研究将野生天气和气候变化联系起来

这篇文章最初是在网上发表的耶鲁环境360.

澳大利亚东南部刚刚迎来了有记录以来最热的夏天：一些地区的气温连续50多天达到35摄氏度（95华氏度）。和气候变化，研究人员与世界天气归因项目已经能够说，很可能是罪魁祸首。像2016/17年澳大利亚夏季那样的平均温度现在比全球变暖开始前高出50倍。

这样的结果有助于让人们了解气候变化对现实世界的影响,例如热浪、干旱和极端降水。研究人员在提供这些信息方面做得越来越好，也越来越快。

天气原因的根源要追溯到2004年，当时英国气象局的彼得·斯托特(Peter Stott)及其同事发表了一篇论文第一大报纸将气候变化归咎于与天气有关的灾难：他们得出结论，2003年致命的欧洲热浪发生的可能性至少是人类造成的全球变暖的两倍。斯托特说：“成千上万本不该死的人都死了。”。“这确实凸显了相对富裕的国家，如英国、法国和瑞士的脆弱性。”

在斯托特2004年发表论文之前，研究人员一直在犹豫是否将任何一个天气事件归因于气候变化，因为天气如此混乱，每年都会自然地发生很大变化。在此后的十几年中，研究人员在解开空气中二氧化碳含量上升对任何特定天气事件的可能性或严重性的影响方面取得了巨大进展。当斯托特及其同事在2015年的一篇论文中再次审视2003年的热浪时，更好的模型和更温暖的世界使他们能够说，发生这种事件的几率不仅“增加了一倍多”，而且增加了十倍。

一位专家说，有时你观察到的温度如果没有气候变化几乎是不可能的。

这个美国气象学会公报自2012年以来，BAMS发布了一份年度报告，从气候角度解释了极端天气事件，这使得人们很容易看到归因研究的进展。该报告的第一版研究了六个事件，从异常温度到干旱最新2016版处理超过20个事件，从英国的极端冬季日照（气候变化的可能性增加了1.5倍）到阿拉斯加的极端野火季节（干涸的燃料条件被气候变化的可能性增加了34到60%）。科学家现在可以处理较小的天气事件，更好地分离厄尔尼诺等自然气候波动的影响，并开始处理更复杂的系统，如气旋。

这些分析的前沿是一些项目，旨在将恶劣天气归因于气候变化，因为极端事件实际上正在发生，而不是一年或十年后。世界天气归因（WWA）项目于2014年启动，由非盈利研究和新闻组织气候中心（Climate Central）提供支持，旨在实时得出结果，当灾难出现在新闻中时，救援组织正在关注，未来的援助资金可能更容易调动。到目前为止，他们已经处理了十几个事件，他们保持记录的分析记录只记录了五天。牛津大学的WWA科学家和气候模型学家Friederike Otto说：“关键是要为公众辩论提供科学依据。”“这些争论发生在直接的后果中。”

世界资源协会迄今为止最快的分析提供了一窥研究人员在归因科学中面临的挑战。那是2015年12月，大西洋风暴德斯蒙德(Desmond)登陆英国西北海岸。洪水和山体滑坡导致火车停驶，房屋被毁，数万人断电。与此同时，气候科学家们正坐在巴黎商讨巴黎气候协议的条款，该协议旨在将全球变暖控制在2摄氏度以内。世界能源协会希望强调气候变化的影响，以帮助巴黎气候谈判继续进行。12月5日雨下得最厉害;奥托和她的同事在10号前完成了他们的报告。“我们基本上通宵工作，”奥托说。

他们的第一项任务只是定义事件，这比看起来要复杂得多。奥托说：“是两周多来的降雨，还是一天内的降雨，还是这一地区的降雨，还是更上游的降雨？”。例如，在非洲，造成问题的往往不是干旱的严重程度，而是干旱期之间缺乏土壤恢复的时间。确切地说，你如何定义一个事件将影响结果以及将其归因于气候变化的容易程度（或可能性）。在德斯蒙德风暴的例子中，洪水基本上是一次24小时的洪水造成的。

科学家们可能会更坚定地询问是否有任何特定事件因气候变化而恶化。

下一个挑战是收集足够的数据。在一些地方，这根本不存在；例如，WWA为索马里最近的旱灾所分析的最佳数据集仅包括整个东非的20个雨量站，并辅之以卫星数据。其他时候，访问是一个问题。对于暴风德斯蒙德，W奥托说，佤邦不得不依靠苏格兰的一个开放式气象站，并在一个月后发布降雨数据之前用预报填补空白。

然后，当然，研究人员需要模型来告诉他们这种不寻常的事件是否变得越来越普遍。WWA在每个案例研究中使用了几种模型，因为每种模型都有其优缺点。其想法是对真实世界和没有气候变化的想象世界进行模拟，以比较这种极端事件发生的概率排气口，用于风暴德斯蒙德，WWA得出的结论是，由于气候变化，风险增加了5%到80%。“这起到了一定作用，但并不是游戏规则的改变者，”奥托总结道。WWA的其他研究——包括2017年澳大利亚热浪的研究2015年7月欧洲热浪和2016年温暖的北极条件-已经证明更具戏剧性和决定性。尽管如此，气候变化还是大大增加了可能性。

热浪是最容易归咎于气候变化的事件。这在一定程度上是因为一个地区达到的最高极端温度往往有一个明显的上限。

“有时你观察到的温度如果没有气候变化几乎是不可能的;以前这种可能性几乎为零，”世界气象协会荷兰气象研究所的科学家Geert Jan van Oldenborgh说。尽管研究人员仍在处理概率性陈述，对于这些事件，他们基本上可以说，“气候变化造成了它。”

这也有助于科学家理解气候变化如何导致气温升高的物理学原理。对于其他类型的事件，研究人员对物理效应的理解（如海冰融化的速度或云的工作方式）以及模型复制这些效应的能力都更差。根据2016年美国国家科学院（U.S.National Academies）的一份报告，随着排名的下降，归属变得越来越难：干旱和极端降雨、极端冰雪、热带气旋、野火和大风暴。

甚至热浪也会造成并发症。例如，在WWA对2016年印度热浪的研究中，他们发现平均气温出现了奇怪的上升，而最高气温没有上升。奥托猜测，这可能是因为空气污染反射了阳光，抵消了一些温室效应。“我们真的没有可靠的气溶胶气候模型，”她说。“所以我们无法验证这一点，我们只能推测。”

当然，并不是每项研究都能发现气候变化的影响。自2012年以来，大约35%的BAMS报告属于这一阵营。WWA已经处理了一些案件，比如2016年索马里旱灾，模型结果彼此之间的差异如此之大，以至于他们无法判断气候变化是否有影响。对于2014年巴西圣保罗旱灾，WWA发现气候变化可能没有影响，但增加的降雨和蒸发相互抵消。奥托说：“这对人们来说是非常有用的，因为这意味着决策者可以解决干旱的其他驱动因素，比如用水量的增加。

快速归因仍然存在争议。当WWA将其对德斯蒙德风暴的分析提交给一份公开评论杂志时，奥托说，“大约一半的评论人说这不可能是正确的，因为它太快了。但我们已经做了很多次了，抗议活动也变得更平静了。”

另一些人则采用归因方法。科罗拉多大学博尔德分校的政治学家Roger Pielke Jr更倾向于依赖我们迄今为止看到的极端事件的统计数据。“我总是倾向于对模拟结果进行极端的实际观察。”但从定义上讲，极端事件是罕见的，因此需要很长时间才能积累数据。在政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change）的2012年极端天气特别报告在美国，科学家们发现，与1950年相比，现在世界上一些地方的热天更多了，冷夜更少了，大雨也更多了。Pielke说:“热带气旋、洪水、干旱、龙卷风——都不是那么严重。”

凯文·特伦伯斯国家大气研究中心在科罗拉多州的博尔德，争论科学家们更坚定地询问，一旦发生，是否有任何特定事件发生更糟的而不是一开始就询问气候变化的可能性是否更大。

特伦伯斯解释说：“动力学真的很棘手。试图捕捉风暴物理之类的东西的研究非常令人担忧，以至于这些研究最终低估了气候变化的影响。特伦伯斯认为，将重点放在基本热力学上更简单、更具说服力：现在天气变暖，所以大气更湿润（气温每升高一摄氏度，空气中的水分含量会增加约7%）；缺水的空气会更快地使地面干燥，从而增加干旱和野火的风险；额外的水分会填满雨云，从而增加洪水的风险。

将干旱或洪水的可能性与气候变化联系起来，有助于让公众相信排放的影响是明显的。

例如，这些分析表明，由于温暖的海洋向云层中注入了更多的水分，2016年路易斯安那州洪水期间的降雨量比凉爽条件下的降雨量多25%。特伦伯斯认为，这是一条比WWA宣布气候变化使该事件发生的可能性增加40%更有用的信息，因为该事件发生的可能性从一开始就非常低。这就像说某些毒素会使你患脑癌的几率增加40%：这听起来很可怕，直到你意识到你患脑癌的几率已经从1%上升到1.4%。

奥托和其他人不同意特伦伯斯的观点;他们认为，可能性的统计数字是公众想听到的。斯托特同意这一观点:“如果你想弄清楚应该在除雪机上投资多少，你就需要知道下一次大雪带来的风险是多少。”斯托特为全球抗击雪灾协会提供了一些监督，但没有直接参与该协会的研究。

不管归因研究是如何进行的，科学家们已经达成了一个共识，那就是归因研究是可能的，也是有用的。斯托特说，将特定干旱或洪水的可能性与气候变化联系起来，有助于让公众相信人类二氧化碳排放的影响是切实的。

他说：“气候变化不仅仅是发生在遥远的未来，而是已经发生并产生重大影响的事情。”。

“我认为关于这一问题不再有太大的争议的想法斯托特补充道。但关于如何做到这一点，仍有“大量热烈的讨论”。