我们如何知道气候变化正在发生——以及人类是造成气候变化的原因

“人们来到阿什维尔退休，”德克·阿恩特说，“数据也来到阿什维尔退休。”

他应该知道。阿恩特和他的同事们掌管着大量当前和历史气候数据——这些数据非常宝贵，受到多重安全措施的保护，甚至备份在磁带上，存放在一个秘密的安全地点，每周都会用一个不起眼的手提箱亲自携带几次。

这些数据不是银行账户信息、社会安全号码或核密码。更重要的是：这些数据涵盖了我们对气候变化的所有了解。

阿恩特是美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心监测部门的负责人，他负责管理从气象站、卫星、浮标收集的数据，涵盖了你能想象到的所有天气和气候条件。海洋有多热？海啸有多大？太空中的天气如何？NCEI 可以（并且确实）回答所有这些问题。

总而言之，他们拥有令人难以置信的 28.6 PB 数据，相当于 18 座埃菲尔铁塔的智能手机数据。Arndt 和他的同事每天都在仔细研究数据，将收到的数据与他们称之为“正常”的基线进行比较。他们使用每日、每周、每月和每年的节奏来协调数据收集和共享，密切关注数字的质量以及它们与昨天、上周和更长时间相比的累积情况。

对于阿恩特来说，气候就是规模问题——而他办公室里传递的信息讲述了一个人们再熟悉不过的故事。“高层大气正在冷却，而低层大气正在变暖，”他说。“如果不改变大气成分，就不会出现这种情况。我们看到了理论上在变暖的世界中会看到的变化。更多的大雨——这是预期。更多的高温——这是预期。根据一年中的时间和地球上的位置，冰冻物质通常会融化或消失。”

他停顿了一下，然后继续说道：“我认为基本问题已经解决了。”

但基本情况是什么？我们如何知道气候是否真的在变化？它是否真的带来了如今已变得耳熟能详却又令人震惊的威胁？

简而言之，气候变化就是气候的变化。如果这是“无稽之谈”，请稍等片刻——它比这要复杂一些。要真正了解气候变化，了解一些经常被忽视的其他因素会有所帮助。

大气中每天发生的事件（从雨到雪到风和热）被称为天气。一段时间内的天气平均值就是气候。因此，虽然天气不是气候，但气候就是天气，只是从较长的时间段来看。

然后是气候变化：气候随时间（如季节）变化的方式。如果温度或湿度等天气现象在某个季节或年份的某个时间段内高于或低于长期平均值，则称为气候变化。

例如，有些年份的海面温度高于平均水平。当平均数字超过某个阈值时，就是厄尔尼诺现象。当它们低于某个阈值时，就是拉尼娜现象。但这两种现象都是气候变化的例子，因为它们是周期性的。它们自然来去。然而，随着地球大气和海洋持续变暖，由于气候变化，厄尔尼诺现象可能会变得更加严重——甚至完全不再具有周期性。

当平均气候在较长时期内持续向上或向下变化时，我们称之为气候变化。这种变化将一个地方（或整个星球）的平均天气转变为新常态。

有些人在指“气候变化”时会使用“全球变暖”一词，但两者并不完全相同。全球变暖只是气候变化的一个组成部分——地球表面附近平均温度的升高。

总而言之，气候变化影响深远。气候变化走向的预测听起来确实很可怕。海洋酸化加剧。海平面上升。冰、冻土和积雪减少。潜在的灾难性天气事件。灭绝。疾病。但我们如何知道这些变化是否真的在发生？

“这真的非常非常明确。这就像往一杯水里滴了几滴毒药。你可以看到它发生的过程。你知道它会有毒，如果——我不知道为什么我会想出这么多病态的例子。”

Aradhna Tripati 打断了自己的谈话，开始大笑。她正和她的导师、博士生 Bryce Mitsunaga 坐在加州大学洛杉矶分校的办公室里，试图找到一种方式来表达她和她的同事们多么清楚地同意气候变化正在发生。

特里帕蒂是加州大学洛杉矶分校地球、行星和空间科学系及环境与可持续发展研究所的副教授，她的职业生涯一直致力于研究气候数据。她的实验室利用化学方法重建遥远过去的气候常态，这些常态让今天的大气看起来更加令人担忧。

看起来，重建数千万年前的大气似乎是不可能的。但关于那个遥远时代的信息实际上被锁在软体动物壳等非常古老的物质的化学结构中。特里帕蒂帮助开发了一种“古温度计”——一种通过分析古代大气在这些样本中留下的化学比例帮助科学家测量过去温度的技术。她还可以从古代冰芯中捕获的气泡中找出类似的信息。

利用这项技术，特里帕蒂对遥远过去的大气有了深入的了解。2009 年，她发现上一次二氧化碳水平达到现在的水平是在整整1500 万年前，当时海平面比现在高出 120 英尺，全球平均气温比现在高出 10°F。今年，她合作开展的一项研究发现，在那段二氧化碳水平与现在大致相同的时期，南极冰盖特别容易受到温度波动的影响。她合作撰写的另一个项目表明，14000 年前的一次剧烈冰盖崩塌导致整个地球急流在短短一个世纪内发生了变化。

“如果你想弄清楚哪种模型是正确的，以及为什么它是正确的，你必须利用过去的观察结果，”她说。“就像莎士比亚的《暴风雨》 ：过去是序幕。”过去的观察结果为观察当今的气候提供了一个背景——地球大气层中充满了人类历史上最大的二氧化碳浓度。

温室气体（将热量困在大气中的气体）正在改变地球的气候，就像过去一样。但今天的变暖与过去的变暖有所不同。今天的变暖很大程度上是由于人类活动造成的，许多人类干预不仅向大气中排放温室气体，而且还威胁到本来可以吸收这些气体的天然碳汇，如森林和浮游生物。

特里帕蒂说，这就像停在杂货店停车场的汽车。在阳光明媚的日子里，关上车窗和车门，你就得到了热量。大气中的温室气体越多——挡风玻璃越厚——被困在里面的太阳辐射就越多。

如果没有水槽（打开的窗户或门），热量就无法散发。借助冰等反射表面（相当于仪表盘上的遮阳板），汽车可以稍微降温。但随着冰融化，这将成为生死攸关的问题。

“你永远不会让你心爱的宠物或者你的朋友或家人陷入这种境地，对吗？”特里帕蒂问道。

“我们可以将这个比喻运用到什么程度？”光永问道。

特里帕蒂又笑了，然后又尝试了另一种。“这就像加辣酱一样，”她说。“你往墨西哥卷饼里加的辣酱越多，它就越辣。这就是向大气中排放更多二氧化碳时会发生的情况。”

地球大气层并不是唯一一个正在升温并偏离长期既定标准的事物。如今的海洋比工业化之前酸度高出约 30%——这要归功于它必须吸收的二氧化碳数量不断增加。海平面正在上升；北极海冰越来越厚，面积越来越小，地球两侧的冰盖都在融化，世界各地的冰川都在消融或消失。

而且这些变化发生得很快。科学家过去常常以几百年或几百万年为单位来测量气候变化，但现在不再是这样了。2013年，斯坦福大学的气候科学家对数十项科学研究和气候模型进行了审查，并确定在未来一个世纪，气候变化的速度可能比过去6500万年的全球变化快10倍。

最近的一系列研究，包括去年发表在《美国国家科学院院刊》上的四篇论文，表明人类活动已经对一个关键的气候变化指标——地球海平面——产生了多么巨大的影响。其中两篇论文对上个世纪海平面上升的幅度得出了几乎完全相同的结论。另一篇论文认为，融化的南极冰盖消失的速度可能比科学家们曾经认为的要快得多。这可能会引发连锁反应，海平面上升、沿海地区和湿地被洪水淹没、土壤被淹没、动物栖息地消失。

这类连锁反应是科学家最担心的事情之一。地球上的生命是紧密相连的，地球一端的异常可能导致其他地方的异常。很快，许多异常将成为常态。

那么地球是否已经到了无可挽回的地步？也许吧。去年，二氧化碳浓度突破了 400 ppm 的临界值。科学家现在预测，在我们的一生中，二氧化碳浓度永远不会低于这个临界值。而且，即使我们今天停止排放碳，也可能需要数千年的时间才能中和二氧化碳。

这并不是说减少排放没有帮助；负担越轻，恢复就越近，而降低二氧化碳水平将使减轻其他短寿命温室气体（如甲烷）的排放变得更容易。

阿恩特掌握着大量数据，而且每天都有更多数据涌入，但他并没有问自己气候变化是否正在发生。相反，他想知道科学和地球接下来会怎样。“这些大规模的变化与全球变暖非常吻合，”他说。“现在，我们如何理解和量化这些变化在变暖的全球中发生的可能性有多大或多小？这是一门很难的科学。”

特里帕蒂表示同意。“在某些地方，我们真的无法很好地掌握降水量和蒸发量将发生多大变化。我们知道天气会变热。我们知道蒸发率会上升。但我们不知道变化有多大。有沉睡的巨龙。现在我意识到有多少只。”对于阿恩特、特里帕蒂和数千名致力于追踪气候并确定其现代轨迹的科学家来说，这不是一个是否会发生，甚至不是何时会发生的问题。剩下的唯一问题是“如何发生？”

您可以在此处找到对上述证据类型的逐点解释。