洪水在2016年8月的历史降雨后淹没了路易斯安那州文森特港。

洪水在2016年8月的历史降雨后淹没了路易斯安那州文森特港。乔·雷德(Joe Raedle)/盖蒂图像

狂野的天气和气候变化:科学家正在解开链接

气候科学最棘手的方面之一是弄清楚特定的热浪,洪水或干旱是否因气候变化而变得更可能或严重。但是,研究人员在解开极端天气和全球变暖之间的关系方面越来越好。

澳大利亚东南部的夏季最热的夏季:某些地区的温度连续50天达到35度C(95度F)。和气候变化,研究人员与世界天气归因项目能够说,可能要怪。像2016/17澳大利亚夏季那样的平均温度现在是全球变暖之前的50倍。

这样的结果有助于锤击气候变化的现实世界影响,,,,例如热浪,干旱和极端降水的发作。研究人员在提供他们的情况下变得越来越快,更快。

天气归因的根源可以追溯到2004年,当时英国大都会办公室和同事出版的彼得·斯托特(Peter Stott)第一张大纸归咎于与天气有关的灾难的气候变化:由于人为引起的全球变暖,他们得出结论,2003年致命的2003年欧洲热浪至少的可能性至少两倍。斯托特说:“成千上万的人死了。”“它确实强调了英国,法国和瑞士等相对富裕国家的脆弱性。”

在斯托特(Stott)2004年的论文之前,研究人员一直不愿将任何一个天气事件都归因于气候变化,因为天气如此混乱,并且自然而然地变化了。从那以后的十几年中,研究人员在解开我们空气中二氧化碳含量上升的影响有多少对任何给定天气事件的可能性或严重性的影响。当斯托特及其同事在2015年的报纸中再看一次2003热浪时,更好的模特和一个均匀的世界使他们说,这种事件的几率不仅“翻了一番”,而且增加了十次。

一位专家说:“有时候,您会发现没有气候变化几乎是不可能的温度。”

美国气象学会公告(BAMS)发表了一份年度报告,自2012年以来从气候的角度来解释了极端天气事件,这使得很容易看到归因研究已经到了多远。它的第一版研究了六个事件,从异常温度到干旱。这最新的2016年版解决了20多个事件,从英国的极端冬季阳光(因气候变化而产生的可能性高1.5倍)到阿拉斯加的极端野火季节(干燃料条件的可能性增加了34%至60%的可能性,气候变化的可能性要高34%至60%)。科学家现在可以解决较小的天气事件,以更好地分离厄尔尼诺现象(ElNiño)等自然气候摇摆的影响,并开始解决更复杂的系统等旋风。

在这些分析的最前沿,旨在将恶劣天气归因于气候变化,因为极端事件实际上发生了,而不是一年或十年后。世界天气归因(WWA)项目始于2014年,在非营利性研究和新闻机构Climate Central的支持下,旨在实时发动结果,当新闻中遇到灾难时,救济组织正在关注,并资助资金为了将来的援助缓解可能更容易动员。到目前为止,他们已经解决了十几个事件,他们的创纪录分析在短短五天内就进行了。“关键是要向公众辩论提供科学证据,”牛津大学的科学家和气候建模者弗里德里克·奥托说。“这些辩论发生在直接的后果中。”

WWA迄今为止的最快分析可探讨研究人员在归因科学领域面临的挑战。那是2015年12月,大西洋风暴戴斯蒙德(Desmond)驶向英国西北海岸。洪水和滑坡停止了火车,毁坏了房屋,并为成千上万的人削减了电力。同时,气候科学家恰好坐在巴黎敲定巴黎气候协定的条款,旨在将全球变暖保持在2度以下C. C. WWA希望强调气候变化的影响以帮助巴黎讨论。最糟糕的雨水落在12月5日;奥托(Otto)和她的同事在10日之前抨击了他们的报告。“我们基本上都在整夜工作,”奥托说。

他们的第一个任务只是定义事件,这比看起来要棘手。“是在两周内还是在一天之内还是在这个区域,还是在上游上游?”奥托说。“那不是直接的。”例如,在非洲,通常不是干旱的严重性引起问题,而是干旱咒语之间缺乏时间无法恢复的时间。确切的定义事件将如何影响结果以及将其归因于气候变化的容易(或可能)。就风暴戴斯蒙德而言,洪水实质上是一次24小时洪水的结果。

科学家可能会站稳脚跟,询问气候变化是否使任何特定事件变得更糟。

下一个挑战是收集足够的数据。在某些地方,它根本不存在;例如,WWA必须分析索马里最近干旱的最佳​​数据集,例如,整个东非地区仅包含20个雨量计站,并补充了卫星数据。其他时候,访问是一个问题。奥托说,对于风暴戴斯蒙德(Storm Desmond),WWA必须依靠苏格兰的一个开放式气象站,并填补了预测的空白,直到一个月后发布降雨数据。

当然,研究人员需要模型来告诉他们异常事件是否变得越来越普遍。WWA在每个案例研究中使用多种模型,因为每个案例都有其优势和劣势。这个想法是要对现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的概率。为了风暴德斯蒙德,WWA得出结论,由于气候变化,风险增加了5%至80%。奥托总结说:“它发挥了作用,但不是改变游戏规则的角色。”其他WWA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- 事实证明,更具戏剧性和结论性。尽管如此,气候变化极大地增加了几率。

热浪是最简单的事件类型,可以固定气候变化。这部分是因为一个区域中达到的最高极端温度往往具有明显的上限。“有时您会观察到没有气候变化几乎是不可能的温度;荷兰气象学院的WWA科学家Geert Jan Van Oldenborgh说:“概率几乎为零。”尽管研究人员仍在处理概率陈述,但对于这些事件,他们基本上可以说:“气候变化做到了”。

这也有助于科学家了解气候变化如何导致温度较高的物理学。对于其他类型的事件,研究人员对身体效应的理解(例如海冰融化的速度或云的工作方式)以及模型复制这些效果的能力都更糟。根据2016年美国国家科学院的报告,随着您沿着这一清单移动时,归因越来越难:干旱和极端降雨,极端的雪和冰,热带气旋,野火和大风暴。

甚至热浪也会构成并发症。例如,在WWA对2016年印度热浪的研究中,他们看到平均温度的奇怪颠簸而没有最高温度的升高。奥托猜测,空气污染反映了阳光并取消了一些温室效应,这可能会解释。她说:“我们真的没有可靠的气溶胶气候模型。”“因此我们无法测试,我们只能推测。”

当然,并非每项研究都会从气候变化产生影响。自2012年以来,大约35%的BAMS报告属于该营地。WWA已经解决了案件,2016年索马里的干旱,模型结果彼此不同意,以至于他们无法分辨气候变化是否有效。为了2014年在巴西圣保罗的干旱WWA发现,气候变化可能没有影响,而是增加降雨和蒸发却互相取消。奥托说:“这对人们来说实际上非常有用。”这意味着决策者可以解决其他干旱驱动因素,例如增加用水。

快速归因仍然存在争议。当WWA将其对Desmond Storm的分析提交开放式评论杂志时,奥托说:“其中大约一半(审稿人)说这是不对的,因为它是如此之快。但是我们已经做了好几次了,抗议活动变得更加安静。”

2017年1月,澳大利亚的闷热温度迫使参加悉尼国际网球锦标赛的与会者为球迷们冷静下来。

2017年1月,澳大利亚的闷热温度迫使参加悉尼国际网球锦标赛的与会者为球迷们冷静下来。彼得公园/法新社/盖蒂图片

其他人则对归因方法进行疑问。科罗拉多大学博尔德大学的政治学家罗杰·皮尔克(Roger Pielke Jr)宁愿依靠我们看到极端事件到目前为止发生变化的统计数据。他说:“我总是会赞成对极端的实际观察,而不是建模结果。”但是,从定义上讲,极端事件很少见,因此数据积累需要很长时间。在政府间关于气候变化的面板中2012年特别天气的特别报告,科学家发现,与1950年相比,世界某些地区现在有更多的炎热日子,更少的寒冷夜晚和降雨量更多。皮尔克说:“热带气旋,洪水,干旱,龙卷风 - 不多。”

凯文·特伦伯斯国家大气研究中心在科罗拉多州博尔德,争论科学家们处于更坚定的立足点,询问是否进行了任何特定事件更差通过气候变化,而不是首先询问它是否更有可能。

“动态真的很棘手,”特伦伯斯解释说。他说,试图捕捉风暴物理之类的东西的研究非常烦恼,以至于研究最终使气候变化的影响降低。特伦伯斯(Trenberth)认为,专注于基本的热力学:现在更加温暖,因此气氛更湿(空气可以保持每度高约7%的水分摄氏摄氏摄氏度);渴望水的空气更快地干燥地面,从而增加了干旱和野火的风险。额外的水分充满了雨云,导致洪水风险增加。

将干旱或洪水泛滥的可能性固定在气候变化上有助于说服公众排放的影响是切实的。

例如,这样的分析表明,由于海洋潮湿的水分较高,在2016年路易斯安那州洪水中降雨的降雨量比在凉爽的条件下掉落的雨水高25%。特伦伯斯(Trenberth)认为,这是一条更有用的信息,比WWA的声明称,由于气候变化的可能性高40%,因为首先,事件的可能性很低。这就像说某些毒素增加了使脑癌增加40%的机会:听起来很可怕,直到您意识到您的机会从1%到1.4%上升。

奥托(Otto)和其他人不同意特伦伯斯(Trenberth);他们认为,可能性的统计是公众想要听到的。“If you are trying to figure out how much to invest in snow plows you need to know what the risk of heavy snow fall is for next time,” agrees Stott, who provides some oversight for the WWA but isn’t involved directly with its studies.

无论归因研究如何进行,科学家都达成共识,即可能既有可能又有用。斯托特说,将特定干旱或洪水泛滥的可能性固定在气候变化上有助于说服公众人类二氧化碳排放的影响是有形的。

他说:“气候变化不仅是将来发生的事情,而且是已经发生的事情,并且会产生重大影响。”

“我认为不再有关于主意事件归因,”斯托特补充说。但是,仍然有关于最佳方法的“充满活力的讨论”。