地球的氣候未來是不確定的，但世界需要為變化做好準備。
輸入氣候模擬，利用眾所周知的物理定律和方程式重新創建陸地、海洋和天空之間的物理相互作用。這些模型可以藉助從岩石和冰芯收集的數據來回顧過去並重建古代冰河時期或溫室世界。
但氣候科學家也利用這些模擬來設想一系列不同的可能的未來，特別是應對改變氣候的溫室氣體排放。這些選擇你自己的冒險–類型情境旨在預測未來幾十年不同排放量會導致什麼結果。這意味著對以下問題的答案設定上限和下限：天氣會變得多熱？海平面將會上升多高？
好消息是，氣候模擬在重現氣候變遷最微妙的方面方面正在變得越來越好，例如雲的複雜物理原理、氣溶膠的影響以及海洋從大氣中吸收熱量的能力。
但也有壞消息：更多資訊並不總是意味著更清晰。現在，這加劇了人們對「最壞情況」對地球氣候可能有多糟糕的不確定性。
五年前，可能出現的最糟糕的氣候情景就已經足夠令人擔憂了。在所謂的「一切照舊」情境下，即人類不採取行動減少溫室氣體排放，到 2100 年，地球將預計變暖相對於 1986 年至 2005 年地球平均溫度，溫度上升 2.6 至 4.8 攝氏度（序號：2014 年 4 月 13 日）。全球平均海平面根據政府間氣候變遷專門委員會 (IPCC) 2014 年的報告，在同樣的情況下，水位可能會增加一公尺。
但最新一代的氣候模型表明，地球氣候對大氣中二氧化碳含量非常高的影響可能比以前想像的更敏感。反過來，這也增加了人們對天氣可能變得有多熱的預測。
「我們正在討論『我們相信這些模型嗎？』」科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心 (NCAR) 的氣候科學家 Andrew Gettelman 說。
這是因為模擬使用相同的方程式來研究過去和未來的氣候條件。許多模擬仍然難以準確地重現過去非常溫暖時期的氣候，例如始新世（序號：2015 年 11 月 3 日）。事實證明，隨著世界變得越來越熱，不確定性開始增加。 「沒有人爭論[溫度升高]是否會低於 2 度，」Gettelman 說。 “我們正在爭論高端。”
調高熱量
今年三月，在巴塞隆納舉行的一次致力於下一代氣候模擬的科學家和建模師會議上，人們第一次感覺到最新模型出現了非常奇怪的情況。許多模擬結果將納入下一份 IPCC 評估報告中，該報告的第一部分計劃於 2021 年 4 月發布。
所有模擬都包括對平衡氣候敏感性（ECS）的估計。這基本上意味著地球未來的氣候將如何應對新常態——具體來說，大氣中二氧化碳含量是工業化前的兩倍。
NCAR、美國能源部、英國埃克塞特哈德利氣候預測和研究中心以及巴黎皮埃爾·西蒙·拉普拉斯研究所（IPSL）的團隊開發的幾個著名模擬也顯示了類似的趨勢。在這些模型中，ECS 更高，這意味著地球對二氧化碳比前幾代模型更敏感。如果這是真的，這顯示這些氣體對地球大氣層的影響比想像的還要大。最終，這可能意味著氣溫可能會比之前預測的最高溫度還要高。
9 月，IPSL 和同樣位於巴黎的法國國家科學研究中心 (CNRS) 的科學家公開了他們的模擬結果。根據兩個獨立氣候模型的預測，研究小組報告稱，到 2100 年，全球平均暖化最高氣溫可達攝氏 6 至 7 度相對於前工業時代（或約華氏 11 至 13 度）。
與許多新一代氣候模擬一樣，這兩個法國模型比過去的模擬具有更精細的分辨率和更好地再現現實世界條件。 CNRS 氣候學家 Olivier Boucher 表示，當根據目前的氣候觀測結果進行測試時，新的模擬也可以更好地再現這些觀測結果。
但高 ECS 仍然令人驚訝。鮑徹說，就物理學而言，「我們的[模型]更好」。 “但這並不會自動轉化為對未來的預測更有信心。”
許多模型仍然顯示出這個 ECS 難題，11 月 21 日在華盛頓特區舉行的美國國家科學院大氣與氣候科學委員會會議上再次出現。雲將加劇暖化（序號：2014 年 3 月 22 日）。除其他因素外，雲在大氣中的高度也很重要：低空雲可以將陽光反射回太空，而高空雲可以捕捉熱量。 Gettelman 和他的同事也在 7 月討論了雲端在 ECS 建模中的重要性。地球物理研究通訊。
「高緯度地區的雲看起來非常重要，」格特曼說。南大洋上空的地區是特別令人感興趣的地區之一，但目前正在進行研究來檢驗北極高空雲以及熱帶低空雲的影響。
一個新的範式
不知道如何討論高 ECS 模型可能會讓下一份 IPCC 報告的作者感到頭痛。氣候模擬的情況在其他方面也變得更加複雜。
在 2014 年 IPCC 報告中，氣候建模者也參與了專案的第五次迭代，為氣候預測制定標準和情境。此項目稱為世界氣候研究計畫耦合模式比對項目，簡稱CMIP5。
CMIP5 的未來預測是使用「代表性集中路徑」（RCP）的概念來組織的。每條路徑都根據二氧化碳和甲烷等溫室氣體在大氣中徘徊並捕獲太陽輻射時的物理影響，勾勒出可能的氣候未來。 RCP 2.6 情境代表了溫室氣體排放量大幅且迅速遏制的地球。一切照舊的場景稱為 RCP 8.5。
IPCC 即將發布的第六次評估報告將依賴 CMIP6（新的更敏感模型）的預測。其中，RCP 已經過時，取而代之的是一種名為「共享社會經濟路徑」（SSP）的新範式。
RCP 預測僅基於不同濃度的氣體如何使大氣變暖，而 SSP 預測也考慮了社會變化，例如人口結構、城市化、經濟成長和技術發展的變化。透過追蹤這些變化如何影響未來的氣候變化，科學家們希望 SSP 還可以幫助各國更好地評估如何實現自己在《氣候變遷框架協議》下承諾的排放目標。巴黎協定（序號: 12/12/15）。
數據驅動
在設想最壞情況時，人類行為並不是唯一的不確定性來源。科學家們也正在努力模擬冰、海洋和大氣之間複雜的物理相互作用，特別是在氣溫持續上升的情況下。
「大多數海洋的頂部都有空氣，而[一些]海洋的頂部有冰。冰在移動，冰在相互作用。這是一件非常困難的事情，」賓州州立大學的冰川學家理查德艾利說。
艾利說，氣候模型現在已經達到了可以透過將許多相互作用「耦合」到一個模擬中來重現這些相互作用的程度。這樣做是準確預測可能的未來的關鍵：這種耦合模擬揭示了這些相互作用如何相互影響，從而提高了更高溫度甚至更高海平面的可能性。
但在預測所謂的最壞情況時，仍存在許多可能的不確定性來源。例如，海平面上升的速度與覆蓋格陵蘭和南極洲的大冰蓋的速度有關將會失去冰塊流入海洋，透過熔化或塌陷（序號：2019 年 9 月 25 日）。
即使在 IPCC 的特別報告中，氣候模擬仍然沒有很好地再現融化的情況氣候變遷對冰和海洋的影響於 2019 年 10 月發布。 “我們正在取得進展，”他說，“但我們還沒有達到目標。”
里格諾特說，最大的不確定性之一是海洋暖化如何與冰原邊緣巨大的冰川相互作用，從而侵蝕它們。為了確定這種侵蝕是如何發生的，需要詳細的測深圖、海底圖表，這些圖表可以揭示深水通道，從而允許海水變暖潛入峽灣併吞噬冰河（序號：2018 年 4 月 3 日）。他和他的同事一直在為格陵蘭島製作一些地圖。
科學家也試圖獲得實地數據來解決其他不確定性，例如變暖如何改變冰蓋本身在地面上伸展、彎曲和滑動時的行為。 2018 年，一項國際科學家合作啟動了一項為期五年的項目，即時研究南極西部冰蓋中佛羅裡達州大小的思韋茨冰川的破裂。溫暖的海水正在使冰川變薄，而冰川就像支柱一樣支撐著冰蓋，減緩了冰流向海洋的速度。思韋茨很可能會在未來幾十年內崩潰。
CMIP 模型中尚未包含的其他過程可能會使冰迅速翻滾入海：融水通過裂縫和裂縫滲入冰蓋底部，潤滑其從陸地到海洋的滑動。融水也可以重新凍結成堅固、不透水的板這可以加速新的融水流入海洋（序號：2019 年 9 月 18 日）。也許最可怕的是，一些研究人員認為，未來的暖化可能會導致南極洲巨大而陡峭的冰崖突然失去大塊冰流入海洋，導致海平面快速上升（序號：2/6/19）。
艾利說，目前的氣候模型不包括冰崖假說是有充分理由的。 「最好的模型，也就是那些你最能相信它們正在重建最近發生的事情的模型，通常不會花很多精力來打破事物，」他說。問題不在於模擬冰塊破裂的物理原理，而是要準確模擬哪些冰架會破裂以及何時破裂。這使得模擬這些過程的潛在誤差非常大。
「現在社區裡的氣氛非常緊張，」艾利補充道。 “事實證明，如何處理這個問題仍然非常困難。”
IPCC 2019 年特別報告指出了冰崖假說，但認為這種可能性極小。艾利說，但這並不意味著這是不可能的——或者說這在過去沒有發生過。來自海洋沉積物的證據表明，巨大的冰山過去曾脫離大陸懸崖並在海上融化。如果思韋茨冰川一直退縮到南極洲內陸，持續的崩解可能會形成巨大的懸崖，其高度和寬度是格陵蘭島觀察到的懸崖的兩倍，他去年 12 月在美國地球物理聯合會的會議上指出年會在舊金山舉行。
艾利說，政府間氣候變遷專門委員會「假設我們很幸運，但這種情況不會發生」。但海洋沉積物數據提出了「關於這個假設的非常嚴重的問題」。
同時，蓋特曼警告說，未來預測中揮之不去的不確定性並不意味著世界應該等待看看會發生什麼或讓科學家找出答案。 「這確實意味著我們需要盡快採取行動，」他說。無論高溫或海平面上升預測是否真實，“情況仍然相當糟糕。”
