文 ｜ 【中國科學報】 記者 韓揚眉
「近幾年這樣的熱搜頻頻出現：連續數月氣溫創歷史新高；今年是最熱的一年；2024年，出現了63年來最熱三伏天……難道每年都‘最熱’嗎？」
「未來你很有可能每年都會聽到類似的說法——‘今年是最熱的一年’。」
面對記者的提問，中國科學院大氣物理研究所研究員魏科的回答幽默中帶著嚴肅。
今天，公眾大多知道了全球暖化背後的罪魁禍首是溫室氣體，也切身感受到天氣一年比一年熱。但在三四十年前，二氧化碳濃度增加導致氣溫升高的預測還不被大多數科學家認可。50多年前就得出「二氧化碳翻一倍，氣候升高2.4℃」的日裔美籍科學家真鍋淑郎，直到2021年他90歲那年才因此獲得諾貝爾物理學獎。
為什麽我們的地球會變暖，為什麽二氧化碳濃度的增加是全球氣候變遷的主因，真鍋淑郎是如何量化預測的？近日，國內引進出版了【氣候變暖與人類未來】一書，該書源自真鍋淑郎在美國普林斯頓大學講授研究生課程時的講稿，其中對氣候變暖問題進行了詳細闡述。
靠天賦、靠高效率的科學家
90歲才獲得諾貝爾獎的真鍋淑郎並非是大器晚成的科學家，實際上，量化預測氣候變暖是他30多歲時做出的成果。「他是思維非常敏銳的科學家，靠的是高效率。」在【氣候變暖與人類未來】的序言中，中國科學院院士吳國雄這樣評價真鍋淑郎。
吳國雄認為科學家有兩種類別：一種是很勤奮的科學家，一天工作十幾個小時；一種是依靠天賦和思維敏銳度的科學家。真鍋淑郎就屬於後一種。1989到1991年，吳國雄以高級存取教授的身份在美國普林斯頓大學存取，真鍋淑郎是當時負責聯系與合作的顧問。兩人經常在一起吃飯，吃完飯會從校園到食堂散步一段路。吳國雄說真鍋淑郎幾乎每天下午都要遊泳和跑步，生活非常有規律，花在運動和生活上的時間不少。
在普林斯頓大學，幾乎每周有一次學術報告，真鍋淑郎都會參加。每次真鍋淑郎都坐在第一排，斜靠著椅背，有時候閉著眼睛，看著像在睡覺但實際上不是，因為他睜開眼睛問問題的時機非常精準。「此時往往是普林斯頓大學學術討論的高潮和精華。」吳國雄說。
「生活中的真鍋淑郎更像是武俠小說裏的‘老頑童’，風趣幽默又純真開朗，給大家帶來了很多快樂。」本書的譯者之一魏科說，「朋友圈裏流傳著他的一則逸事，據說退休後，他不喜歡別人寄信過來打擾自己，就做了一個刻有‘已逝’（Deceased）的圖章，把來信蓋章退回。可以想見收到退信的人是多麽哭笑不得。」
極簡模型實作「最復雜」的預測
真鍋淑郎獲得諾貝爾物理學獎的原因是「為地球氣候進行物理建模，量化其可變性並可靠地預測全球暖化」。在上世紀60年代，真鍋淑郎是如何做到的？他將全球氣候變遷這一極其復雜的過程用簡單的方法處理，在有限的計算條件下，把整個地球大氣簡化為一個18層的「單柱模式」。
魏科解釋到，在地面上只有一個點，向上伸展到平流層高層，垂直分為18層，僅考慮太陽輻射、長波輻射、向上熱通量、對流的垂直輸送過程。這種極致的簡化抓住了地球能量平衡的主要過程，即從太陽獲得短波輻射，再透過長波輻射和各種熱量輸送過程，將能量傳輸到全球，最終達到地氣系統的能量收支平衡狀態。
二氧化碳致氣溫升高的過程，就是透過吸收地面發射的長波輻射，像被子一樣蓋住地面，使得地球無法釋放長波輻射能量，從而導致底層大氣變暖。
真鍋淑郎用三組模擬實驗進行驗證，在300ppmv的標準二氧化碳濃度條件下，地表溫度為15℃，與全球平均地表溫度觀測值相近。隨著大氣二氧化碳濃度翻倍至600ppmv，不僅地表溫度升高了2.4℃，而且整個對流層溫度都升高了。相反，當二氧化碳濃度從300ppmv減半至150ppmv時，地表溫度降低了 2.3℃。這是國際上首次定量評估了二氧化碳對全球暖化的貢獻。
吳國雄指出，現在的氣候模式基本上出自真鍋淑郎最早提出的理論。「只是現在的模式不只是單柱的，還受到平流過程的影響，雖有差異，但總體結果與真鍋淑郎早期的單柱模式非常接近。」
有趣的是，真鍋淑郎建立18層「單柱模式」前後，全球氣象學家有過一場爭論——從當時的測量數據看，從上世紀50年代到70年代，二氧化碳在穩定增加，但氣溫在下降，這無法解釋「二氧化碳導致溫室效應」，甚至有人說地球即將進入「冰期」。
「不過，這個說法很快就不攻自破了。全球工業化突飛猛進，人類活動排放到大氣中的二氧化碳、甲烷等溫室氣體數量多且速度快，關於氣候變遷的評估報告和研究，很快讓人們意識到氣候正在變暖。」魏科說。如今半個多世紀過去了，全球氣候變暖的事實證明了真鍋淑郎的理論。
行動更重要
真鍋淑郎的這本書並非詳盡綜述氣候動力學和氣候變遷方面的文獻，而是把重點放在其參與以及影響他思想形成的研究上，讓讀者了解這段理解氣候變遷背後的科學之旅。
本書的譯者之一、中國科學院大氣物理研究所郭晨昦說：「如果能源生產活動沒有明顯改變，在21世紀，全球平均氣溫預計會再升高2至3℃。這將帶來更多的極端天氣和災害，幹旱地區將更幹旱，水多的地區河流流量和洪水發生頻率將增加。」
世界充滿了不確定性，但科學家預測到一個潛在的確定事實。作為捕捉氣候變暖「真兇」的「獵手」，2021年，在普林斯頓召開的諾貝爾獎新聞釋出會上，真鍋淑郎意味深長地說：「制定氣候政策往往比做出氣候預測困難1000倍。」
在魏科看來，全球氣候變暖已經成為一個不爭的事實。「留給人類可以‘浪費’的時間已不多了。希望真鍋淑郎這本書能為那些對過去氣候如何變化、為什麽變化以及未來將如何變化感到好奇的人帶來啟發。」
【氣候變暖與人類未來】，[美] 真鍋淑郎、安東尼·J.布羅科利著，魏科、郭晨昦等譯，浙江教育出版社2024年8月出版，定價：109.9元
