一次极端高温可能不是人类活动导致的，很多次呢？

朱秋雨

“不是魔法，也不是敌人的活动，使这个受损害的世界无法复生。是人们自己使自己受害。”

1962年，美国海洋生物学家蕾切尔·卡森在《寂静的春天》一书中如此写道。她在20世纪中叶发现人类滥用杀虫剂对生态环境的破坏，让原本充满生机的田野、树林和沼泽只剩一片寂静覆盖。

书籍出版后，卡森遭遇了大量政治家、化工企业主的攻击。书中提出对人类活动震耳欲聋的批判，让现实世界中反抗、质疑她的声音同样振聋发聩。

如何证明人类活动对生态环境、地球变暖造成实际影响？这一关键命题，时刻考问提倡环保节能的政府、科学家与公民。与《寂静的春天》的作者卡森面临的处境相似，即使是面对如今深入人心的“全球变暖”，人类依然无法就自己的行为后果达成共识。

越来越暖的地球、愈加极端的天气，是由我们人类自己造成的吗？气象学家近50年都在证明这一议题。

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室主任王春在，长期研究海洋和气候对极端天气事件的影响。他在近年研究了2021年美国西部和加拿大超级热浪事件的原因，发现了自然变率与人为因素对极端天气的作用。

围绕人类活动在气候议题的角色，南风窗记者与王春在教授聊了聊。他分享了研究极端天气的科学方法，以及他的发现—北极海冰和北极圈随着全球变暖加速变化，并影响北半球的极端天气。

自从工业革命以来，人类开始大量燃烧化石燃料。排放温室气体的速度，是人类历史乃至地球历史上前所未有的。

我们的对话是从2022年席卷北半球的高温热浪开始，探讨的核心却是“地球将向何处去”。王春在说，迅速变暖的地球是史无前例的，人类无法从历史的经验获得指导。但不可阻挡地，气候强烈变暖已经成为全人类面临的最严峻、最现实的环境挑战。

全球变冷会来吗？

南风窗：2022年，中国的长江流域遭遇极端高温，但我国很多地区出现了大雨、干旱等极端天气。科学研究指出，全球变暖不仅增加极端高温的频率，同时会增加其他极端天气发生的可能性。这是为什么？

王春在：全球变暖的情况下，热浪应当更容易发生，持续更长的时间。同时，全球变暖能提高大气饱和水汽压，即温度越高，大气中能持有的水汽越高。另一方面，全球变暖会改变全球一些区域的大气环流和水汽蒸发，为降水提供更丰沛的大气水汽来源。两方面协同作用，增加了潮湿地区发生极端降水的概率。

全球大气是紧密联系在一起的，一个地区降水的增多，会引起邻近地区降水的减少，类似“跷跷板”。因此，干旱地区可能会变得更干燥。

南风窗：回溯地球的历史，也有很多时刻气候骤然升高。过去是自然因素、太阳活动等为主因。在你看来，人为因素什么时候对全球变暖产生影响的？为什么是这个时候？

王春在：如你所说，地球气候系统不是一成不变的。早在人类文明甚至人类物种形成以前，地球温度发生过多次的剧烈波动，并因此推进地球的生态系统演变。但值得注意的是，过去的气候变化是自然调节的结果，生态系统的生物一直扮演适应者的角色，基本不能对气候系统造成量级的改变。

然而，自从工业革命以來，人类开始大量燃烧化石燃料。排放温室气体的速度，是人类历史乃至地球历史上前所未有的。其中，二氧化碳的浓度在过去的一百多年里近乎翻倍，并且达到了近几百万年来的高峰，显然已经突破了自然系统的演变。而这一时期，全球温度上升速度之快，也显然不是单由自然变率造成的。

简而言之，自工业革命时期，人类活动开始对全球变暖产生影响。化石燃料燃烧带来的历史性温室气体增加，是根本原因。

南风窗：关于人类活动导致全球变暖，成为影响极端天气形成的要素之一，过去一直伴随争议和怀疑。什么时候世界各国有了共识？为什么科学界多方对此的观点迥异？

王春在：早在1979年举办的日内瓦第一次世界气候大会上，科学家们就提出，二氧化碳浓度的增加会导致地球升温。但由于缺乏研究数据，科学界并未达成共识。但是，自从1990年以来，随着联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告的发布，“全球变暖”的观点受到了政府和科学界的广泛关注。“人类活动导致全球变暖”的观点逐渐成为了科学界的共识。

2001年发布的IPCC第三次评估报告，里面指出，全球变暖“可能”是由人类活动排放温室气体造成。2007年的IPCC第四次评估报告认为“很可能”。2013年的IPCC第五次评估报告认为“极有可能”。而2021年发布的第六次评估报告明确指出，全球变暖“的确”是由人类活动导致。

然而，一些古气候学家并不认同全球变暖的观点。从古气候学角度来看，过去80万年以来，地球一直处于“冰期—间冰期”的旋回中，平均每个旋回持续时间为10万年。在每个旋回中，“冰期”持续时间较长，“间冰期”持续时间较短。在“间冰期”时，大气二氧化碳浓度高，全球地表温度也较高。我们目前处在“间冰期”，已经持续了一万多年。

因此，有些古气候学家认为，本次间冰期可能即将结束，地球即将进入下一个“冰期”。而目前的温室气体排放已经超过了过去80万年来4个冰期—间冰期旋回的振幅，这可能导致地球气候系统逼近气候状态快速跳跃的临界值，进入下一个冰期。因此，古气候学家认为，未来可能会出现“全球变冷”。

人类活动是极端高温频发的大背景

南风窗：如今频发的极端高温天气，是气象学家可以预料得到的吗？

王春在：已经有许多大气或海洋方向的研究者，从不同角度对极端高温的变化规律和影响机制做出研究。从长期来看，全球范围内不同区域的夏季极端高温事件的发生频率在不断增多，强度也在不断加强。而许多研究都发现，温室气体排放主导的人类活动，对夏季极端高温事件的增多增强，起到了重要的作用。

根据IPCC第六次评估报告，人类活动已经导致全球大部分区域夏季的平均气温显著升高，并进一步导致极端高温事件显著增多增强。1850—1900年间50年一遇的极端高温事件，现在平均每50年内会发生4.8次。而当未来全球平均温度高4℃时，这种事件将平均每50年内发生39.2次。

南风窗：气候具有随机性，还在一个复杂系统中运行。科学家表示“人类活动加剧极端高温概率”时，如何论证呢？基本原理和思路是什么？

模拟极端天气事件时，往往存在更大的不确定性。这导致很难准确量化温室气体或人类活动对某次极端热浪事件的影响。

王春在：研究气候变化对极端天气事件概率和强度的影响有两种思路。一是对已有观测进行分析，基于历史的资料提取统计规律，并基于物理规律给出合理的解释和未来的预测。

然而，地球科学与物理化学生物等学科有个较大的差异—我们无法对地球本身进行真正的实验。科学家只能基于已知的物理规律给出数学方程，并逐步建立起模拟气候乃至地球系统的数值模式。

得益于计算机的高速发展，采用超级计算机计算模拟气候变得可行。所以，第二个途径是利用数值模式修改温室气体等外强迫条件，开展模拟的数值模式试验，进而论证气候变化的影响。

目前，地球的平均气温相较于工业革命前（1850—1900年平均）已经升高1.1℃。模式模拟的自然外强迫（包括太阳活动和火山活动）造成的气温变化较为平稳，不会超过0.3℃。而只有模式模拟包括人类活动+自然变率时，才能实现模拟与观测的气温变化吻合。这表明，现在的全球变暖主要归因于人类活动造成的温室气体排放。

南风窗：为什么气象学家一般很难说，“温室气体或者人类活动导致某一次极端热浪事件”，而是表述成，“人类活动加大了极端气候事件的概率”？

王春在：学术界一般通过数值模式，模拟温室气体或者人类活动对气候变化的影响。然而在实际应用中，数值模式模拟平均态相对准确，而在模拟极端天气事件时，往往存在更大的不确定性。这导致很难准确量化温室气体或人类活动对某次极端热浪事件的影响。

需要明确的是，大气环流是造成某一次具体的极端热浪事件的直接原因，温室气体或者人类活动只是热浪事件频发的气候大背景。

北极加热，海洋更暖

南风窗：你的团队最近几年，在研究世界各地极端高温事件时有什么新发现吗？

王春在：我们研究各地极端高温事件的新成果有：一是，发现大气环流异常引起的“热穹顶”效应对2021年6月底北美超级热浪事件的形成与发展过程，起到极其重要的作用。

二是，发现和定义了北半球夏季七种主要的大气环流型，揭示了这七种大气环流型对夏季北半球表面气温异常空间分布的影响。

我们还发现了，人类活动主导的外强迫变化，导致了北半球夏季长度的普遍增加。温度每升高1℃，可以导致夏季延长约15天。随着未来全球变暖的持续，夏季长度在本世纪末将达到2014年的1.5倍水平。

南风窗：你在对2021年北美极端高温的研究中，有一个发现是大气环流异常与北极涡旋有关，而后者又与北极海冰的损失以及北极圈的变化有关。近年，人类位于北极的观测站屡屡录得高温。例如，2020年6月20日，俄罗斯小镇维尔霍扬斯克的温度达38度，创下纪录。北极圈发生了什么变化？这些变化如何影响极端天气？

近年，由于北极放大效应，北极与低纬度的温差越来越小，北极极涡变得更不稳定。这一变化会通过影响副热带西风急流，引起北半球的极端气候事件。

王春在：全球变暖导致北冰洋海冰快速消失，创造了一大片吸收太阳能量的无冰海面。这种额外的能量输入以及相应的水分和热量向北极大气的流入，正帮助推动当地对全球变暖产生强烈的正反馈，即北极放大效应。于是，北极的表面温度以两倍于较低纬度地区的速度升高。

北极极涡受到地球高低纬度之间温度差的影响。南北温度差，会导致在中纬度副热带形成强的高空西风急流。这其中蕴含一个规律：北极与低纬度之間的温差越大，西风急流越强，北极涡旋就越稳定，反之亦然。近年，由于北极放大效应，北极与低纬度的温差越来越小，北极极涡变得更不稳定。这一变化会通过影响副热带西风急流，引起北半球的极端气候事件。

除了极端高温事件外，北极极涡的变化也可以引起极端寒潮。比如，2020年下半年至2021年上半年的那个冬天，西风急流由稳定型变为波动型。北极极涡南移，冷空气大幅南下，引发三次席卷中国的寒潮事件。

南风窗：研究极端气候事件，你觉得最难的部分在哪里？

王春在：最难的部分在于提出和验证事件发生原因的假设。极端事件与影响因子间的相关，不代表因果。一个事件与极端事件同时出现或者有关，不代表它是极端事件的成因。

除此之外，研究极端气候事件的个例较少，适用于一般异常事件的物理规律和机制，可能并不适用于极端气候事件。而且，影响极端气候事件的因素有很多，时间尺度也不同，需要在不同时间尺度上研究不同因素对极端气候事件的影响。

南风窗：研究极端天气多年，你自己目前好奇什么？

王春在：我一直最感兴趣的还是海洋对气候和极端天气事件的影响。近年我主要推动和从事三大洋（太平洋、大西洋、印度洋）相互作用机制，以及它们对气候和极端天气事件的影响。

海洋在气候变化和全球变暖中发挥着极其重要的作用，但是热带三大洋并不是单独存在的，而是通过大气和海洋过程紧密联系在一起的。那么，在气候变化的背景下，三个大洋之间的相互作用会发生什么变化，又如何调控全球气候的变化，这是我比较好奇的一点。

南风窗：2.5亿年前（二叠纪、三叠纪之交）的一次生物大灭绝中，海洋温度的骤升导致绝大多数生物大灭绝。温室气体会导致海洋的变暖吗？

王春在：海水的比热容比大气大，因此海水温度的波动往往比气温要小得多。而且，海水在气候增暖的过程中起到了很大的储能作用，减缓气温的上升。

然而，尽管海水的比热容较大，其储存的能量不会凭空消失，因此在1998—2012年全球变暖短暂停滞的时期，海温却一直没有停止升高的趋势。换句话说，海温其实能更好表征全球变暖信号的指标。

历史不是向导，唯有携手应对

南风窗：气候学家根据不同的大气和海洋模式，模拟的、预测的气候结果也有较大差别。你会比较推崇哪些科学家？在目前研究人类活动与极端高温时，比较前沿的方向是什么？

王春在：2021年诺贝尔物理学奖首次被授予气候学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann），以表彰他们在地球气候的物理模拟和气候变化科学领域的贡献。真锅淑郎与其合作者，首次可靠地预测了二氧化碳浓度加倍导致的全球变暖，并研发了世界上第一个考虑了三维大气环流的气候模式，这在气候变化研究中发挥了无可替代的作用。克劳斯·哈塞尔曼则奠定了开展气候变化检测归因研究的理论基础，为现在科学研究中定量估算人类活動在气候变化中的贡献，提供了有效的工具。

近现代一两百年期间，全球气温在波动中强烈上升，并且已被科学家证实与人类活动排放的温室气体直接相关。

除了极端高温之外，现在的科学家们也在关注复合型极端事件的危害，以及人类活动对复合型极端事件的影响。IPCC第六次评估报告就扩展了复合型极端事件的定义，首次全面系统地评估了热浪和干旱复合事件、与野火有关的复合天气事件（炎热、干燥、大风的组合）等的归因以及未来变化。目前的研究，从单一极端事件扩展到影响力更强的复合极端事件。

南风窗：在地球历史上，有哪次极端高温和最近几年比较相似吗？我们是否能通过历史或者古人的做法，给未来一些启发？

王春在：从地球地质和历史气温变化的角度（一万年到几十亿年），地球表面的气温变化始终是冰期和间冰期交替，即冷暖交替的。在地质时期，距今5550万年前古新世—始新世极热事件，就是发生在海洋的大量碳排放到大气的背景下。这一过程持续了2万年到5万年，导致全球平均温度上升了5℃到8℃。

类似的极热事件，在地质时期也发生过几次。最近的一次，是距今约13万年的历史时期—末次间冰期。科学家基于大量冰芯、珊瑚等可靠代用资料发现，当时的气温与我们目前所处的“全新世”间冰期气温是相似的，并可能略高于近现代时期的气温。

地球的变暖事件，影响是非常深远的。古新世—始新世极热事件发生的时期，海洋中生物大规模灭绝。末次间冰期变暖，后来被科学家证实，导致了南极洲冰层持续大量融化，海表面上升。

具体到极端高温事件来说，很难从地球地质时期代用资料获得，只能从史料记录和近现代观测中获得。总的来说，极端高温的负面影响广泛，包括全球生态、农业、环境、人类健康等诸多方面。

近现代一两百年期间，全球气温在波动中强烈上升，并且已被科学家证实与人类活动排放的温室气体直接相关。因此，我们无法从人类历史和古人的做法中获得更多有效指导。目前，气候强烈变暖已经成为全人类面临的最严峻、最现实的挑战，需要全人类通力合作、携手应对，保证人类的可持续发展。

（王春在研究团队成员：王春在、郑佳喻、孙秀宝、范汉杰、林蔚、王雨晴）