未來十年會更熱？這篇論文究竟說了什么？

編者按：看寒來暑往云卷云舒，思古往今來氣候變遷，中科院之聲與中國科學院大氣物理研究所聯合開設“大氣悟理”，為大家介紹大氣里發生的有趣故事，介紹一些與天氣、氣候和環境相關的知識。

背景：2020年6月中國科學院大氣物理研究所學者在《自然·通訊》發表了題為 Emergent constraints on future projections of the western North Pacific Subtropical High 的學術論文，認為在一種極高溫室氣體排放情景下，到2100年，影響我國夏季氣候的西北太平洋副熱帶高壓會增強，而此前由于不同氣候模式預估結果彼此之間差異較大，無法給出確切的結論。為何突然要關注這個論文？是因為近日有網友關注到了這篇論文，但是解讀過程中出現了偏差，引起了部分網民的恐慌。為此，中科院之聲特意請論文作者來告訴大家，這篇論文究竟講了些什么。

（截圖來自網絡）

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近年來極端天氣氣候事件頻發，比如2020年長江流域的嚴重洪澇，2021年鄭州的極端暴雨，以及今年夏季南方的極端高溫。這類極端事件一旦發生就會對經濟與社會造成嚴重影響，因此公眾愈發關注氣象災害的預警問題。氣象災害的預測涵蓋不同的時間尺度，影響不同尺度變化的因子也不盡相同，例如對未來幾小時到十天左右的預報稱為“天氣預報（weather forecast）”，對未來幾個月到一年的氣候預測被稱為“月-季-年短期氣候預測 (seasonal prediction)”，而對未來十年到三十年的預測稱為“年代際預測（decadal prediction）”，而近百年尺度的預測稱為“氣候預估（climate projection）”（圖1）。這篇論文關注的是氣候預估問題。

圖1 不同時間尺度上氣象變量的變化特征以及對相應預測活動的稱謂。

氣候預估有別于預報或預測，它考察的是氣候系統對于未來溫室氣體、氣溶膠等排放的響應。因此，需要事先設定特定的未來社會經濟發展情景。不同情景對應不同的溫室氣體、氣溶膠排放路徑，涉及不同的能源政策，如化石能源和清潔能源的使用等。通過比較不同情景下的氣候預估結果及其氣候影響，能夠為未來采取何種發展方式提供科學參考。

設定了未來發展情景，如何開展氣候預估？這就需要借助氣候系統模式。氣候模式是基于數學、物理、化學等自然定律編寫的計算機程序，用來模擬大氣圈、水圈、冰凍圈、生物圈和巖石圈表層五大圈層的運動、變化以及圈層間物質和能量的交換過程。由于氣候模式非常復雜，同時受當前科技水平限制，對一些重要物理過程還不能夠準確描述（比如云的形成和演變，以及與環流的相互作用），不同研發機構在模式中表示這些過程時會采用繁簡不同的方案，從而即使給定相同的溫室氣體和氣溶膠排放，不同模式的響應也會存在顯著差異，這種差異被稱為“不確定性”。減少不確定性、提高準確性是氣候模擬研究領域的國際前沿方向。

影響東亞夏季氣候的主要環流系統包括西北太平洋副熱帶高壓（以下簡稱西太副高），此前關于西太副高長期變化的預估研究發現模式間差異很大。圍繞著減少預估不確定性，克服模式偏差問題，中國科學院大氣物理研究所學者采用了國際上被稱為“涌現約束（emergent constraint）”的方法。它的基本原理是根據當前氣候狀態與未來狀態之間的可靠物理聯系，利用當前豐富的觀測資料來對氣候模式的原始預估結果的偏差進行訂正。這種方法在國際上被證明能夠有效減少氣候敏感度、極地氣候預估等的不確定性。

大氣所學者研究發現模式在某些關鍵區域的海表溫度偏差，通過一系列物理機制傳導到未來，影響氣候預估結果。為了清楚展示溫室氣體的影響，他們采用了一個極高排放情景（RCP8.5，意味著不進行任何減排行動，一直依賴化石能源發展經濟），當利用觀測的海表溫度對模式偏差進行訂正后，相對于原始模式結果，訂正后的結果呈現西太副高增強的特征，同時多模式預估結果的不確定性減少了45%。最近，他們又針對新一代氣候模式“過熱”導致的預估偏差問題，在“涌現約束”的思想下，顯著減少了模式對亞洲、非洲季風區未來降水變化的高估。

應對氣候變化需要結合不同溫室氣體排放情景開展氣候預估，為克服當前氣候模式偏差影響，提升預估結果可信度，涌現約束技術在國際上得到迅速發展，大氣所學者的相關研究針對東亞和季風區長期氣候變化的預估問題，提出了有效的解決方案，減少了模式結果的不確定性，為適應和減緩長期氣候變化的影響提供了重要的科學參考。

所以說，這篇論文不涉及未來10年的溫度預測問題，更沒有提出、也不支持“今年是未來10年最涼爽的一年”這一結論。有關微博公號的提法是對論文原意的曲解。

參考資料：

1. Brient, F., 2020: Reducing uncertainties in climate projections with emergent constraints: Concepts, examples and prospects. Adv. Atmos. Sci., 37(1), 1?15, https://doi.org/10.1007/s00376-019-9140-8

2. Lu, J. H., 2020: Constraining the emergent constraints. Adv. Atmos. Sci., 37(1), 16?17, https://doi.org/10.1007/s00376-019-9205-8

3. Cox, P., Huntingford, C. & Williamson, M. 2018: Emergent constraint on equilibrium climate sensitivity from global temperature variability. Nature 553, 319–322. https://doi.org/10.1038/nature25450

4. Boé, J., Hall, A. & Qu, X. 2009: September sea-ice cover in the Arctic Ocean projected to vanish by 2100. Nature Geosci 2, 341–343, https://doi.org/10.1038/ngeo467

5. Chen, X., Zhou, T., Wu, P., Guo, Z. & Wang, M. 2020: Emergent constraints on future projections of the western North Pacific Subtropical High. Nature Communications, 11, 2802, doi: 10.1038/s41467-020-16631-9

6. 周天軍，陳曉龍. 氣候模式過高估計了全球變暖？真相是什么？《知識分子》，2022年07月29日，https://mp.weixin.qq.com/s/XVvk66rvfQ6dwjYvbfOizQ

7. Chen, Z., Zhou T., Chen X., et al. 2022. Observationally constrained projection of Afro-Asian monsoon precipitation. Nature Communications, 13,2552, https://doi.10.1038/s41467-022-30106-z