乾旱、野火、熱浪、強降雨——這些都是自然發生的極端天氣現象。但是，氣候變化現在正在增加許多此類事件的頻率和強度。巴黎的洪水和北極熱浪只是 2016 年氣候變化導致極端天氣的兩個例子——還有更多例子。
然而，科學家如何知道全球變暖影響了特定事件？直到最近，他們還無法回答這個問題，但“歸因科學”領域在過去五年中取得了巨大進展。研究人員現在可以告訴人們氣候變化如何影響他們，而不是 50 或 100 年後——今天。
《大眾科學》採訪了牛津大學環境變化研究所副所長弗裡德里克·奧托，討論了歸因科學的工作原理以及為什麼它是幫助社群為氣候變化做好準備並適應氣候變化的關鍵組成部分。
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[以下是採訪的編輯稿。]
歸因科學到底是什麼？
每當發生極端事件時，人們通常會問：“氣候變化是否起了一定的作用？”我們的目標是在新聞時限內——也就是在事件發生後的兩週內——提供科學證據來回答這個問題。
研究人員是試圖將特定的極端事件或模式的極端事件與氣候變化聯絡起來嗎？
他們兩者都在做。我的工作重點是特定的極端事件——例如，我們上次做的歸因研究是關於目前正在發生的北極熱浪。
所有極端事件都有不同的強迫因素[影響地球氣候的因素]，其中一個強迫因素可能是氣候變化。透過這項研究，我們現在可以說，由於氣候變化，這種強度的事件變得更有可能發生，或者我們可以說，過去 150 年一遇的事件現在變成了 50 年一遇的事件。
歸因科學在技術層面是如何運作的？研究人員使用什麼樣的方法，他們尋找什麼樣的證據？
這有點像你擲骰子，連續擲出 10 個 6。你會懷疑這個骰子有問題，但從這 10 次擲骰子中，你無法確定它是一個灌鉛的骰子。為了能夠做到這一點，你必須一遍又一遍地擲骰子，對你擲出的數字進行統計，只有這樣你才能得到答案。
這就是我們研究極端天氣事件的方式。我們模擬在當前強迫因素下可能發生的情況，並計算出在當今氣候下發生此事件的可能性。當然，我們沒有沒有氣候變化的世界的觀測資料——什麼是正常的骰子。因此，我們必須透過從氣候模型中去除人為變暖，或者透過對 19 世紀末和 20 世紀初的觀測資料進行統計建模來模擬那個世界。然後，我們確定在沒有氣候變化的世界中可能出現的天氣。
如果我們感興趣的極端天氣事件的可能性[在這兩個世界之間]不同，那麼我們可以說氣候變化導致了這種差異。它可能是強度或頻率上的差異。
你說你的團隊可以在新聞週期內提供答案。這麼快怎麼可能？
我們使用同行評審的方法，所以我們基本上只是將以前研究中使用的方法應用於新的事件。這有點像做季節性預測。我們還提前完成了所有的模型模擬，因此如果發生極端事件，我們只需要進行分析。
你如何將全球變暖的影響與其他因素（如厄爾尼諾現象）區分開來？
在我們的實驗設定中，我們模擬當今世界發生的事件，然後我們從氣候模型的大氣中去除人為排放，並再次進行相同的實驗。所以我們唯一改變的是人為強迫。在模擬中，我們生活的世界和可能存在的世界具有相同的大規模模式，如厄爾尼諾現象。因此，我們正在問：“假設所有其他條件都相同，溫室氣體排放的影響是什麼？”
科學家如何解釋他們發現沒有氣候變化訊號的極端天氣事件？
這個結果並不意外，也不是不可思議的。例如，我們知道，全球平均氣溫升高會增加熱浪的風險，只是因為基線溫度更高。但受氣候變化影響的不僅僅是溫度。例如，在最近為期兩年的聖保羅乾旱中，降水增多，蒸發增多。最後，這兩個效應相互抵消，乾旱風險本身沒有改變。氣候變化對這種情況下的整體乾旱風險沒有影響——但它對各個組成部分有影響。
我們還關注氣候變化今天的影響。很可能對於某些事件，我們在一個溫度高一度的世界中今天看不到影響。但是，僅僅因為我們現在沒有看到訊號，並不意味著這是一個永遠不會受到氣候變化影響的事件。
與其它型別的極端天氣事件相比，科學家對氣候變化對某些型別極端天氣事件的貢獻更有信心嗎？
有一些事件我們預計會增加，例如熱浪和極端降雨。特別是，熱浪的訊號已經很大了。其他事件要複雜得多。例如，對於乾旱，陸地表面的反饋起著巨大作用，大氣環流起著更重要的作用。還有一些事件，例如颶風，您需要非常高解析度的模型才能說出一些資訊——這就是技術尚未到位的情況。
我聽說科學家說，20 年前他們無法回答歸因問題。是什麼使該領域得以發展？
這門科學實際上只是在過去五年內才出現的。我們首先取得了技術上的突破——你需要能夠一遍又一遍地模擬天氣，即使在 1990 年代，這在技術上也是不可能的。僅在 2000 年代，由於計算能力更強，它才成為可能。
然後在 2003 年，提出了進行此類研究的方法——我們可以使用先進的計算能力以這種方式研究極端事件的想法。但這仍然需要一些概念上的工作。在過去五年中，我們真的取得了概念上的突破。
歸因科學的下一步是什麼？
下一個重大挑戰是致力於減少災害風險，以及極端事件的影響。因為人們問的問題不是“巴黎三日降雨的風險是什麼？”他們問的問題是“巴黎洪水的風險是什麼？”這不僅取決於氣象事件，還取決於其他因素，如河流流域的大小、河流的管理以及脆弱性和暴露的所有這些方面。
這可能看起來很明顯，但為什麼歸因研究很重要？
三件事：一是我們目前不太清楚今天氣候變化的實際影響是什麼。我們可以預測大規模變化，但全球平均氣溫升高不會殺死人。殺死人的是極端天氣事件。這項研究使我們能夠更全面地瞭解氣候變化的實際含義。
其次，它為公眾討論提供科學證據。當發生極端事件時，人們會問氣候變化是否起了一定的作用。過去，通常是政治家回答這個問題，而這與任何科學證據完全無關。
這項研究還使我們能夠做出更好的規劃決策。當我們知道由於氣候變化，乾旱發生的可能性增加了 10 倍時，我們就知道我們需要將適應工作重點放在這方面。
2016 年哪一個極端事件與氣候變化的聯絡最明確？
正在進行的北極熱浪。由於氣候變化，它發生的可能性增加了幾個數量級。