面可能帶來更強的洪水和風暴,另一方面可能帶來更強的熱浪和乾旱,那麼應該如何最有效地花錢來使一個國家更具氣候適應力?如果我們不能準確量化這些替代情景的可能性,我們就無法回答這個問題。

此外,如果我們真的要認真對待氣候地球工程,我們需要可靠的模型。如果我們有一天考慮在平流層噴灑人造氣溶膠作為抵消全球變暖的一種方式,我們需要模型來告訴我們這會對亞洲夏季風相關的降雨模式產生什麼影響。

最後再補充一個原因,我們還需要更好的模型來了解風和雲模式的變化將如何影響本世紀晚些時候可再生能源的電力生產。例如,我們不知道是否應該認真對待“全球靜止”的可能性,即由於北極變暖,極地到赤道的地表溫度梯度正在減弱,從而導致北半球中緯度風系統的減弱。那麼,我們如何決定風力渦輪機是否是一項好的投資呢?

簡而言之,為了解決氣候減緩、適應和地球工程中的基本問題——奧雷克斯說我們現在應該關注的這類事情——我們需要比目前更定量地瞭解氣候的物理基礎。基礎科學和下游解決方案的研究應該齊頭並進地發展。

為了解決這些問題並彙集資源,世界需要共同努力,建立一個聯合的國際氣候變化中心,一種“氣候變化歐洲核子研究組織”。該聯盟的每個分支都將擁有最先進的百億億次級計算機。在這裡,科學家可以開發新一代超高解析度氣候模型,其網格間距約為一公里——這種改進將透過減少對這些經驗公式的需求,並允許小尺度過程由基本物理定律表示,從而大大緩解當前模型的缺點。WG1 不會因此掛靴退役,而是能夠更清楚地瞭解氣候變化將如何體現出來。

氣候變化具有一場正在發生的全球災難的所有徵兆,但科學家仍有很多需要了解的地方。在科學尚未完成時就聲稱它已經完成,這會冒著更多人因沒有為即將發生的事情做好準備而死亡的風險。

回應

哈佛大學科學史教授內奧米·奧雷克斯回應道:

霍森菲爾德和帕爾默反對關於減少氣候科學研究可能性的建議,但他們誤解了我的論點。我不是呼籲結束氣候科學研究。我呼籲結束一個已經實現其目標的特定專案。

作為學習和發現的過程,科學永遠不會完成。從我們目前的角度來看,20世紀早期關於物理學已經完成的說法(在相對論和量子力學革命的前夜)看起來是荒謬的。20世紀後期關於“科學終結”的宣言也是如此。但歷史表明,某些特定的研究方向已經結束,因為科學家們得出結論,它們是錯誤的(顱相學)、無法實現的(特定的短程地震預測)或已經得到解答(吸菸與癌症之間的聯絡)。

我的論點不是氣候科學已經完成; 而是科學家們已經回答了在1992年聯合國氣候變化框架公約中向他們提出的問題:人類的哪些干預程度構成了對氣候系統的“危險的人為干預”?答案,在最近的一份 IPCC 報告和 WG1 的最新評估中總結為,升溫達到或超過 1.5 攝氏度。當你回答了一個問題後,接下來要做的事情就是停止。

此外,不停止大型評估也會帶來成本:大型評估會耗費大量的科學時間和精力,更不用說還會留下巨大的碳足跡。長期參與 IPCC 的氣候科學家邁克爾·奧本海默 (Michael Oppenheimer) 估計,在過去的幾十年裡,他大約四分之一的工作時間都用於撰寫 IPCC 報告。將此乘以參與任何一次 IPCC 評估的數千名科學家,就會發現有大量的時間和勞動力沒有投入到其他科學挑戰中,以及大量消耗能源的旅行。持續進行的大型評估報告也向公眾傳遞了一個複雜的資訊:科學既是“明確的”,又需要進一步評估。這無助於公眾的理解。而且,評估需要很長時間才能完成,曾擔任多份 IPCC 科學報告主要作者的氣候學家凱文·特倫伯斯 (Kevin Trenberth)指出,當這些報告出來時,它們可能已經不是最新的了。

科學家是否應該繼續改進氣候模型,以便我們更好地瞭解氣候反饋並預測我們干預的影響?科學家是否應該繼續努力提高我們對氣候對區域和地方層面影響的理解,以及它們與極端天氣事件的關係?當我們在向可再生能源經濟轉型時,我們是否需要更好的風和雲模式資料?是的,是的,是的。(我一直認為,更好地瞭解區域和地方影響對於規劃適應至關重要。)問題不是“我們需要這項科學嗎?”問題是,又一次大型評估是否是實現它的最佳途徑。

對於那些完成了他們被要求完成的工作的科學家,我想說:謝謝你們!宣佈勝利,並將接力棒傳遞給社會、政治和經濟問題方面的專家,這些問題對於尋找和實施應對氣候危機的有效解決方案至關重要。這樣做不僅是對世界的貢獻,也是對科學的貢獻。

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