屡破极值的高温热浪特大暴雨，持续数月的山火干旱，“超长待机”的台风，近年来，全世界各地的气象纪录正在越来越频繁地被刷新。人们急需寻找一个答案——为什么极端天气事件越来越多了？
这正是英国科学家弗雷迪·奥托（Frederike Otto）试图回答的问题。她和一群来自世界各地的研究人员被称作“天气侦探”，他们针对世界各地发生的极端天气事件，进行深入严格的统计分析，并尽可能快地给出科学的解释。
21世纪初，一群科学家开始关注气候变化对极端天气事件的影响。今天，该研究领域已经发展成为一门独立科学——气候归因科学（Climate Attribution Science）。这类研究旨在极端天气事件发生后，帮助公众及时了解事件发生的可能原因，以及人类行为如何加剧这些事件的影响，进而使政府和全社会能够提前调整和完善防灾救灾策略。
归因研究让我们得以一窥正在不断变暖世界的未来，使正在遭受的一系列灾难与气候变化之间的联系更加清晰，让我们能够以全新的方式思考气候与人类社会脆弱性之间的关系。因为灾难的原因之一就是我们自己。
由于在气候归因领域的贡献，2021年奥托被《自然》评为十位塑造科学的人物之一，同年她还被《时代》杂志评为100位最具影响力的人物之一。
“如果我们想阻止气候发生更大的变化，将气候变化的含义与每个人的日常生活经验联系起来是非常重要的一部分，这就是我做这项工作的原因。”奥托对澎湃新闻（www.thepaper.cn）说道。
然而科学也有其局限。“我们知道未来会发生更多极端天气事件，因为人类仍在使地球变暖。”奥托说道，“我们生活在一个为少数人谋取最大利益而损害大多数人利益的世界里，气候变化也是如此。”
气候变化是暴雨洪水“推手”？
3月19日，中国气象科学研究院副研究员孙劭来到美国南加州访问交流。此时的加州正在接近一场长达数月的漫长雨季的尾声。
2022年12月31日至2023年3月25日期间，加利福尼亚州经历了至少12次由“大气河流”（Atmospheric rivers）引发的强降雨事件，导致的洪水造成至少22人丧生。所谓“大气河流”，指的是由大气流动形成的一条水汽输送带，将热带亚热带海域的大量水汽传输到更高纬度地区形成降水，可以携带比美国第一大河密西西比河口平均流量多10倍以上的水量。
“我刚到美国的那两周还是阴雨天气，这在当地是很反常的。这个冬季加州的降雨特别多，我在外面看到一些地方的草长得比人还高。而且今年的冬季加州一些地方遇到了接近零度的低温天气。这些都是近10年来没有发生过的。”孙劭对澎湃新闻说。
几个月后，中国华北地区在7月29日至8月1日期间，经历了1964年以来最猛烈的降雨事件。从某种程度上来说，这也是一次“大气河流”远距离水汽输送导致的极端降雨事件。
这一事件的直接原因是台风“杜苏芮”和副热带高压的共同影响，形成了中国东部的南北水汽输送通道。随着水汽向北移动，遇到了太行山脉和燕山山脉的阻挡，在太行山脉东部形成强降雨。同时，西太平洋台风“卡努”也在副热带高压引导下向中国北方输送大量水汽。这两个台风的水汽在华北平原汇聚导致了这次破纪录的强降雨事件。
在孙劭看来，近日发生的华北暴雨事件与两年前的河南大暴雨在成因上存在一定的共性，都是在双台风和副热带高压的共同作用下，巨量水汽源源不断向北输送，两条水汽输送带汇聚后，遭遇地形抬升作用，在山前辐合抬升形成暴雨。
“这种天气系统只要能维持数小时至一整天，就足够引发极端降雨过程。反过来说，所述条件缺一不可，只要少了一样，降雨强度就会明显降低。”孙劭说。
在中国，气候变化仍是一个在极端天气事件发生后较少提及的关键词。但在国际科学界，却是一个屡屡被提及的背景。
目前科学界的一个共识是，气候变化可以通过大气中的水汽含量增加影响降雨强度。这是因为，全球变暖导致海水表面温度上升，蒸发效率提升，较暖的大气“含有”更多水分。空气温度每上升1°C，大气中水分就可以增加7%。因此，这种情况降水量会增加。这就解释了为什么气候变化导致全球极端降雨增加。但孙劭进一步提醒，水汽含量的增加可导致总降雨量、降雨强度和影响范围的增大，但认为降雨的持续时间会随之延长目前是缺乏科学依据的。
全球气候科学最权威的联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次报告（2021）对上述结论给予认可。报告还进一步指出，由于认为原因导致的气候变化，自20世纪50年代以来，世界大部分地区极端降雨都变得更为频繁和强烈，欧洲、亚洲大部、北美中东部以及南美洲、非洲和澳大利亚的部分地区尤其如此；上述地区的洪水也可能变得更加频繁和严重，尽管还有其他人为因素也会产生影响。
其次，更复杂的联系来自于气候变化也会影响强降雨发生条件出现的频率，例如风暴和突发风暴，而这些条件又来自复杂的天气现象和某些大气环流模式。
例如，在谈及气候变化与台风的联系时，孙劭一方面认同海温升高和水汽含量增加会更容易形成强台风的说法，另一方面指出气候变化不能解释双台风现象，“实际上，随着全球变暖，过往三十年间台风的生成数量并没有明显变化。气候变暖的直接影响是台风路径北移；温暖的海水为台风提供了能量源，同时热带和温带之间的温度梯度减弱，意味着热带气旋将能够更有效地将水汽输送到更深远的内陆地区。”孙劭说。
回溯2021年的河南暴雨，省会城市郑州市三天的降雨量几乎相当于该地的平均年降水量。中国科学院和北京大学的专家团队事后发表的气候归因研究发现，人为的气候变化使这场极端事件降雨量增加了7.5%。
国家气候中心主任巢清尘近日在接受媒体采访时指出，本世纪以来，我国全国范围内极端强降水的频次在不断增加，强度也在变大。在可预见的未来，全球变暖下我国降水量整体呈现增长趋势，从地域来看，原来强降水在南方更频发，但这些年发现，强降雨在北方有增长的趋势。
过去12年内，华北平原地区出现了数次特大暴雨事件，造成了严重社会经济影响。不过孙劭和大多数气候专家指出，这并不意味着我国“南旱北涝”的新格局出现。
“我国气候的基本格局是南方降水多于北方。在气候变化加剧的背景下，北方地区的极端降雨事件呈现多发和强发的趋势，但不会改变原有气候格局。”孙劭表示，“气候变化影响下，我国大部地区的总降雨量在未来都会有所增加，“按百分率算，北方的增加速率可能会高于南方；按绝对值算，则仍是南方地区的增量更为显著。”
揭开气候归因面纱
2003年1月，当泰晤士河的洪水不断地上涨，慢慢逼近牛津大学教授迈尔斯·艾伦（Myles Allen）位于英国牛津南部的家时，他正在起草一篇后来发表在《自然》杂志上的评论《气候变化的责任》。
他写道，“将极端天气事件归咎于气候变化也许并非总是不可能的——然而鉴于我们目前对气候系统的了解状况，可能还难以做到。如果研究人员能够取得突破性进展，科学可能可以将极端天气与气候变化联系起来。”
“我当时在想：作为一个科学家，如何用量化的方法来计算出因气候变化而导致特定事件发生的风险程度。”艾伦回忆起这段经历时对澎湃新闻说道。
艾伦是全球顶尖的地球系统科学学者，也是气候问题的专家，曾在联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）任职。就在那一年，艾伦和牛津大学的同事彼得·斯托特（Peter Scott）共同在《自然》杂志上发表了一篇论文。该论文表明，人类引起的气候变化很可能会使类似于2003年欧洲发生的罕见高温天气（造成超过7万人死亡）的风险增加一倍以上。
这篇文章被认为是世界上第一份极端天气事件归因研究——即探讨极端天气事件与气候变化之间的科学关联，从而开始把极端天气的归因从科学上的不可能转变为一个新兴的研究领域。
此后20年里，归因科学开始逐步生根发芽。全球气候学家研究了世界各地的多种天气事件，包括极端高温、强降雨和洪水、热带气旋和干旱。艾伦当时的直觉是正确的，极端事件的归因不仅是可能的，而且成为了气候科学中发展最迅速的一个前沿领域。
2021年，作为全世界最权威的气候研究组织，政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新的第六份评估报告中第一次明确指出，根据越来越多“极端天气事件归因”的研究证据，人类活动导致的温室气体排放，需要为气候变化及其日益频繁发生的极端天气事件负责。首次确认了气候归因的必要性和重要性。
气候归因对奥托而言像一场冥冥之中的意外之旅。2011年，奥托在柏林取得博士学位后，搬到伦敦，任职于牛津大学环境变化研究所。彼时在牛津大学的艾伦送给她一个珍贵的原始气候数据库。“当时迈尔斯对我说，‘我们这里有一大堆气候数据，尽管去做你想做的’。”奥托回忆道。
2015年，奥托参与创建了世界天气归因（World Weather Attribution，WWA）组织，这个国际研究倡议行动的目的是迅速发表有关一些特定极端天气事件的科学事实。
那么，科学家是如何通过气候归因找寻出气候变化与极端天气事件关联的？
奥托和孙劭向澎湃新闻解释，首先，需要选择一个具有显著影响和重要意义的重大天气气候事件，例如暴雨、干旱、热浪等。该事件应该在时间和地理上有足够的影响。
“我们会考虑该事件是否发生在还没有进行过太多研究的地方，是否可以获得有效数据和模型来展开研究。”奥托说。
数据收集是决定气候归因工作是否能够进行的关键要素之一，包括气象观测数据（温度、降水、风速等）、地表数据（土壤湿度、植被等）、海洋数据（海温、海洋环流等）以及其他环境数据。相较于能够及时收集数据同时拥有雄厚科研基础的发达国家，气候归因在发展中国家和地区的运用往往会因诸多限制而寸步难行。
孙劭介绍，获取数据后，科学家们对事件期间的气象数据进行详细分析，以了解事件的发展过程、时空分布以及可能的影响因素。然后进一步进行模拟和归因分析。
科学家们会使用气候模型模拟一套真实世界的气候环境，而另一套模型则构建了一个没有人类活动产生温室气体的气候环境。通过对两套模型的模拟测算，分析出气候变化对于极端天气产生几率的“贡献”。
气候归因科学的起步阶段曾饱受争议。许多科学家们对单一极端天气气候事件与人为的气候变化之间的关联性仍持“不愿多谈”的模糊态度，认为“模型不够好”。
面对这些质疑，奥托解释了一道核心程序：同行评审，所有的研究方法，都必须获得同行们的普遍认可。另一方面，极致的透明度是支撑研究可信度的重要支柱。“所有数据都是公开的，所有研究方法都有详细的介绍，人人都可以重现研究，看看他们是否能得到相同的结论。”奥托说。
尽管气候归因可以告诉我们许多，但它也并非没有局限。
“目前我们还不能对暴雨强度和降雨持续时间进行单独归因，因为还没有气候模型能得出精准定论，”孙劭的观点与奥托基本一致，“我们只能通过气候模型确认在我国强降雨会越来越频繁地发生。”
奥托强调，认为气候变化是导致极端天气事件的唯一原因也是一个误区。“如果一个重度吸烟者患上肺癌，我们不能说香烟引发了癌症，但可以说香烟对身体造成的危害增加了癌症发病的概率。同样，气候变化不会引发天气事件，因为所有天气事件背后都有多种原因。但气候变化会影响事件发生的概率和强度。因此，我们需要了解气候变化如何对个别天气事件产生影响。科学家可通过极端事件归因提供答案。”她说。
此外，不同类型的极端天气气候事件的归因准确性也存在差异。目前正在研究加拿大野火的奥托团队发现，对野火的归因研究，需要分析温度变化，需要分析上个季节的降雨量，还需要分析湿度和风力。
“野火非常复杂，相较于只需查看温度和降雨量的热浪和强降雨，野火归因需要耗费更多时间。”她说。
除野火外，棘手的归因研究还有干旱和风暴。干旱往往是多种因素共同作用的结果，干旱取决于往年的降雨量和干旱期间的降雨量，以及植被类型，“如果是树木，水分会保留在土壤中，但如果是土壤则会很快干燥。”对于风暴，奥托表示，目前还没有足够准确的观测数据和模型来说明这类问题。
相较于其他极端天气气候事件，对热浪和暴雨的归因研究是最具说服力的。“如果出现热浪，我们总是可以很自信地说，由于气候变化，天气变得更热，更有可能出现暴雨。在全球范围内，我们也确实看到，由于气候变化，暴雨变得更加严重，这一点非常有说服力，但对于其他类型的事件，不能做出这样的推断。”奥托说。
如何面对更极端的未来
了解气候归因，对于现实社会和未来有着怎样的意义？
正确的认知是应对极端天气事件的第一道防线。奥托认为对于气候变化如何影响天气，人们仍然非常缺乏了解。
“很多人认为发生的一切糟糕的事情都是由于气候变化造成的，或者和气候变化毫无关系。这都是误解。”她说。
奥托认为，部分原因是因为负责日常天气预报的气象学家和研究长期气候变化的气候学家之间存在的分歧，但气候归因研究正使得两者逐渐走到了一起。
在长期从事各种气候归因研究后，奥托发现，人口和地区的脆弱性是对于极端天气事件是否会成为灾难的决定性因素。
“气象原因有时不是制造灾难的决定性因素，判断出现在该地区的极端天气是否能被称为灾难，必须考虑到事发时该地区的脆弱性。在有些地方，因为从来没遇到过这样的事，所以防范意识差。”孙劭说。
奥托也同意，提高公众意识以及完善预警系统是当前防灾工作的重中之重。奥托提到2021年的欧洲洪水，至少有243人在洪水中死亡，“德国是一个富裕的国家，仍然有人死于洪水。人们死亡是因为当地政府没有落实任何真正有效的预警系统。”她说。
消除社会不公是奥托从事气候变化研究的动力。“气候变化正在加剧不平等。”她说。“气候危机的加剧将首先威胁到弱势群体，使他们面临失去生计，或者因价格上涨而无力购买食品的风险，而富人则有足够的手段来适应。”
贫穷人群受到气候变化影响最严重，在欧洲或美国，死于热浪的人多是低收入人群，他们只能住在隔热性能差的房子里，而且通常是在空气污染非常严重的地区。奥托表示，“富裕人群可以轻而易举地规避气候变化的影响，我认为这就是为什么什么都不会发生的原因，因为我们生活在一个为少数人谋取最大利益而损害大多数人利益的世界里，气候变化也是如此，富人应该为气候变化付上最大的责任。”奥托说。
在南半球国家，气候归因研究也更加困难，因为那里往往缺乏可靠的气候数据，而且当地的研究能力也有限。但这些地区是最容易受到气候变化及其可能引发的极端天气影响的地方。奥托希望低收入国家能够在富裕国家的支持下，在未来几年加强这些领域的研究。
正是这种有些政治化的立场引来了对奥托的一些批评，他们指责气候科学家应该专注进行科学研究，但对其他事情保持沉默。
对此，奥托的回应是：“没有中立的科学家。”她说，“我们提出的问题总是受到我们的价值观、谁在资助我们、我们住在哪里的影响。让科学变得透明才是真正的科学——而不是假装它没有发生。”
在与澎湃新闻的交谈过程中，奥托几度谈到停止燃烧化石燃料的重要性：只要世界继续燃烧化石燃料，极端事件就会变得更加极端，尤其是热浪。因为愈发极端的高温，靠化石燃料供能的空调长时间地运转，恶性循环的齿轮也随之运转。
随着气候归因科学日渐成熟，许多来自法律领域的专家为气候归因的现实价值开辟出一种新的可能性——气候归因科学以证据的形式介入法庭案件等公共诉讼领域。在2021年发表于《自然气候变化》的一项研究中，奥托与其合作学者通过分析全球73起气候诉讼案件发现，其使用的证据已经过时十年。
“在政策制定方面，一切进展得非常缓慢，受气候变化影响的人群几乎得不到任何补偿或帮助。”在奥托看来，目前的损失和损害仍由被损害方承担，即使这些损失和损害是燃烧化石燃料所致。“许多律师认为，我们可以借助法庭来加快气候变化行动。”
目前，德国法院正在审理一起案件，一位秘鲁农民起诉了德国最大的化石燃料公司莱茵集团（RWE），声称莱茵集团一直是温室气体的主要排放者，温室气体导致冰川退缩，增加了该地区发生洪水的风险。无独有偶，美国俄勒冈州的俄勒冈市在今年6月提起诉讼，控告大型石油和天然气公司在2021年的热浪中造成的损失。奥托坦言：“这些案件到目前为止还没有成功，但显然尝试是很重要的。”
有人经常会将气候变化问题比作电影《不要抬头》里的故事。莱昂纳多·迪卡普里奥饰演的学者发出警告，一颗小行星将在六个月内撞击地球，但发现没有人愿意听。
但奥托不认为这是一个恰当的比喻，“我是一个乐观的人。如果我们想阻止气候变化加剧，将气候变化的含义与我们的日常经验联系起来是其中的重要部分。换言之，将资金投资于人，投资于早期预警系统，投资于社会保障系统，投资于更好的医疗系统，这才是真正对人们有帮助的。气候变化是一个有技术解决方案的社会问题。”
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