誰發明了「全球變暖」?他後悔了!

2021-01-12 光明數字報

    在氣候變化和工業排放的關係問題上,「主流」科學家經常信誓旦旦地說:人類排放CO2正在造成氣候災難性的變暖,雖然有一些反對意見,但我們還是聽主流的吧?這種想法在我因面對科學與政治的複雜關係而心生厭倦時,時不時就會冒出來——科學的歸科學、政治的歸政治,這樣的簡單世界多美好!

 

    這種思維的惰性,在我的老師江曉原教授看來,是極不可取乃至是有害的——對科學的「警惕」在他已是一種常識,因為在所有現代社會所面臨的科學爭議中,幾乎都離不開經濟利益和政治影響的維度。這就使得宣稱「這是一個科學問題」經常變得非常可疑。有一次我們談論氣候科學的不確定性時,我說起下面這個故事,江老師非常感興趣,對這樣「非主流」的敘事,媒體很少關注,讀者也就了解不多。

 

    這件事簡單來說就是:發明了「全球變暖」(globalwarming)這個詞的科學家,在35年後的一本書中,對他早年的這個發明表示愧疚,並明確提出對主流觀點「化石燃料燃燒釋放的CO2持續積累將超過臨界值而不可逆轉」並不認同。這位科學家沃利·布洛克(WallaceBroecker,更常用的名字為Wally)在很多領域都是先驅(《紐約時報》語),自然也稱得上是一位「主流」科學家。而這本《大洋傳送帶:發現氣候突變觸發器》,講述了從1980年代起作者關於「大洋傳送帶」的假想是如何形成,又如何經歷了世界各地觀察數據的驗證及挑戰的。

 

    「未來水世界」如何容納「後天」?

 

    對這個書名感到「似曾相識」的讀者,一說到《後天》就能想起來了——這就是那條貫穿海洋,據說對北半球氣候產生巨大影響的溫鹽環流(THC)。在電影裡,正是由於它在極區部分徑向翻轉環流(AMOC,北大西洋表層水下沉向南轉為深層水)的中斷,才導致地球在一周內就進入了一個新冰期。而發生所有這些災變的罪魁禍首正是CO2——它使全球變暖,融化了極冰,稀釋了流經此處的表層海水使其無法下沉,造成AMOC中斷,開啟了北半球的速凍模式。

 

    但這只是電影。對於古氣候學研究來說,短短幾十年間,人們對於「突變」的想像越來越大膽。沃利的結論與《後天》相差甚遠:即使「大洋傳送帶」中斷,也是在一個世紀甚至更長時間內逐步衰減。至於現實中它是否正在發生變化,要在幾十年的尺度上才能判斷。他建議將對「大洋傳送帶」的關注「適度後挪」(據IPCC第五次評估報告,10年來AMOC無變化)。

 

    沃利並未在此書中提到「主流」對其理論的接受程度。以IPCC(政府間氣候變化專門委員會)評估報告為例,五次報告都未使用「大洋傳送帶」一詞,而是以THC或MOC代替,對「大洋傳送帶」影響全球尺度氣候的想法仍有保留。就是說,全球變暖理論對沃利假說的接受度是有限的,就前者而言,災難性的場面從50年代起就是《未來水世界》(溫度及海平面上升)而非《後天》(間冰期/冰期轉換)。但IPCC仍然將其列入預測,在最近兩次評估報告中都認為未來溫鹽環流會減弱(將抵消一部分CO2導致的變暖)。如此一來,不管未來氣候怎樣(變冷、變暖或不變),都將無法證偽CO2的作用。

 

    現實版的冰與火之歌

 

    這樣「強大」到無法阻擋的理論當然不是一天造就的,從沃利的經歷看氣候變化研究史是一個有意思的角度。

 

    知道沃利的人都知道他發明了「全球變暖」一詞,並把這件事說得好像是他的光榮成就。現在看起來這個詞好像很普通,可是在70年代,實際上大部分觀測都局限在北半球中高緯度地區:一開始是歐洲北部,後來是北美北部。而在60年代,像「氣候變遷」「氣候振動」這樣的詞尚且都是相當新鮮的概念(在中國,竺可楨60年代用史料證明氣候不是固定不變的,70年代才將這些內容整理發表),且僅超長時段的變化才涉及全球。當這個詞被發明出來,它所帶來的語言上的震懾力是強烈的,以致於大眾媒體都用「全球變暖」替代了「氣候變化」。最近幾年這個現象得到糾正,只是「氣候變化」在內涵上與「全球變暖」等同的謬誤,卻不是那麼容易矯正的。

 

    可是,如果你見到沃利,千萬不要拿這件事恭維他,因為他正為此後悔不迭呢。他跟學生說,如果誰能證明他並不是第一個使用這個詞的人,他願意提供兩百塊錢的獎金。為什麼他要感到後悔呢?這要從他何以發明了這個詞說起。

 

    研究氣候科學史的美國科學史家沃特(S.Weart)有句話說得好:科學家和大眾的想法是協同並進的。在環保主義興起之前,人們對氣候災難的設想一般是冰期的嚴寒,而溫度的上升通常意味著人類文明的繁榮。因而在80年代之前,當科學家提起20世紀相對於小冰期的氣候時,常使用benign(溫和、良好)等褒義詞。

 

    對冰期的恐懼曾在70年代初的世界糧食危機中達到高潮。當時沃利正在哥倫比亞大學Lamont-Doherty地球觀測所,為一位從蘇聯社會主義陣營「逃脫」的地質學家庫克拉(G.Kukla)積極遊說,試圖將其留在美國。庫克拉自己也很爭氣,在僅一年的訪學期內,就代表Lamont-Doherty地球觀測所致信尼克森總統,警告說下一個冰期很可能在一個世紀內到來,而蘇聯已經在考慮這個問題了!冷戰時期,什麼事一旦涉及到蘇聯,美國就不淡定。這之後關於氣候變化的問題開始列入美國的政治議程。而也就是在這個時期,沃利發表了他那篇著名的論文——「氣候變化:我們正處於明顯的全球變暖邊緣嗎?」(Science,1975)

 

    除了發明了「全球變暖」以外,這篇文章還清楚地回答了「CO2數據與氣溫趨勢不匹配」的難題。CO2會導致氣溫上升作為一種理論在19世紀就出現了,直到1958年才開始有觀測數據。雖然這個值是上升的,與化石能源消耗的曲線一致,可卻與氣溫趨勢不一致(氣溫1940~1970年下降)。這曾讓科學界對CO2的關注停滯了一陣子。可是除了這個基於簡單的物理機製得出的看似「必然」的結論之外,沒有其他理論更適合作為預測基礎。

 

    氣候的天文周期理論涉及的是萬年尺度的氣候變化,對氣候預測幾乎沒用;曾短暫流行的人類排放氣溶膠導致降溫的理論(理論值與歐洲北部觀測數據一致)基本是個坑,因為氣溶膠的作用極為複雜。其實沃利提出的「破解辦法」在當時就是矮子裡拔將軍:用氣候模型算出CO2升溫效應,與冰芯代用資料得出的「周期外推」結果,二者疊加得出:「降溫必將結束,CO2必將變成主要作用。」雖然到2000年這個預測都「應驗」了,但之後又不靈了。如果沒有這場「冰與火」之戰,沃利或許不會像他的好朋友庫克拉那樣,急於發表尚不確定的言論;可是不管哪種危言聳聽,帶來的都是對氣候學研究的資源投入。

 

    這之後,沃利對碳循環研究做出了奠基性的貢獻,很多公開評價,都將這些(而不是「大洋傳送帶」)作為他對氣候學最重要的貢獻。但是悔其少作的他,如今對CO2氣候作用的模型預測也不像當初那樣推崇,這可能是他後悔年輕時說了大話的一個原因。

 

    兩種不完善的推測方法,信哪一個?

 

    「在模型能夠令人滿意地再現過去之前,對化石燃料CO2排放影響的預測仍將存疑」,這是沃利在序言中告訴讀者的,因為有人批評他的書很少提到計算機模型。

 

    目前氣候研究中的兩個主要方法,一是代用資料(樹輪、冰芯等)代替缺少的「觀測值」,一是數學模式模擬代表物理機制產生作用的過程。一般來說,用代用資料重建的氣候變化,如果能用模型模擬出來,就被認為是可靠的;相應的,若某種模式正好能夠後測(「預測」過去)代用資料建立的結果,則認為這種模式是可靠的,其預測能力就顯得比較高。之所以需要相互參照,是因為這兩種主要方法都有比較顯著的不確定性。問題是,當兩者不符的時候,信哪個?

 

    沃利此書中,兩種情況都有。最值得一講的是,關於「大洋傳送帶」的想法,本身正是受代用資料得出的一個錯誤結論啟發而來。

 

    如果CO2是導致氣候變化的主要原因,那麼歷史上的氣候變化必然伴隨著CO2濃度的變化。1984年,瑞典的奧什格爾(H.Oe⁃schger)報告了格陵蘭南部冰芯中CO2隨溫度變化而劇烈變化的發現。這不僅令科學家開始重視千年尺度氣候變化的意義,也讓他們更加相信CO2與氣候變化的關係。沃利以及其他人對這個錯誤常常輕描淡寫。事實上,幾年後奧什格爾在IPCC第一次評估報告中擔任第一章的主筆(四人之一),將這個結果寫進了報告(11頁)。事後證明,奧什格爾的發現只是格陵蘭冰貯存過程中發生的化學變化。要知道,確認這是個錯誤總共用了9年(1984~1993)!沒有這個錯誤,還會有沃利的「大洋傳送帶」嗎?會減少科學家對CO2的關注嗎?這很難回答。

 

    有意思的是,這個錯誤為何能被發現?是因為,CO2的大幅度變化,僅出現於格陵蘭冰芯和北大西洋沿岸,已知的任何機制都不能解釋這個現象,換句話說,這個發現難以被模型化(J.D.Robert,1993)。

 

    在這個例子裡沃利承認觀測是錯的,是因為這與他的碳循環理論相牴觸。但更多的時候,選擇的標準並不那麼清晰。沃利曾一度相信,即使沒有大量北極融冰稀釋北大西洋的海水,僅靠全球變暖帶來的降水增加就能導致傳送帶的減弱甚至關閉。這是當時氣候模型給出的結果。但在此書中,他又選擇相信另一種模型,即隨著全球變暖,全球水供應會減少。這主要是因為他在歷史冰期找到了觀測證據(當然是間接的)。

 

    代用資料和模型的「架」打了不是一兩次了。跳出沃利的書,最有趣的一件事是所謂「全新世溫度變化之謎」(2014):同樣是對全新世氣溫變化的重建,利用3種氣候模式分別模擬出的結果與利用73種代用資料重建的結果,前者升高0.5℃,後者降低0.5℃。這兩者出現偏差的原因,尚未達到「觀察和理論之關係」的哲學高度,最大的問題還僅在於人們對於複雜現象的把握能力有限,即這兩種方法都有明顯缺陷。

 

    去年Science發表了一篇對「大洋傳送帶」理論不利的論文,但爭論遠未結束。不管怎樣,沃利寫出這本書是令人讚賞的,並不是所有人都能對自己的成就和過失一併坦然處之。而它能給我們帶來的最大收穫是:科學家的說法會變。至於使他改變的那些科學之外的因素,這本書就不會明白告訴你了。

 

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