为了真实反映全球气候变化的趋势
2009年11月，从英国东安吉利大学气候研究中心（CRU）泄露出的一批电子邮件，这对气候变化怀疑论者而言简直是一份圣诞大礼。在这1000多份电子邮件中，怀疑论者对一些尚有争议的评论断章取义，指出气候科学家们一直在向公众隐瞒了一些什么，由此引发了一场“气候门”事件，并在学界引起轩然大波。
在这次泄露的电子邮件中，确实存有一些不当的口误或失言，但并没有否认科学界针对气候变化研究所取得的共识。尽管如此，这次事件向人们提供了这样一个信息，即如同其他任何领域一样，气候变化研究领域也存在着一些差距和尚待解决的突破口――虽然通常不是怀疑论者所提出的那些质疑――包括科学界对气候变化研究的理解上存在的一些重大偏差。
在2007年的气候评估报告中，联合国气候变化专门委员会（IPCC）强调指出了54条令气候变化研究的“重要的不确定因素”。对这些尚未解决的不确定因素作如此声明，IPCC很难被认为是一种“隐瞒”行为。例如，曾在媒体上有过激辩的对以往历史上温度测量的不确定性，以及气候研究科学中存在的其他一些未决问题。除了在专家研究的范围内，通常很少为人们所知。
但是，这些不确定因素并不会对气候变化走势的基本结论产生影响，即人类活动是导致全球气候变暖的主要原因。然而，这些不确定因素确实会对规划未来的努力形成阻碍，但并不会像气候变化怀疑论者所言的那样。事实上，一些悬而未决的问题可能意味着未来的变化可能比目前预测的更为严峻。
一些专业人士认为，气候科学研究中存在的一些未决问题很难进行公开讨论。美国航空航天局（NASA）戈达德太空研究所气候模式建立者加文·施密特（Gavin Schmidt）说：“我们对地球气候系统及其组成的理解上还存在着一些偏差或不足，在这些未决问题弄清楚之前，并不适宜公布于众。”
然而一些人认为，应该对气候研究领域内的几个重大专题进行大规模的公开讨论。为此，《自然》杂志选择了涉及气候研究领域内的4项内容，即区域性气候预测、降水预测、大气浮质研究和古气候研究，并欢迎科学界和公众的共同参与。
区域性气候预测
气候科学研究令人悲哀的事实是，最关键的信息却往往是最不确定的。为了规划未来，人们最关心的是当地的气候将会发生什么样的变化，而不是全球平均气温将以什么样的幅度上升。为此，研究人员仍在努力开发各种预测手段和工具，力求准确预测相当一段时期内的气候变化或走势。
图1：对欧洲地区的气候模拟表明，到本世纪末该地区的温度与20世纪末相比将上升3°C
模拟地球气候变化所使用的基本手段之一是对大气环流模式（GCMs）的模拟。GCMs代表了全球大气、海洋、冰层和陆地表面的自然变化过程，这种模式于经纬度的精确程度一般约为1°——3°，太过粗略则无法给人们提供足够的指导作用。目前，科学家通常采取的是对全球气候模式进行放大处理，以模拟预测某个区域的气候变化。
然而，以这种方式提高分辨率可能会带来一些问题。即在放大GCMs模式的同时，可能要承受“母”模式内的一些不足以被同时放大的风险。如果该模式在模拟某些大气模式时做得不够完善，那么在区域一级的模式中这些误差将会变得更为复杂。
“在将全球气候变化预测模式缩小到某个区域时，必须非常慎重，”德国GKSS研究中心海岸研究所的汉斯·冯斯托奇（Hans von Storch）说。最近他正在德国汉堡大都市地区进行区域气候评估。如果模拟结果反映的未来气候变化与已观察到的气候变化趋势正相吻合，冯斯托奇对区域性的气候模拟将更有信心；反之，如果研究人员多次运行相同的模式或综合多种模型运行，其结果互相偏离或与所观察到的气候变化趋势不符，他则告诫说，规划未来时就要谨慎从事了。
模拟区域性气候模式将会面临许多不确定性因素，特别是在地形复杂的地区，如山脉形成的屏障会将其两边分隔成两个气候迥异的地区。另外，对未来温室气体排放情况的预测也可能存在着潜在的误差，这要取决于对该地区经济发展的预见。
虽然存在着种种问题，但只要了解其局限性，区域性气候模拟也并非毫无价值。事实上，这种预测方法已被一些地区和国家的规划者广泛采用。亚利桑那大学的气候学家乔纳森·奥弗佩克（Jonathan Overpeck）指出，对于一些全球气候模式无法解决的问题，如河流的流量变化，区域性气候模式仍是一个重要的工具。奥弗佩克以此作为工具，正在预测2050年科罗拉多河的平均流量将会减少多少。研究人员希望，通过对一些模拟变量的完善，如云层覆盖、海洋表面温度等，进一步降低区域预报的不确定性，更好地为决策者提供气候变化的信息。
降水预测
研究人员已经观察到，未来几十年内，随着全球气温上升有可能加大的水系蒸发并加速全球的水文循环，这一变化将导致亚热带地区变得干旱，而高纬度地区降水增加。几乎所有用来模拟全球变暖的气候模型都显示了这个普遍存在的趋势。
图2：2090～2099年的降水变化预测图.该图显示了降水量增加地区、减少地区和不确定地区，只有不到三分之二的气候预测模式对降水是增加或减少取得了一致意见
IPCC在2007的气候评估报告中，对未来降雪和降雨的预测有很大的不同，尤其是对于冬季降水情况来说特别糟糕，因为冬天的雨雪通常是最重要的水源补充。IPCC的气候模式也未能为本世纪内世界大部分地区的冬季降雪降雨情况提供任何可靠的依据。
更糟的是，气候模式似乎低估了降水情况在一定程度上已经有所改变，这更进一步降低了人们预测未来变化的信心。2007年的一项研究发现，20世纪降水变化中有着人类影响的明显印记，包括北半球热带和亚热带地区变得越来越干燥，而实际变化甚至大于气候模式的估计，这引起了研究人员的关注和忧虑。由于这一发现公布得较晚，未能纳入IPCC最近一次的报告之中。
“如果一系列气候模式都低估了降水变化，这将是很糟糕的信息”。因为现有的一些预测已经造成了一些实质性的问题，英国爱丁堡大学的气候系统科学家加布里·赫格尔（Gabriele Hegerl）说，“这是一个非常重要的不确定因素。”
气候科学家认为，目前所建立的气候模式其主要缺陷在于模拟垂直空气流动的局限性，如热带地区潮湿空气上升到大气中的空气对流层，包括陡峭山脉附近地区的气候模式也会出现同样的问题。科学家不能完全了解大气中自然和人为产生的大气浮质如何对云层产生影响，也是影响气候模拟准确性的因素之一。以往全球降水模式的数据可帮助建模者解决一些问题，但这类数据在许多地区非常欠缺，特别是在热带地区。
未来降水的不确定性，给人们规划未来决策带来许多困难，特别是在一些干旱地区。如非洲撒哈拉沙漠以南的萨赫勒地区和北美洲西南部地区，历史上曾困扰这一地区的大规模干旱有可能再次发生。如今使用的一些气候模式对这种长期干旱现象的预测几乎无能为力。“这非常令人担忧。”奥弗佩克说。
为了更准确地预测降水，研究人员正在尝试提高对一些重要气候变量的模拟能力，如云层的形成和运动。此外，高分辨率的卫星观测也越来越多地被用于验证和提高气候模型的实用性。
大气浮质研究
大气气溶胶（大气浮质），即空气中的液体或固体微粒，是气候科学研究中一个极大的不确定性因素。尽管几十年来对此投入了很大的研究力量，但在硫酸盐、炭黑、海盐粒子和尘埃等大气浮质对温度和降雨影响的评估中，仍存在着极大的误差率。
总体而言，大气浮质通过阻挡阳光使气候变得凉爽，但对这种效果估计的误差可达一个数量级，最高可超过人类活动增加的二氧化碳对气候变暖的影响力，其中最大的问题之一是缺乏数据。施密特指出，我们并不清楚空气中究竟有些什么，而这是影响过去和未来气候的一个重要的不确定因素。
为了测量大气中的浮质，卫星和地面传感器对太阳辐射的散射和吸收情况进行检测，但研究人员缺乏完全了解全球大气浮质情况的足够数据；而要确定大气浮质如何影响气候变化过程，则需要进行互相配合的多种复杂实验。
某些大气浮质，如炭黑在吸收阳光产生增温效应的同时，也有可能抑制降雨。其他一些大气浮质，如硫酸盐，通过反射太阳光可以产生降温效果。大气浮质污染对全球气温的实际影响数据未能得以完善；而关于大气浮质污染是增加还是降低，各种研究报告却往往得出了一些相互矛盾的结论。
图3：图中的白色细线条显示船只排气中的浮质如何影响着大西洋上空的云层
大气浮质和云层之间的关系，更进一步增加了气候预测的复杂性。在云层产生降雨或降雪条件之前，雨滴或冰粒或许已经形成；而大气浮质则是雨滴或冰粒在冷凝过程中得以依附的内核。虽然一些大气浮质能够增加云量，而其他一些大气浮质则似乎减少了云量。另外，大气浮质也可能通过改变低空云层的形成和持续时间对温度产生巨大影响。低空云层通常能起到反射阳光给地球表面降温的作用。
科学家尚未解开浮质污染、云层、降水和温度之间的相互作用和相互关系之谜。不过，NASA计划于今年10月发射承担大气浮质和太阳辐射监测任务的卫星，届时将提供一些令人期待的数据。不过大气研究人员认为，确定大气浮质数量和组成成份的地面传感器的作用也同样重要。
古气候研究
从CRU电脑中泄露出的许多电子邮件来自某个专门气候研究小组，该研究小组正在重建随着时间推移的各种温度变量。一些电子邮件显示，他们讨论了从树木年轮和其他方面收集的几个世纪以来的气候信息中的一些不确定因素。
图4：北半球温度变化图表
从过去150年间的地球温度变化，到近几十年来的地球气温的急剧上升，均无法通过任何自然原因的气候模式的解释。尽管很有可能是由人类的温室气体排放造成的，但是由于缺乏1850年之前的温度记录，看来科学家必须通过其他途径来揭示这一时期的温度变化趋势。
古气候研究主要依靠如树木年轮、珊瑚礁、湖泊沉积物、石笋、冰川运动和历史记载等来探寻地球温度变化留下的痕迹。比如，树木在生长过程中会形成年轮，而年轮的厚度则反映了当年的温度和雨量情况。科学家通过这类大自然中的“替代温度计”以搜寻地球过去历史上的温度变化情况，比如，科学家据此确定了从公元800年到1300年期间的中世纪温暖期以及公元1700年前后的地球小冰期。
将北半球大自然的“替代温度测量”的结果综合在一起，研究人员得出的温度变化模式很像一根曲棍球棒，显示了20世纪后期地球温度在大幅上升。这方面的工作是由弗吉尼亚大学的气候研究员迈克尔·曼恩（Michael Mann）和他的同事于1998年率先开始的。他们的结论是，上世纪90年代可能是最暖的10年，而1998年又是最暖的一年。这项研究结果在IPCC的2001年评估报告中占有显著地位。
但是，如何利用和解释这些“替代温度纪录”则产生了相当大的争议。在过去的10年里，加拿大一位气候审计博客的编辑兼评论家斯蒂芬·麦金太尔（Stephen McIntyre）对曼恩的结论提出了质疑，以及这次外泄邮件科学家的结论。麦金太尔坚持反对“替代温度测量”的可靠性，特别是用于分析树木年轮的统计数据。
许多科学家对这类批评意见已不胜其扰。IPCC认为20世纪下半叶“可能”是北半球在过去1300多年最暖的50年，并称古气候研究“替代温度测量”的合理性问题仍然存在。
引起科学家担忧的是北半球几个观测点获得的树木年轮数据：通过对附近温度测量情况的调查，研究人员根据这些地区林木生长情况跟踪和了解到20世纪大部分时期的大气温度变化情况；然而在最近几十年里，树木年轮的变化与实际所测温度却有了差异，这可能是当温度超过某一限值时，树木生长对温度变化的反应有所不同所致。
“替代温度测量”研究的另一个突出问题是大约1500年之前温度的不确定性。2004年——2005年建立在综合各种不同“替代温度测量”基础上的一些研究报告认为，过去1000年内全球温度波动可能比原先估计的要大得多。但这些研究仍然表明，20世纪后期气候变暖是前所未有的，而最近10年是最暖的。
IPCC小组前副主席、美国海洋和大气管理局气候研究员苏珊·所罗门（Susan Solomon）指出，尽管“替代温度测量”的数据受到质疑，但IPCC认为，20世纪中期以来的气候变暖，“很可能”是由于人类产生的温室气体增多而增加了大气浓度所致，这一结论仍然是无可质疑的。她说，这一结论是许多不同的研究小组，通过对气候系统的多个方面进行研究调查而得出的。IPCC的科学家们不会从某个单一证据得出气候变暖的结论。
资料来源Nature
责任编辑 则 鸣