

气候模型已经取得了长足的进步。最早估计二氧化碳增加对地球表面温度影响的尝试,可以追溯到19世纪90年代。20世纪60年代和70年代,随着越来越多的预测出现,当时许多科学家还认为地球实际上正在变冷。
但当大气科学家估算二氧化碳和其他温室气体增加的影响时,他们发现了另一个故事:随着我们继续燃烧化石燃料,世界将变暖。1967年,Syukuro Manabe和Richard T. Wetherald发表了他们的论文《具有给定相对湿度分布的大气热平衡》,发现二氧化碳翻倍可能导致温度升高2.4ºC。该论文被引用超过1700次,被认为是预测全球变暖的第一个重要研究。
这些模型比今天的模型要简单得多,忽略了海洋、冰层和大气化学与不断增加的排放量相互作用的许多细微之处。一些气候否认者为了制造疑虑,声称这些早期模型未能与现实相符,因为它们预测的温度高于我们实际经历的。
但一项对这些旧模型的新分析发现,情况恰恰相反——尽管这些模型相对简单,但它们实际上在预测世界变暖方面做得非常出色。“我和我的几位合著者厌倦了看到怀疑论者——在博客、国会证词以及类似的地方——声称气候模型总是过高估计变暖,”加州大学伯克利分校能源系统分析师Zeke Hausfather说。“结果是,没有人真正研究过气候模型在发布后的表现。”
Hausfather说,虽然之前曾对个别模型的表现进行过分析,但他的团队的分析可能是首次系统地评估更大样本的分析。他们的研究包括了1970年至2007年期间发布的17个模型输出。其中包括Manabe和James Hansen在20世纪70年代和80年代的模型,以及政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告。
在比较预测与现实之间的温度随时间的变化时,大多数模型都做得相当好。10个预测与观测到的温度相符,这意味着它们预测的特定年份的全球平均地表温度与我们实际记录的几乎相同。其余的,有4个预测的变暖幅度大于我们实际经历的,有3个预测的变暖幅度小于我们实际经历的。
然而,Hausfather说,仅仅进行基本的温度和时间比较,是对那些气候科学家不够公平的。重要的是要认识到,气候模型不仅要预测世界的运作方式——大气中温室气体的物理学——还要预测人们的决定。20世纪70年代和80年代的研究人员不得不对人类未来会排放多少温室气体做出最佳猜测。但Hausfather指出,这些猜测可能很简单,比如假设二氧化碳每年会增加百分之一。“如今,我们拥有这个完整的并行能源系统模型世界……模型制作者然后使用它们来运行气候模型,”Hausfather说。“在20世纪70年代和80年代,这一切都不存在。”
由于一些模型未能准确预测未来的碳排放量,因此它们也高估了今天的温度。它们的高估可能并非由于大气模型存在缺陷,而是由于它们无法模拟人类行为。因此,Hausfather进行了第二次分析来解决这个问题。他没有按时间比较温度,而是和他的团队一起,研究了模型在辐射强迫(即大气中温室气体的总量)方面预测温度的准确性。使用这种方法,他们发现17个预测中有14个与观测到的变暖程度无法区分。“[这项研究]证实了气候建模的普遍方法具有一定的准确性,即使是较旧、较简单的模型,”美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research)大气科学家Andrew Gettelman说,他没有参与这项研究。“这样的工作有望增强对这些方法的信心。”
虽然早期的气候科学家可能在预测我们未来将燃烧多少化石燃料或我们将制定何种政策方面遇到了困难,但他们已经掌握了气候变暖的物理学。通过关注预测如何假设温室气体在大气中的行为,Hausfather发现,尽管模型缺乏许多关于地球过程的信息,但大多数模型做得都非常出色。
如今,气候模型可以做到的不仅仅是预测温度——它们可以细致地分析温室气体增加的许多更细微的影响,包括更极端的天气、海平面上升和降水变化。这些影响可能更难精确预测。但温室气体和温度升高的物理学早已确立,Hausfather说,预测温度是气候模型的“易于实现的成果”。这项研究强调,这些易于实现的成果遵循物理定律,为未来可能更具挑战性的气候影响奠定了坚实的基础。“如果我们的[旧]模型在50年后被证明大致正确,那么我们就有信心认为我们今天更复杂的模型在基本原理上是正确的,”Hausfather说。“我们很可能已经掌握了如何预测未来的情况。”