當災難來襲時，氣候變化是罪魁禍首嗎？

去年十一月，南美的春季天氣從寒冷驟然轉為酷熱。通常在每年的這個時候，人們會在傍晚的餘暉中舉行後院燒烤，或者阿薩多。但在 12 月 7 日，阿根廷北部，靠近玻利維亞和巴拉圭邊境的地區，氣溫飆升至 115 華氏度，成為地球上最熱的地方之一。高溫加劇了持續三年的乾旱，烤焦了土壤，並在收穫前使大片小麥作物枯萎。

當阿根廷政府限制小麥出口並警告人們待在室內時，一個由來自全球各地的小型科學家團隊登入了 Zoom。他們隸屬於世界天氣歸因 (WWA) 小組，這是一個由氣候研究人員組成的合作組織，由弗裡德里克·奧托和吉爾特·揚·範·奧爾登伯格在 2014 年成立，旨在解決一個長期存在且令人煩惱的問題：氣候變化是否正在使極端天氣變得更糟？如果是，程度如何？該小組的宏偉目標是幾乎在災難發生後立即為公眾、媒體和政策制定者以及試圖瞭解如何為下一次嚴重事件做準備的應急管理人員和城市規劃者提供直接的答案。

例如，在 2021 年熱穹頂開始炙烤美國太平洋西北地區僅一週多後，該團隊釋出了一份建立在先前科學基礎上的謹慎而全面的評估報告。報告的結論是，如果沒有人為造成的氣候變化，這種破紀錄的情況幾乎不可能發生，並指出這些溫度“非常極端，遠遠超出了歷史上觀測到的溫度範圍”。當 2022 年春季印度和巴基斯坦的大片地區遭受危及人類生命的熱浪襲擊時，該團隊估計氣候變化使熱浪變得更熱，發生的可能性更高。當去年夏天巴基斯坦大部分地區發生洪水時，該小組發現氣候變化可能使降雨量增加了多達 50%。

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這種速度和確定性是極端天氣分析方面相對於十年前的巨大進步，當時許多科學家不願說明氣候變化可能對個別事件有何影響。奧托在她的家庭辦公室告訴我，該領域“已經徹底改變了”——牆壁上貼滿了世界地圖。奧托是倫敦帝國學院的氣候科學高階講師。同事們稱她為弗雷迪，她出生於德國，現在是英國公民。當她描述歸因科學的歷史時，她直言不諱：“一開始人們說，‘你不能這樣做；模型不夠好。’”奧托補充說，“我們現在知道如何做到這一點了。” 2014 年的歸因研究既困難又緩慢，部分原因是科學研究可能需要一年多的時間才能透過同行評審。為了解決這種滯後，WWA 開發了一種經過同行評審的方法，可以快速進行此類研究並將研究結果直接釋出給公眾。*

十年前，政府間氣候變化專門委員會表示，歸因科學尚“不適合使用”。相比之下，2021 年 IPCC 的一份報告稱歸因科學“穩健”。越來越有能力果斷地說出氣候變化在多大程度上是罪魁禍首，這可能會對從保險索賠和法庭案件到關於哪些國家應為氣候適應付費的國際談判產生影響。奧托還希望 WWA 的報告能夠向各國政府展示為什麼減少排放至關重要。因此，去年 12 月，當高溫炙烤阿根廷、玻利維亞和巴拉圭時，奧托和 WWA 的其他成員開始工作。

信心不斷增強

最早被其他科學家廣泛引用的氣候歸因研究之一是 2004 年在自然雜誌上發表的。它發表於歐洲幾個世紀以來最熱的夏天大約一年半之後，當時農作物歉收，阿爾卑斯山的冰川萎縮了多達 10%，並且超過 30,000 人死亡。主要作者，英國氣象局哈德利氣候科學與服務中心的氣候科學家彼得·A·斯托特得出結論，人類的影響至少使破紀錄熱浪的可能性增加了一倍。國家海洋和大氣管理局的氣候科學家斯蒂芬妮·赫林說，當時，這個問題被認為是“非常細枝末節的”，主要引起了喜歡辯論統計機率和大氣物理動力學的研究人員的興趣。當她於 2012 年開始為美國氣象學會發布關於極端事件的年度報告時，“我們都沒有預料到這個研究領域最終會獲得如此高的公眾關注度。”

在 2012 年 10 月超級風暴桑迪襲擊紐約市和新澤西州後，人們的興趣日益濃厚。每個人都想知道這場風暴怎麼能在如此偏北的地區保持如此強勁的勢頭。幾個月後釋出的一份報告指出，當年早些時候，過量的北極海冰融化，形成了大片吸收太陽熱量的開闊水域，這可能導致了桑迪的狂暴——儘管這些聯絡仍然被描述為僅僅是一種合理的理論。國家大氣研究中心的傑出學者凱文·特倫伯斯說，科學家們往往比較保守，傾向於低估影響。大多數研究人員仍然不願討論氣候變化可能如何影響特定的風暴。

技術的進步使得隔離氣候的作用變得更加容易。在 2000 年代初期，很少有機構擁有能夠執行資料密集型氣候模型的高效能計算系統。如今，藉助雲服務，研究人員可以在家中使用筆記型電腦完成這項工作。更容易組合模型並多次執行它們，從而提高對結果的信心。模型的準確性也得到了提高，其解析度也變得更加精細，使其能夠更好地提供關於特定位置的更精確的資訊。

隨著該領域的發展，形成了兩種方法。一種稱為機率事件歸因，用於估計人類行為在多大程度上促成了某種型別事件發生的可能性，例如熱浪。科學家將極端天氣動力學模型與氣候變化未發生的模擬世界進行比較，揭示排放增加等因素是否使事件更有可能發生。例如，WWA 的第一項研究，將 2015 年熱浪期間法國五個城市的氣溫與 1900 年代上半年的夏季氣溫進行了比較，結果表明氣候變化使熱浪發生的可能性增加了四倍。

相比之下，條件性或“故事情節”方法會詢問關於特定事件的問題：氣候變化是否使特定風暴的降雨更加強烈？這種方法強調熱力學變化，例如溫暖的空氣容納更多的水蒸氣。

特倫伯斯是故事情節方法的早期支持者，他說，最初關於這兩種方法的科學辯論很激烈。當 NOAA 的馬丁·霍林在科羅拉多州博爾德市發生強烈洪水後於 2014 年進行的一項研究發現，氣候變化並未增加該地區強降雨的可能性時，特倫伯斯和他的同事們對研究結果提出了質疑。他們說，該研究沒有考慮墨西哥溫暖的海面溫度，特倫伯斯聲稱，這為大氣增加了大量水分，增加了總降水量。霍林回應說，特倫伯斯過於簡單化。整個辯論在自然雜誌報道的一篇新聞文章中展開。

隨著時間的推移，兩個陣營都意識到這些方法可以互補。“在理想的世界中，你總是會同時做這兩件事，”奧托說。“他們以不同的方式看待問題。” 美國藝術與科學院院士伊麗莎白·勞埃德說，這兩種方法都有可能提供關於相對風險的重要資訊。這些分析結合起來可以告訴政策制定者，道路和橋樑是否必須承受更大的降雨量，並可以告知應急管理人員，未來他們可能需要多久控制對這些道路和橋樑的訪問，因為風暴。

2017 年，颶風哈維在大休斯頓地區停滯了數天，在某些地方傾瀉了多達 60 英寸的降雨，遠遠超過了之前的記錄，該領域取得了進一步的進展。特倫伯斯發現墨西哥灣的超暖海水比正常情況產生了更多的蒸發，直接導致了過多的降水。奧托和她的同事們進行的另一項分析表明，氣候變化增加了 15% 的降雨量。特倫伯斯寫道，易受颶風影響地區的政府將需要為更大的洪水做好規劃，包括升級疏散路線、建築規範和電網。

這正是那種社會和政治處方，它引發了尖銳的批評，即氣候科學家應該“安分守己”——做研究，但對其影響保持沉默。奧托說，她有時因過於政治化而受到指責。“但沒有中立的科學家，”她說。“我們提出的問題總是受到我們的價值觀、資助我們的人以及我們居住地點的影響。使其透明化才是好的科學——而不是假裝它沒有發生。”

阿根廷的挑戰

當 WWA 剛開始時，它每年只分析幾個事件。現在，它幾乎每週都會線上開會討論災難。這個小團隊必須優先考慮它認為值得調查的事件。它的許多科學家都在志願奉獻時間，在研究或教學工作以及其他職責之間擠出時間來工作。

為了決定研究哪些災難，科學家們評估潛在的人道主義影響，使用的標準是 WWA 為不同型別的事件制定的標準。對於熱浪，因素包括相關死亡人數以及受影響地區是否人口稠密或特別脆弱。WWA 傾向於處理危害許多人的事件，但它也力求覆蓋不同的區域。“我們不想只做全球北方的事件，因為那是我們工作的地方，”荷蘭皇家氣象研究所的氣候科學家莎拉·基說。奧托說，取得新的科學突破也是一個因素。WWA 決定不研究 2022 年聖誕節和新年假期期間襲擊美國數百萬人的危險低溫的北極寒流，因為它之前研究過北美類似的寒潮，並且不希望發現任何新的東西。

南美熱浪引起了該團隊的注意，因為它符合 WWA 為熱浪設定的幾個標準：在脆弱地區盛夏初期發生的破紀錄高溫。儘管 2022 年 11 月下旬舉行的首次視訊會議展示了研究人員的一些生活——馬德里的陽光、倫敦的陰沉——但會議開始時沒有寒暄。“我們有向北蔓延的阿根廷熱浪，”紅十字會紅新月會氣候中心的瑪雅·瓦爾伯格說。“這與拉尼娜現象有關嗎？”奧托問道，她指的是太平洋的一種環流模式，這種模式會使阿根廷地區的熱浪更有可能發生。在快節奏的對話中，該團隊決定聯絡南美的科學家以獲取詳細資訊，並迅速安排了 12 月初的另一次會議。通話開始十二分鐘後，大家都退出了。

WWA 儘可能與當地專家合作，依靠他們瞭解哪些資料集包含關於某個區域的最全面資訊，或者如何在當地最好地收集氣象資料。在 12 月初的會議上，阿根廷冰雪研究所、冰川學和環境科學研究所的氣候科學家胡安·安東尼奧·里維拉從他在門多薩的辦公室加入了 Zoom 合集。他告訴小組，最近的乾旱影響了阿根廷北部、巴西南部、烏拉圭和巴拉圭，但這些地區的大部分地區都缺乏密集的氣象站網路。首要任務之一是檢視哪些資料可用於分析乾旱如何隨著時間的推移而加劇。他可以幫助該小組挖掘可能不易被居住在歐洲的人找到的資訊，或者可能因語言障礙而無法訪問的資訊。

電話會議上的科學家們——一些在荷蘭穿著毛衣，另一些在智利陽光下汗流浹背——討論了將熱浪的影響與乾旱的影響分離開來的方案。“每次發生熱浪，乾旱都會變得更糟，”法阿氣候及其影響研究所的研究員安娜·索倫森說，她住在布宜諾斯艾利斯。她說，河流的水位下降擾亂了一條重要的農業出口路線以及水力發電。一個運輸工會甚至聯絡了她，就設計在水位較低的河流中行駛的新船隻尋求建議。

該團隊必須以富有成效的方式定義每個事件。奧托後來告訴我，對於每項歸因研究，他們都需要找出可以測量的內容。對於熱浪，該小組會尋找給定時間段內超過一定閾值的溫度。乾旱更為複雜，因為可以用多種方式來表徵乾旱——透過降雨量不足、土壤溼度或地表水位。一個定義可能需要多次測量。“如果你有非常高的溫度，你就會有非常高的蒸發量，所以你的河流流量很低，這會產生巨大的經濟影響；你不能僅僅透過觀察降雨量來捕捉到這一點，”奧托說。

奧托問團隊，是否可以在僅基於溫度和降水的情況下快速而有意義地做些什麼。該小組討論了各種選擇：熱浪相當容易分析，因為許多熱浪已被研究並與氣候變化聯絡起來。但一些 WWA 成員主張對乾旱進行更大規模、更慢的分析。最後，一位成員問道：“是否可以選擇兩者都做？”

里維拉向其他人強調了他的家鄉的溫度有多麼驚人。“11 月是阿根廷有記錄以來最熱的 11 月，”他說。該小組對快速進行熱浪研究並給更復雜的乾旱研究留出所需時間的熱情迅速高漲。“這是我們以前從未做過的事情——一項研究，但分兩部分發表，”奧托沉思道。在人們從視訊會議中消失並返回到他們的現實生活之前，他們分配了每個人將線上下執行的任務。

在幾周內，科學家們使用了五組不同的計算機模型，將當今氣候的特徵與工業化前的情況進行了比較。他們專注於 12 月初最熱的一週，發現氣候變化使熱浪發生的可能性增加了 60 倍。阿根廷的氣溫可能比原本的氣溫高出約 2.5 華氏度。先前的研究表明，這種程度的差異可能會使與熱相關的死亡風險增加 5.7% 以上。WWA 在 12 月下旬釋出了其研究結果，當時又一次酷熱席捲阿根廷。“值得注意的是，這些破紀錄的溫度發生在南半球夏季開始之前，這使得它們格外特殊，”該小組寫道。

當團隊轉向乾旱研究時，布宜諾斯艾利斯部分地區停電。野火在阿根廷北部和鄰國智利爆發。

“任何天氣事件變成災難的原因都是脆弱性和暴露程度，”奧托說。僅靠高溫記錄並不能捕捉到人們受到的影響。她說，如果你不將科學研究和災難響應結合起來考慮，“你就不會理解氣候變化意味著什麼。” 例如，拉丁美洲的貧富差距很大，邊緣化社群更容易受到極端天氣造成的健康後果的影響。里維拉回憶起一次會議，絕望的農民跪在乾燥的土壤上祈求下雨。

儘管阿根廷的困境在赤道以北地區基本上沒有成為頭條新聞，但其影響將波及全球。該國是主要的小麥出口國；一個貿易組織估計，由於乾旱，一半的小麥作物將在 2023 年損失，所有農作物損失可能達到$100 億美元。分析師警告說，該國的農業歉收將進一步加劇全球糧食價格上漲。

WWA 在氣候研究領域脫穎而出，因為它願意直接解決社會因素。奧托指出，WWA 在非洲薩赫勒地區進行的 2022 年研究，她說這基本上與天氣無關。該地區的經濟依賴於雨水來灌溉農作物和維持畜群，但在 2021 年，雨季延遲導致了連鎖的糧食不安全。“即使降雨量發生微小的變化，”WWA 寫道，“也會影響本已有限的糧食供應。” 由於資料集存在很大的不確定性，該團隊無法確定降雨量變化中是否存在氣候訊號，但它警告說，該地區“容易受到未來氣候變化對全球糧倉的影響”。

生死攸關

即使歸因科學不斷進步，一些專家認為，氣候科學家仍在低估他們的結論——當該領域開始走出學術界並進入法庭案件等公共程式時，這是一個重要因素。一個相關的問題是，法庭上引入的證據往往落後於最新的科學。在一項 2021 年自然氣候變化研究中，奧托和她的合作者檢查了全球 73 起氣候訴訟，發現輸入的證據已經過時 10 年。“我認為新科學滲透到政治領域需要一些時間，”奧托說，並補充說，“應該更快。”

WWA 的工作至少影響了一項裁決。其對澳大利亞 2019-2020 年叢林大火的研究得出的結論是，氣候變化在將整個季節的火災風險增加九倍方面發揮了作用。2021 年，澳大利亞一家法院在認定新南威爾士州環境保護局未能保護環境時考慮了這一結果，要求該州減少溫室氣體排放。

隨著極端天氣變得越來越普遍，跟上形勢變得更加困難。今年冬天，一系列強大的大氣河流風暴給加利福尼亞州帶來了強降雨和降雪，導致超過 20 人死亡。WWA 決定不研究洪水，部分原因是歸因工作的需求遠遠超過了能力。“這是一個很小的社群，資金有限，”勞倫斯伯克利國家實驗室的氣候科學家邁克爾·韋納說。

與 WWA 一樣，韋納和他的合作者，石溪大學的凱文·裡德，正試圖幾乎即時地進行歸因研究。他們在 2022 年 9 月颶風伊恩仍在襲擊佛羅里達州時分析了這場風暴。他們的快速工作之所以成為可能，部分原因是他們剛剛發表了一篇關於 2020 年颶風季的論文，發現氣候變化導致颶風季的降雨量增加了 5%。他們將伊恩的條件新增到他們之前的模型中。“我們本可以做得更快，但凱文出去吃飯了，”韋納開玩笑說。他們決定在漫長的同行評審過程之前釋出一份及時的宣告，宣佈氣候變化可能使伊恩的降雨量增加了 10%。

韋納經常不得不拒絕請求，這促使他在 2022 年在 PLOS Climate 上發表了一篇論文，認為許多歸因研究現在可以被認為是例行的，應該從學術界轉移出去。科學已經成熟。“它可以操作化，”韋納說，“就像天氣預報一樣。” 奧托會歡迎這種改變。“我真的希望 NOAA 接管這項工作，”她說，“或者由歐盟的地球觀測計劃哥白尼計劃接管。” “這不僅能使[科學]界能夠做更多的事情，而且還能更直接地進入國家政策。”

在美國，NOAA 最近啟動了一個由國家氣候評估主任大衛·伊斯特林領導的試點專案，以開發這種能力。NOAA 有一些明顯的優勢：它可以從全國各地的氣象站獲得即時資料，並且可以訪問普林斯頓大學地球物理流體動力學實驗室的氣候模型開發。伊斯特林希望，鑑於該機構以公正而聞名，如果“NOAA 開始說，‘由於氣候變化，這一事件變得更糟了 15%’，這將開始改變許多人對氣候變化的懷疑態度。”

社會科學家和氣候適應專家顧問蘇珊娜·莫澤說，隨著歸因科學的不斷發展，它可以在幫助社會為應對更大的風險做好準備方面發揮重要作用，包括為建築規範提供資訊，並突出表明需要大幅減少排放。專業的工程協會已經在朝著適應性設計方向發展，例如建造具有更寬底座的海堤，以便在海平面上升時可以使其更高。她指出，加利福尼亞州和其他具有前瞻性的州正在研究如何將氣候資訊納入其基礎設施計劃，這項工作對於該州最近的洪水過後重建工作將非常有價值。

一些國家將比其他國家更容易為如此全面的適應措施提供資金，這就是為什麼 2022 年聯合國氣候變化大會（即 COP27）設立了“損失和損害”基金，以幫助溫室氣體排放量相對較少的低收入國家。但奧托說，對於什麼算作氣候造成的損害，仍然沒有明確的定義。“你需要什麼證據？誰來提供這些證據？” 她說，需要進一步的歸因工作來確定國際責任或賠償金額。

在最近一次與我的視訊通話中，奧托說這項工作變得越來越有壓力。“一開始，它並沒有那麼受公眾關注——感覺壓力沒有那麼大，”她說。2021 年，《時代》雜誌將她列入年度全球 100 位最具影響力人物榜單。現在，當她外出購物或在她的舞蹈工作室時，她會被認出來。

奧托說，如果歸因科學在幾十年前就開始發展，當氣候變化已經成為已知問題時，應用歸因科學可能不會那麼令人望而生畏。但今天，她的工作是一場與時間的賽跑。“人們正在遭受苦難，”她說，“並且無法應對後果。”

*編者注（2023 年 5 月 23 日）：此段在釋出後進行了編輯，以更正弗裡德里克·奧托目前的隸屬關係。