氣候變化對歐洲熱浪的影響，可以量化嗎？

撰文 | 陳鎣婕

6月底，法國、西班牙、比利時等多個歐洲國家經歷了罕見的高溫，法國南部地區創下了45.9攝氏度的高溫紀錄。世界天氣歸因組織（World Weather Attribution）對這次熱浪進行快速評估後發現，氣候變化讓上周歐洲熱浪的發生概率提高了至少五倍。[1]

這已經不是第一次這個專註於研究「氣候變化與某次極端事件的關聯」的機構發出這樣的結果聲明了。2018年，當席捲北半球的熱浪使得北極圈內出現30攝氏度高溫時，「世界天氣歸因組織」與英國牛津大學合作發表報告指出，由人類活動導致的氣候變化讓2018年歐洲熱浪的發生可能性增加了1倍以上。[2]

中國氣象局近期發布的中國氣候變化藍皮書（2019）指出，從1951到2018年的年平均氣溫每十年升高0.24攝氏度，極端高溫事件在20世紀90年代中期之後明顯增多。

圖片來源：中國氣候變化藍皮書（2019）

一直以來，當人們遭遇到極端天氣的侵襲時，一種被廣泛認可的說法是，「極端天氣事件的增多和加劇與溫室氣體濃度上升導致的氣候變化是有關聯的「，這是一種趨勢性的結論。但長久以來，要較為準確的斷言某一個天氣事件與氣候變化的關係是困難的。不過近年來，隨著「氣候歸因」科學的發展，科學家們已經可以針對近期發生的極端天氣事件，特別是極端的溫度事件（如酷熱、極寒天氣）進行可靠的評估。

什麼是」氣候歸因」（Climate Attribution）？

氣候變化的歸因研究（Attribution of climate change），或稱「氣候歸因科學」，被定義為「利用統計上的置信區間（confidence interval)，對造成某個天氣事件的多個因素進行分析，來評估這些因素對造成這一天氣事件分別起了多大的作用。「[3] 歸因研究是當前評估全球變暖帶來的極端天氣風險的重要手段之一。

科學家們通過對比不同條件下出現極端天氣現象的概率變化，模擬單一因素對極端天氣的作用。例如，如果想要了解人類活動究竟與歐洲某地夏天的極端高溫頻發是否有關、以及有多大關係，研究者們會利用模型計算出兩種概率，第一種是正常情況下該地出現極端高溫的概率，第二種是排除所有人為因素之後該區域出現極端高溫的概率，這二者之間的比值（或相對比值）就會成為判定人為因素影響的基礎。

目前氣候歸因研究的常用模型有四種：

第一種是包含多種環流系統的耦合模型（Coupled Model Approaches）[4]。這種氣候模型的模擬最為複雜全面，通常不僅包括大氣、海洋和陸地環流，還包括有機物的循環及化學過程。同所有歸因研究的原理類似，耦合模型會計算出「現實世界」和「自然世界」這兩種情境下極端天氣事件發生概率的比率。這種模型通常被用於極端天氣現象發生後的快速評估，英國氣象局在2014年就曾利用耦合模型發布過一份氣候歸因研究結果，認為研究有90%的把握可以證明，人類活動使英國中部出現極端高溫的可能性增加了13倍。

氣候歸因研究的第二種方法主要利用包括觀測到的海平面溫度的大氣環流模型（Sea Surface Temperature Forced Atmosphere Only Model Approaches）模擬「真實」世界情境，與反事實的不包含人類活動影響的「自然」世界情境作對比。其中，大多數採用這種方法的研究會用同時包含人為因素和自然因素的「歷史」海溫情境減去僅包含自然作用力的「自然」情境，以得出排除自然因素後的變暖趨勢。2019年6月，日本氣象學家收集了近55年的氣象數據，對2018年席捲日本的高溫熱浪進行氣候歸因研究，結論為：如果沒有全球變暖的影響，2018年夏季在日本爆發的極端高溫天氣根本不會發生。[5]

第三種歸因分析方法是類比分析（Analogue-Based Approaches）。研究者通過觀察極端天氣發生時的環流特徵，選擇具有相同大氣環流特徵但發生在不同時段的極端天氣事件進行對比，從而剝離出一段時間內人類活動的影響。

研究者還會採用實證分析法（Empirical Approaches）來判斷影響極端天氣發生頻率的因素。例如，通過分析現有的氣象記錄，研究者將極端高溫累計天數與全球平均氣溫掛鉤，把降水量和大氣變暖趨勢掛鉤，對一些特定時間段的研究表明，在全球變暖的條件下全球各地出現極端高溫的次數是過去的五倍，出現極端降水的概率提高了12%，同時，18%的極端降水和75%的極端高溫與全球變暖有直接聯繫。[6]

通過氣候歸因研究，科學家已經證實，全球變暖提高了極端天氣的發生概率，擴大了極端天氣的影響範圍，一些研究甚至得出這樣的結論：如果不是人類活動造成的氣候變化，許多極端天氣事件甚至不會發生。

氣候歸因科學發展的標誌性成果與近期發現

2003年，一場極端熱浪席捲歐洲，造成超過7萬人死亡。正是從這一年開始，人們意識到個別天氣事件可能與整個氣候變化有關。牛津大學地理系統學教授邁爾斯·阿倫（Myles Allen）由此提出了事件歸因的概念，並認為人類有可能計算出因氣候變化而導致特定天氣事件的風險累計程度。2004年，英國氣象局的研究人員與牛津大學的戴西·斯通（Daithi Stone）合作，共同在《自然》雜誌上發表了一篇論文。該論文表明，人類引起的氣候變化很可能會使類似於2003年熱浪天氣的風險增加一倍以上 [7]。該研究被認為是氣候歸因科學的開始。

2018年初夏，法國中北部連日大雨引發山洪，給當地造成了超過10億歐元的經濟損失。法國研究者結合實時數據，結合多種歸因模型，計算出在過去一個世紀，全球氣候變暖讓法國塞納河流域出現極端降雨的概率提高了2.2倍，人類活動的影響還可能在不遠的將來愈演愈烈。[8]

2018年夏天，歐洲再次經歷熱浪。牛津大學與「世界天氣歸因聯盟」的研究人員把位於歐洲北部的7個氣象站自2018年5月以來的觀測數據與歷史記錄進行比較，並代入相關歸因模型。數據顯示，這些觀測站記錄的連續三天平均最高氣溫處於歷史最高點，全球變暖使這些地區出現極端高溫的幾率提高了至少兩倍。[9] 在人類活動的影響下，未來歐洲的極端高溫天氣將越來越常見。

在2019年5月發佈於日本氣象學會 SOLA 期刊的一篇論文里，，日本氣象學家對2018年7月席捲日本的高溫熱浪進行了歸因研究。日本氣象學家收集了近55年的氣象數據（JRA-55），結合歷史海溫數據、海冰厚度數據、歷史人類活動記錄和其他自然影響因素，分別模擬出從1951年至今，RCP4.5情境（IPCC第五次報告中提出的碳排放濃度路徑之一）下受到極端高溫影響的區域，和以1850年碳排放量為基準、其他因素保持一致的極端高溫影響區域，最終得出結論：如果沒有全球變暖的影響，類似18年夏季在日本爆發的極端高溫天氣根本不會發生。而一旦全球變暖突破2攝氏度，日本每年的極端高溫天數將會是現在的1.8倍。[10]

在中國，由中國氣象局國家氣候中心研究人員帶領的研究表明，自1950年以來，人類活動因素使2013年中國東部的極端高溫天氣的出現概率提高了60倍。該研究還預測今後極端天氣事件在中國會越來越頻繁。[11] 2017年的另一項來自中國的相關研究則認為，即使是在RCP4.5（中等碳排放路徑）情境下，人為因素也將增加人類在21世紀末面臨最強熱浪衝擊的風險，這可能會導致中國一半以上的地區遭受從未有過的極端高溫，這一概率將是過去的十倍。[12]

需要注意的是，目前的氣候歸因研究還需要更準確全面的數據，以排除歸因模型邊界條件的不確定性。同時，特殊的氣候條件，譬如副熱帶高壓系統和拉尼娜現象都有可能對歸因研究的結果帶來一定程度的影響。採用不同的歸因分析模型也有可能導致歸因結果有所出入。但是，一旦氣候歸因研究的主要結論被採信，就可以部分彌合普通公眾與全球變暖乃至氣候科學之間的距離，從而敦促各國政府制定更加強有力的減排政策，消除人類活動對氣候系統的影響，以應對氣候變化帶來的挑戰。

本文由致力於環境問題的獨立非營利組織中外對話供稿。

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