氣候模型可以預測全球變暖的程度，將自然災害直接歸因於氣候變化；氣候模型曾經招致強烈批評，今年卻贏得了諾貝爾物理學獎。供圖：NASA
就在30年前，氣候預測還備受懷疑；隨著時間推移，它們已成為我們瞭解全球變暖機制的主要視窗。
撰文：KIERAN MULVANEY
上個月，《時代》雜誌把其中兩位（世界天氣預報專案的Friederike Otto和Geert Jan van Oldenborg）列入2021年最具影響力的100人。兩週前，得州理工大學的Katharine Hayhoe做客哥倫比亞廣播公司很受歡迎的脫口秀節目《吉米·坎摩爾直播秀》（Jimmy Kimmel Live!）。本週二，也就是10月5日，氣候模型建模師先驅Syukuro Manabe、Klaus Hasselman與理論物理學家Giorgio Parisi一起，分享諾貝爾物理學獎。“我們對氣候的認識建立在堅實的科學基礎之上，建立在對觀測結果嚴謹的分析之上，”諾貝爾物理學獎委員會主席Thors Hans Hansson說。
氣候模型建模師是地球科學或行星科學領域的專家，在應用物理學、數學和計算機科學方面經驗豐富；他們利用物理和化學知識建立方程式，並輸入超級計算機，利用它們模擬地球或其他行星的氣候情況。氣候變化否認者一直把模型視為氣候科學的軟肋。由於具有預測性，它們被認為本質上是無法驗證的，而且錯誤的輸入會導致結果不可靠。
諾貝爾物理學獎得主：Syukuro Manabe、Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi
繪製：NIKLAS ELMEHED, NOBEL PRIZE OUTREACH
發表於1990年《國家地理》的一篇文章這樣寫道：“批評人士說，建模還處於起步階段，甚至無法重現當前氣候的細節。建模師同意這一點，並指出每一次改進模型，預測結果必然會有所變化。”
然而，最近幾十年的分析顯示，即使是最早的模型，對全球氣溫上升的預測也非常準確。現在，隨著計算機能力的提升、建模輸入的改進越來越多，建模師在維護這份工作時也愈發自信。因此，《氣候學與偽科學：揭露全球變暖懷疑論者的錯誤預測》（Climatology versus Pseudoscience: Exposing the Failed Predictions of Global Warming Skeptics）一書的作者Dana Nuccitelli說：“關於全盤否認氣候科學，這絕對是一種轉變；因為事實證明，這些預測非常精確，人們越來越難否認氣候科學。”
1990年的那篇文章引用了現代氣候模型之父Manabe的話，在一些早期模型中，“出現了各種瘋狂的情形……比如，海冰覆蓋了熱帶海洋”。但在1970年那篇具有開創性的論文中，Manabe認為，1970年至2000年期間，全球氣溫將上升0.57度；這篇論文首次對未來氣候變暖做出了明確預測。實際記錄的升溫幅度為0.54度，非常接近。
2019年，加州大學伯克利分校的Zeke Hausfather，麻省理工學院的Henri Drake和Tristan Abbott，NASA戈達德空間科學研究所的Gavin Schmidt分析了20世紀70年代的17個模型，發現有14個準確預測了全球氣溫與溫室氣體增加之間的關係。（另外三個，有兩個的估算過高，一個過低。）這是因為基礎物理學一直很可靠，美國民間公民氣候組織（Citizens’ Climate Lobby）的研究協調員Dana Nuccitelli說。
“幾十年來，我們已經掌握了基礎科學：把一定量的二氧化碳排放到大氣中，會導致一定程度的升溫，”他說：“20世紀70年的這些預測非常準確，但他們使用的是很簡單的氣候模型，部分原因在於我們對氣候系統的理解水平有限，以及當時的計算限制。很顯然，氣候模型已經有了長足的發展。”
更多變化因素
在氣候模型領域，“這麼多年從未變過的是整體評估：隨著二氧化碳增加，全世界都在升溫，”Hayhoe說：“改變是我們在越來越小的時空尺度上的認知，我們對氣候系統反饋的認知，比如北極究竟有多敏感。”Hayhoe是自然保護協會的首席科學家，也是《自我拯救：在分裂的世界中，一位氣候科學家追尋希望與治癒的故事》（Saving Us: A Climate Scientist’s Case for Hope and Healing in a Divided World）一書的作者。
她說，隨著認知增加，她所謂的“當今氣候科學前沿”也會有所發展，即個別事件歸因；Otto和van Oldenberg因此得到了《時代》雜誌的認可。這是科學家首次在氣候變化和特定天氣事件之間建立起緊密聯絡，比如美國西部的熱浪，颶風哈維帶來的降水量。
“沒有模型，我們無法做到這一點，”Hayhoe說：“因為我們需要模型來模擬一個沒有人的世界。我們必須把無人的地球與有人並且進行碳排放的地球相對比。當我們把這兩個地球放在一起比較時，就能看出人類導致的氣候變化如何改變特定事件的時長、強度，甚至它帶來的破壞。”
在Hayhoe的案例中，建模還涉及到“瀏覽幾千行程式碼，這項工作強度很大，所以我經常在晚上做這件事；這個時候，人們不會發郵件，燈也關了，我可以在一個黑暗的房間裡，注意力都在眼前的螢幕上。時光飛逝，等我回過神發現已經是凌晨四點半。”
她說，大部分工作需要找出模型中的錯誤之處，從而確保它們能反映現實情況。“如果不能完全匹配，我們就要更努力地尋找，因為存在我們不太理解的東西。”
雖然這些差異是模型的缺陷，但它們有時也反映了觀測中的錯誤。例如，2005年一系列研究發現，顯示低層大氣或對流層沒有變暖的衛星資料，以及用來質疑全球變暖模型的衛星資料，本身存在缺陷。有氣象氣球資料作為支撐的模型始終是正確的。
賓夕法尼亞州立大學大氣科學特聘教授、新書《新氣候戰爭》的作者Michael Mann說，具有諷刺意味的是，“因為我們的預測，氣候科學家被斥責為杞人憂天，但事實上，這些預測被證明過於保守，真實的影響比我們預測的更大。”
他說，驅動大西洋洋流的系統明顯即將崩潰，這就是一例。“我們預測會發生這種情況，但它不僅正在發生，而且比我們預測的時間更早。”他指出，幾十年前，Manabe是最早提出這種可能性科學家之一。“在氣候科學領域，氣候模型建模師遇到的最糟糕的情況是：親眼看見最壞的預測成為現實。”
建模師會承認科學並不完美；即便是現在，不確定因素依然存在，而且不止一種。
“我們是否把所有物理過程都納入了模型？把它們放在這裡，是正確的嗎？”Hayhoe問道：“還有第二個不確定因素，即引數不確定性。”除此之外，“一些過程的發生範圍非常小，比如雲粒子之間，這種無法直接測量，必須藉助推斷。很顯然，這些都增加了不確定性。”然而，最大的不確定性不在於物理，而是我們自己的集體行為，以及全球溫室氣體的上升幅度。
“如果我們不知道碳排放產生的所有影響，不知道全球升溫不僅僅是一個奇怪的現象，還會影響我們的食物、水、健康和家園，那麼我們就不會採取行動，”Hayhoe說。
“這就是為什麼我要做這些事情，為什麼模型很重要，因為它們展現了正在發生的事情，我們需要對此負責，以及未來將會發生的事情。我希望有朝一日，我們可以利用氣候模型，輕鬆瞭解這顆神奇的星球，但現在，這些模型在告訴我們，‘是時候採取行動了！’如果我們不予理睬，後果將會非常嚴重。”
（譯者：Sky4）
