本文摘选自 《如何改变人们对气候变化的看法》 ，作者 Seth B. Darling 和 Douglas L. Sisterson。经The Experiment授权转载，可在各大书店购买。
尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔是19世纪末出生的一位杰出的丹麦物理学家（1922年获得诺贝尔奖）。他在原子结构和量子力学领域做出了不朽的贡献，但我们感兴趣的是他的一些其他贡献。你知道，尼尔斯有点像科学界的尤吉·贝拉：他达到了职业生涯的顶峰，但许多人认识他不仅因为他的职业成就，还因为他那些精彩的名言。其中最令人愉悦的一句是：“预测非常困难，尤其是关于未来。”（实际上，关于这句话究竟是谁先说的，存在争议，但我们是尼尔斯·玻尔的忠实粉丝，所以我们把功劳归给他。）有些事情我们可以几乎百分之百确定地预测。比如，明天太阳会从东方升起，或者芝加哥小熊队本赛季不会赢得世界大赛。当然，很多事情的不确定性很大。特别是，非常复杂的事物很难高度确定地预测，所以我们的怀疑论者对气候学家预测地球气候会发生什么的可能性持怀疑态度……正如玻尔所说，尤其是对未来而言。
这种怀疑论的一个常见说法是：“即使有最先进的计算机模型，科学家也无法准确预测两周后的天气，那么他们怎么能告诉我们二十年后的情况呢？”这里有一个经典的“气候怀疑论者”的误区。这个误区混淆了天气和气候。天气是你每天遇到的情况，它会受到各种因素的影响而发生很大变化。从科学意义上讲，它是混沌的。混沌理论研究高度依赖初始条件的动力系统的行为，人们将其应用于从数据加密系统到试图预测癫痫发作的模型等各种领域。正是因为对初始条件的极端敏感性，天气预测才如此具有挑战性。即使是初始条件的微小变化也会对事物发展产生巨大影响，这就是所谓的“蝴蝶效应”。（雷·布拉德伯里1952年一篇精彩的科幻短篇小说《雷声隆隆》就是基于这种效应。）
气候与天气不同。气候是指长时间——几年甚至几十年——的平均天气。把它想象成赌场里的老虎机。预测天气就像试图预测你下次拉动操纵杆是否会赢，尽管有些人认为他们可以做到这一点，但实际上并不常成功。另一方面，预测气候就像预测拉动数千次操纵杆后是输钱还是赢钱的平均结果。正如赌场账本会告诉你的那样，你很可能会输。回到天气和气候：考虑一下，一天到另一天，温度变化了，比如说，五摄氏度（九华氏度）。你可能都不会注意到这种变化。如果气候变化了同样的五摄氏度，那将是完全不同的故事，因为气候变化意味着全球平均温度发生了变化。我们不再讨论短暂的、局部的波动。
如果地球的平均温度比现在低五摄氏度，会是什么样子？我们将进入冰川期。海平面可能比现在低100米（超过320英尺）。（上一次发生这种情况时，海平面下降帮助人类从亚洲迁徙到北美，因为现在位于阿拉斯加白令海峡下的陆地出现了，提供了一条陆桥。）像芝加哥、伦敦和曼哈顿这样的地方将被冰雪覆盖。一些现在是沙漠的地方，比如美国西南部或阿富汗，会更湿润，而其他沙漠会扩张。总而言之，我们的星球将是一个非常不同的地方。那么，如果向另一个方向（变暖）变化五摄氏度呢？两极的冰可能会完全消失，海平面将比现在高出约20米（超过65英尺）。海洋中的氧气水平将急剧下降，扼杀海洋中许多高等生命。海洋甲烷喷发，加上闪电等点火源，可能会释放出难以想象的破坏。热带和亚热带将变得几乎无法居住。超级飓风将给那些幸存下来的人带来巨大的灾难。基本上，你会看到接近圣经中的末日景象。
显然，五摄氏度对气候来说是一件非常严重的事情（顺便说一句，我们把情况说清楚：如果我们作为一个社会不改变我们的行为，本世纪变暖五摄氏度是有可能发生的）。天气和气候确实是截然不同的东西。那么，真正的问题不是科学家能否模拟和预测天气，而是他们能否模拟和预测气候。怀疑论者告诉你，气候模型充满了修饰性数据以适应我们目前的气候，这就是为什么它们与今天的观测结果一致，但这些临时的插入数据不太可能适用于模拟大气化学成分不同的未来气候。他想表达的观点是，气候模型对未来全球灾难的严峻预测有些夸大其词。这就引出了另一个问题：如何测试一个预测未来数十年趋势的模型是否准确？
重要的是要记住，我们讨论的是气候，而不是天气。目标不是预测2023年3月5日德里的气温，或者下一次飓风袭击新奥尔良的确切时间。相反，我们想预测未来几十年的气候趋势。与模拟天气一样，这也不是一项容易的任务。气候模型必须考虑陆地表面、冰、海洋、太阳和大气之间的相互作用，以及其他因素。值得注意的是，尽管气候模型非常复杂，但它们做得相当出色，正如我们将要解释的那样，而且它们一直在不断改进。
有两种基本方法可以测试气候模型的准确性。你可以等待未来发生什么，然后将其与模型的预测进行比较，或者，如果你没有多年的等待的奢侈，你可以做所谓的“回溯测试”。这个过程包括选择过去某个时间点作为起点，将（已知的）气候条件输入模型，然后让它运行。如果模型预测的趋势与从那个起点开始的实际发生情况相符，你就可以有相当高的信心认为它也能很好地预测今天之后的几年会发生什么。气候模型研究人员通常会在使用模型预测未来气候趋势之前，先用回溯测试来测试他们的模型，而好的模型通常都能通过这项测试。当然，模型设计者设计模型是为了匹配观测数据（有点像提前知道小测验的题目），但尽管如此，如果它们未能捕捉到历史变化，你就不会对它们的预测能力有多少信心。
事实上，类似这样的回溯测试表明，如果你不考虑人类的二氧化碳排放及其相关的温室效应，就无法正确模拟近期的气候变化。
除了相对近期的变暖期之前，其他自然因素足以解释温度变化，但没有人为影响的模型未能重现自上世纪中叶以来的变暖。这是全球变暖在很大程度上是由人类活动造成的证据中最有力的证据之一。
然而，有一些模型已经存在了足够长的时间，我们可以检查它们的未来预测情况。其中一个模型是由NASA和MIT的科学家团队于1988年推出的，由詹姆斯·汉森领导。汉森模型预测了全球气温上升的趋势，非常准确地跟踪了该模型发布以来的几十年里实际发生的趋势。向汉森及其团队致敬，他们在我们大多数人还没有听说过全球变暖之前就开始研究这个问题。（例如，当时的美国参议员兼民主党总统候选人阿尔·戈尔，确实在宣传环境问题，比如南极上空日益扩大的臭氧洞，但他还没有成为气候变化最著名的活动家之一。）
事实证明，大自然在1991年6月15日提供了一个绝佳的机会来测试汉森模型和其他气候模型。位于菲律宾的皮纳图博火山在那天发生了大规模喷发——这是20世纪最大的喷发之一。这次事件向大气中释放了约2000万吨二氧化硫。平流层中形成的硫酸盐气溶胶对全球气温产生了巨大的影响——约0.5摄氏度（0.9华氏度）的降温——持续了大约三年。气候模型在预测皮纳图博火山喷发的影响方面表现如何？惊人地好。它们不仅正确预测了气温下降，还预测了与水蒸气和辐射效应相关的反馈，这些预测在数量上与实际发生的情况相符。
气候建模可能很困难，但这些人做得很好。怀疑论者可能不相信他们的模型，但正如尼尔斯·玻尔曾被一位来访者问及是否真的相信他门上方的马蹄形装饰会给他带来好运时所回答的那样：“当然不……但我听说即使你不相信它，它也能起作用。”
可能部分原因是气候变化的预测后果非常可怕，怀疑论者似乎乐于接受他们的说法，即气候模型夸大了我们温室气体排放的威胁。如果这是真的，那该多好啊。让我们看看一些模型预测，看看它们是如何实现的。
IPCC（政府间气候变化专门委员会）的第一份评估报告于1990年发布。该报告的一个重要预测涉及海平面上升。正如我们在第三章和第八章中所讨论的，海洋变暖以及冰盖和冰川的融化导致海平面逐渐升高。在1990年，IPCC引用了各种气候模型，预测海平面可能上升的范围，其中最可能的值是每年1.9毫米。如今，研究人员拥有来自潮位计和卫星观测的宝贵数据，这些数据不仅彼此之间非常一致，而且显示了从20世纪90年代初至今的海平面上升趋势。这些数据显示了上升的速度如何？IPCC是否夸大了潜在影响？结果表明，该时期海平面上升的实际速率为每年3.4毫米。有趣的是，这个值与IPCC 1990年报告中的最坏情况场景相符。换句话说，IPCC根本没有夸大情况。恰恰相反。似乎IPCC低估了变化的规模。
冰川融化是气候变化的另一个主要指标，因此气候模型预测了像北极海冰融化这样的速度。当你将实际观测到的融化情况与IPCC报告的模型预测进行比较时，你会发现一个令人担忧的结果。与海平面上升的预测一样，IPCC模型产生了各种可能的冰川融化速率。然而，海冰并不阅读IPCC的报告。实际的融化速度比IPCC模型预测的平均速度快了整整40%。事实上，实际的融化速度比模型中最坏的情况还要快。坏消息是，模型未能定量地捕捉到一些重要的影响。
更糟糕的消息是，情况比我们最坏的预期还要糟糕。IPCC还低估了二氧化碳排放的增长速度，甚至低估了气候科学家对人类活动是气候变化主要驱动因素的信心程度。好消息是什么？也许这种事情会让怀疑论者停止说IPCC在夸大问题。模型并非在所有事情上都正确，但它们出错时，几乎总是朝着低估问题规模和速度的方向。（一个罕见的例外可能是过去十年左右的地表气温趋势，其上升速度比大多数模型预测的要慢。气候科学家们正在开始理解这个错误的原因，但这提醒我们，气候模型在短期内并不一定准确。）
我们已经指出了气候模型在哪些方面做得对，以及在哪些方面做得错，而这些错误恰恰与怀疑论者所声称的相反。有些事情气候模型做得非常好，但也有一些事情给它们带来了可能是无法克服的挑战。
为了使气候模型更有用，气候学家们努力提高了它们的空间分辨率；也就是说，提供关于气候如何在更区域尺度上变化的预测。这一点很重要，因为虽然全球范围都在变暖，但局部变化在不同地区会有很大差异。问题是，模型的空间分辨率越高，预测的不确定性就越大。特定区域的降水量和降水时间等因素变化很大。基本上，模型开始接近天气预报的范畴，而我们已经解释过，这比长期全球气候预测要困难得多。
以湄公河流域为例，这是东南亚的一个区域系统，在区域农业和贸易中发挥着核心作用。一个领先的气候模型预测，该流域的月均径流量可能会下降16%……或者可能会增加55%。这有什么用？政策制定者或稻农应该如何处理这些信息？其思想是将这些区域气候模型的结果输入所谓的“影响模型”，这些模型预测人类生活的质量将如何因当地气候的变化而改变。不仅输入信息不确定，而且试图模拟特定文化对这些环境变化的适应能力也是一项艰巨的任务。这种建模实际上根本不是气候科学。社会经济学可能比气候更复杂。
社会经济复杂性进入气候建模的另一种方式，是通过对我们未来气候变化起最大作用的一个因素——我们自己的温室气体和气溶胶排放。正如我们已经说过的，IPCC严重低估了二氧化碳排放量的增长。气候建模的这一方面实际上是经济建模。研究人员必须能够预测我们未来几十年将如何使用化石燃料。如何模拟社会转向替代能源的速度？甚至在这段时间尺度上全球经济的健康状况，这直接影响着排放量。如果最近的经济大衰退教会了我们什么，那就是经济预测是一项危险的任务。气候模型会随着时间的推移而不断改进，但这并不意味着其预测的不确定性会降低，因为人类行为是无法确定地预测的。
气候模型面临挑战的另一个关键领域是捕捉“临界点”效应。这些是可能发生闪电般迅速的变化，例如备受关注的格陵兰冰盖融化，如果它完全且迅速地融化，海平面将上升到令人恐惧的高度。问题是，气候模型被设计成稳定的。你不会希望你的模拟程序失控（即，除非失控是实际会发生的！）。这些快速变化并未得到充分理解，因此并未很好地整合到模型中。当通过回溯测试将气候模型与过去的气候突变进行比较时，它们通常在重现这些灾难性事件方面做得不好。这意味着气候模型通常会得到正确答案，问题在于时机。模型可以非常确定地告诉我们特定的全球变暖水平将会发生……它们只是不能以同样高的确定性告诉我们何时会达到这些水平。
好了，我们现在对气候模型能做什么和不能做什么有了一定的认识。接下来怎么办？政策制定者——以及我们其余的人——应该怎么做？怀疑论者希望我们等到科学家们证明是我们的活动导致了气候变化。然后他说：“我们需要等到模型研究人员能确切地告诉我们什么会发生以及何时发生。”我们等不了，因为模型永远不会做到这一点，而我们还在等待，同时灾难性的后果开始摧毁我们的社会。现在有足够的确定性来采取行动。我们作为一个物种给自己带来了可怕的麻烦，但我们可以采取措施来防止最坏的后果发生。这需要公众的支持和政府的行动，而怀疑论者正竭尽全力阻碍这两者。
我们物种陷入的困境的严重性如此之 grim，以至于有时我们对嘲笑怀疑论者中最厚颜无耻和最荒谬的说法感到内疚。在这样的时刻，我们回到老朋友尼尔斯·玻尔那里寻求慰藉。他曾明智地宣称：“有些主题非常严肃，以至于只能拿来开玩笑。”
Seth B. Darling 是阿贡国家实验室的科学家，专门研究能源和水。Douglas L. Sisterson 是阿贡国家实验室的高级经理。
