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　　由微信官方账号(ID: selftalks)出品，以下内容为lasg黄平演讲实录：研究气候是天气预报吗？地球气候的起源实际上是研究地球生物起源和地球文明起源的重要组成部分，地球气候对整体影响很大

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　　以下是拉斯格黄平的演讲实录：

　　地球气候起源实际上是研究地球生物起源和地球文明起源的重要内容。地球的气候对整个人类社会的格局有重要影响。

　　我是研究气候的，经常有人问我，研究气候是天气预报吗？我们先来看两张近期气温和降水的天气预报图。

　　天气预报地图

　　从图中可以看出，在过去的几天里，我国北方的气温明显高于南方，这显然不符合我们对6月气候的一般理解。所以，气候学家研究的不是最近一两天的天气，而是更长时间尺度上的气候变化。

　　气候物种

　　网上有一个关于气候的定义：一个地方多年的平均天气状况。当我们在中学时，我们知道气候分为几个部分，如热带气候，温带气候，高原和高山气候等。

　　其实我们的祖先很早就意识到气候不是一成不变的，“风”和“雨”的平均气候状态是不容易获得的。据统计，自汉代以来，我国不到两年就有一次干旱，不到三年就有一次洪涝灾害。而古人对气候的认识非常薄弱，只能通过各种形式祈求风调雨顺，比如在天坛祈福、观星等。

　　现在我们知道影响气候的因素有很多，比如大气、陆地、海洋，尤其是海洋中包含的各种信号。海水热容量很高，变化很慢，所以海洋中存储的地球气候信息可以长期影响大气。

　　如果你回去告诉古人，地球另一边的一个海洋出现异常，会影响到我们这边的旱涝，古人可能会认为你是鬼派来影响他们祈求上天的。

　　二战后，全球整体相对稳定，这也让研究人员有机会积累长期稳定可靠的数据，从大的时间尺度上观察气候如何变化。

　　与此同时，随着计算机和数学方程数值解法的发展，气候学这一原本无法通过实验进行的学科逐渐成为可以通过数值实验工具进行研究的学科。

　　海洋观测、卫星观测和超级计算机观测

　　 1977年和1978年发生了非常强烈的厄尔尼诺现象，1982年和1983年又发生了一次。这些事件对全球气候产生了重要影响。之后全球气候学研究迎来了爆发式的发展，人们进行了大量的海洋观测、卫星观测和超级计算机模拟。

　　看起来观测听起来挺简单的，就是观测，但是所有的观测设备都很贵，动辄几百亿。所以，只有人类文明和工业化达到一定程度后，才能通过更先进的设备来了解地球，研究地球。

　　过去，人们只能用非常简单的数值模型来预测厄尔尼诺。现在，我们可以通过各国的大型数值模型提前一年预测厄尔尼诺。我们在这方面取得了很好的成绩，获得了很大的收益。

　　二氧化碳导致全球变暖。

　　全球气温持续上升。

　　随着观测时间越来越长，我们发现气候逐年振荡，近几十年有明显的持续变暖趋势。这种变暖趋势也反映在许多自然现象中。

　　北极海冰已经显著缩小。

　　看这张照片。浅蓝色表示2018年北极海冰的大致范围，黄色圆圈部分表示1981年北极海冰的范围。两者相比，可以明显看出，近30年来，北极海冰的范围明显缩小。

　　天山冰川面积明显缩小。

　　看这张照片。与2008年和2001年相比，2018年天山冰川面积明显缩小。这些都是全球变暖的表现。

　　在过去的30年里，人们非常关注气候变暖的现象。在分析了所有可能对气候变化产生影响的因素后，科学家们发现目前的气候变化非常快，而其他影响地球活动的因素如太阳、地球自转轴等等在短时间内并没有发生如此剧烈的变化。

　　因此，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2013年的评估报告中得出一个明确而谨慎的结论：目前的气候变暖现象极有可能是由工业革命以来人类排放的大量二氧化碳造成的。自工业革命以来，人们对能源的利用主要依赖于化石燃料的燃烧，这必然会向空气中排放二氧化碳。

　　二氧化碳排放

　　我们来看看这张图中的相关数据。在过去的80万年里，二氧化碳的水平一直在100 ppm至200 ppm之间，但在工业革命以来的短短两三百年里，二氧化碳的价值达到了另一个高峰，增加了40%。

　　温室气体对地球的影响

　　为什么二氧化碳对气候有重要影响？太阳会向地球辐射，但太阳温度很高，辐射波长短，吸收不了温室气体。

　　而地球温度相对较低，地球发出的辐射波长较长，可以吸收二氧化碳、甲烷等温室气体。据估计，二氧化碳等温室气体目前提供的保温效果约为33摄氏度。

　　全球人口分布

　　也许有朋友会说，对于北方来说，气温高一点有什么影响？也许庄稼会长得更好。真的是这样吗？从这幅图中，我们可以清楚地看到，目前全球有一半的人口居住在距离海岸60公里的范围内，而这种人口分布主要是由现代工业文明的整体发展决定的。

　　由于沿海居民的密度是内陆居民的十倍，可想而知，当全球气候变暖，气温升高，陆地冰川融化，海平面上升，风暴潮和台风将严重影响沿海居民的生活。

　　除了全球气候之外，人们也非常关心自己地区的气候变化。比如对于西北太平洋和亚洲沿海，气温上升带来的直接灾害就是台风。

　　海水温度会影响台风强度。未来台风会变强还是变弱？事实上，区域气候变化也是近20年来气候学研究的热点。

　　北半球台风的结构

　　人们似乎对台风做了很多研究。比如说到台风的结构，科学家们会口若悬河，但是当面对“随着全球气温的升高，台风的强度会变强吗”这个看似简单具体的问题时，科学家着急了。他们或许能写出复杂的台风预测公式，但却无法准确回答这类问题。

　　台风实际上是一个热机过程，是低层的暖汽带向高层大气输送强潜热，然后潜热被释放并转化为动能的过程。

　　这个过程看起来很简单，像全球变暖，海洋温度上升，水汽增多，所以台风强度会变强。

　　但是真的有那么简单吗？如果真的那么简单，为什么美国科学家直到2005年才发表《Nature》的相关文章，证明台风强度变化的趋势与海水温度的升降有关？

　　为了找到更确切的证据，科学家们从观测、理论和数值模拟等方面做了大量工作。最后得出结论，台风的变化趋势与海温有非常明显和直接的关系。即全球变暖后，海水温度上升，台风强度变强。

　　这一理论自2005年发表以来，已被引用3400多次。可以说这个理论对全球变暖研究影响很大。

　　为什么这些看似简单的结论需要气候学家花那么多时间去研究？主要原因是我们之前看到的只是现象，定性的东西，而缺乏定量的证据和结论。

　　 2013年，一个偶然的机会，我参加了一个会议，在会上听一个老师提到了一个我之前完全不知道的现象：台风的风力很大，会卷起下层海洋的冷水。

　　台风自带“刹车”

　　众所周知，海洋上层受太阳直接照射，所以水温较热，而下层较冷。如果台风卷起低层海洋较冷的水，是否意味着会抑制台风强度的进一步增强？就像台风有自己的“刹车”。

　　不过这个刹车的功能有强有弱。上层暖海水较稀薄时，台风卷起的冷水较冷，制动作用较强；当上层的暖海水较厚时，台风卷起的冷水没有那么冷，所以刹车效果较弱。

　　这个过程取决于很多因素，缺乏量化数据。到底海水有多厚能影响台风强度？

　　 2010年，有一项科学计划，要进行海陆空联合观测。众所周知，台风在海面上移动，其核心区域处于极端恶劣的天气状态。飞机和船只很难追着台风进行观测。

　　为了这项研究，科学家们投入了大量的资源，最终得出了一个结论：在西北太平洋，台风确实可以卷起下层海洋的冷水，可以卷起的最大厚度为80 ~ 100米。其对台风的影响约等于上层混合80 ~ 100m海水的平均温度。

　　因此，如果人们在预测台风强度时能考虑80 ~ 100米的海水温度，将比只考虑海面温度更合理和准确。

　　 2013年我在做气候变化的研究，但是那一年我在听那个老师讲课的时候，没有听到上面的问题和全球变暖有什么关系。

　　全球变暖观测和预测结果

　　我马上想到，在二氧化碳增加引起的辐射中，海水表层温度上升较快，而下层温度上升较慢。看，这两张图分别是历史观察和模型预测的结果。

　　所以我觉得不能只估计海水表面温度对台风强度的影响，而应该修正一些研究，否则会高估海洋变暖对台风的促进作用。

　　这个物理过程听起来很简单，但对于研究人员来说，痛苦才刚刚开始。从2015年开始，我们经历了两年的时间，不断利用更新的观测数据，不断修正理论模型，不断完善模型框架，与同行评审小组反复辩论、质疑、争辩，最终估算出一个现在看来合理的结果。

　　后来，所有做数值模型预测未来台风变化的机构和人员都开始考虑我们提出的机制，把台风和海洋的相互作用作为预测台风发展趋势的必备因素。

　　很多人认为做全球变暖的研究，就是拿一个数值模型，甚至做一个数值模型来计算。结果五花八门，各种说法都有，但事实并非如此。

　　研究真实的气候变化，尤其是区域气候变化，需要考虑的因素很多，而不仅仅是数值模式的简单模拟。

　　原来的观测、理论和模拟可能被用来做一些天气预报，比如台风路径的预报，但是都缺乏对全球变暖的考虑。加入这个变量，我们不知道全球气候会有什么样的连锁反应，但我们的认识还是有所欠缺。

　　因此，我们在全球气候的理论框架中加入全球变暖的因素，尽力考虑全球变暖会影响哪些方面，从而建立更为充分的理论基础。

　　经常有人问我，你说的有道理，但是你能证实你的说法吗？遗憾的是，气候研究是特别长时间尺度上的趋势研究，很难像天气预报那样一两天就给你看验证结果。

　　最简单的气候预测至少需要半年甚至一年的时间来验证。比如厄尔尼诺现象，预测结果半年到一年就可以验证，但是从研究建模到预测再到验证，这些研究最后都是大家认可的。大约10年后，现代气候变暖的研究才刚刚发展了30年。幸运的是，我们现在有了一些可证实的预测。

　　全球变暖预测的比较

　　大家看这张图。这是美国科学家在1989年《Nature》上发表的一篇文章中的图片。当时他们预测，全球变暖后，地球上有些地方的升温会很高，有些地方的分布不会那么高。

　　从图中可以看出，他们使用的数值模型非常粗糙，连大陆轮廓都看不清楚。但是30年后，根据过去50年的分析，我们可以找到全球变暖的分布。所以，也许我们在全球变暖的区域气候变化方面已经取得了很多潜在的研究成果，但暂时没有办法验证。

　　在我们研究气候变化的这些年里，总是有各种各样的问题伴随着我们，许多人不相信我们的研究。这也很正常。事实上，科学家每天都要经历各种各样的质疑，科学的质疑和争论是科学家与生俱来的特质。从另一个角度来说，质疑全球变暖也是现代科学研究范式的一种普及。

　　在未知的边缘尝试

　　每个人都在利用自己能力的极限，在好奇心的驱使下，对人类知识的边界进行一系列疯狂的测试。

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