编者按：人类对气候变化的关注由来已久。早在19世纪中叶，约翰·廷德尔等欧洲科学家便从观察瑞士冰川开始，开启了对地球温度环境的关注与思考。时光流转，进入20世纪下半叶，全球变暖相关研究取得长足发展，随着研究的深入，科学家们一改前辈的乐观态度，纷纷扮演起气候危机“预警人”的角色。从对气候及气候变化的初步认知与思索，到当代对气候变化的深入研究，科学的灯塔在未知的疆域为人类指明前行方向，每一步都见证了人类认知边界的拓展与挑战。

我们将与读者一同回顾百年来气候系统及气候变化研究的历程故事，及中国在应对气候变化行动中的积极贡献与努力，共同以更加强有力的行动举措应对气候变化。

起源——“小猎犬号”上的一对“科学双胞胎”

1831年夏天，贝格尔号第二次远航在即，舰长罗伯特·菲茨罗伊将要带领着“小猎犬号”科考船出海。他的任务是对巴塔哥尼亚、火地岛和麦哲伦海峡的海岸进行考察和测定。彼时，刚从北威尔士地质考察回来的剑桥大学毕业生达尔文，经亨斯洛教授推荐，登上了“小猎犬号”。

“小猎犬号”科考船

1831年12月，“小猎犬号”驶离英国。这趟航行可谓不轻松，冰山、败血症、刺骨的寒冷，都让一行人吃尽了苦头。不过，最危险的还是海上的风云突变，常常前一秒还天朗气清，下一秒就黑云压城。但五年的航海之旅，“小猎犬号”屡次危中脱险。这与菲茨罗伊在桅杆和下桁上安装避雷针不无关系。虽然船只曾被闪电击中过几次，但从未有损失。

此外，菲茨罗伊还带了一个关键“气象仪”——风暴瓶。在密封的玻璃瓶注入蒸馏水、酒精、硝酸钾、樟脑等混合液，液体会随着气温不同，展现出不一样的羽毛结晶，这种变化能够帮助航海家预测航行中未知的天气变化及可能带来的风险。

1836年，“小猎犬号”完成任务，光荣返航。菲茨罗伊向英国海军部上交了82张图标和8张海岸线图，所有图表上都附有注解和航海指南，并被沿用了一个世纪之久。而达尔文在沿途采集的大量生物样本，包括各种千奇百怪的贝壳、骨头、岩石和昆虫等，经过20多年的研究，于1859年出版《物种起源》，标志着进化思想在人类文明史上的真正确立。

如果说进化论是达尔文对过去的解读，那么菲茨罗伊则向世人揭示了未来。

当菲茨罗伊在1854年建立只有四名职员的英国气象办公室时，他能够确信的预报原则可能只有一点：气压下降时可能会出现风暴。于是他沿着英国的海岸线建立了气象观测站网，尝试开展风暴预警。

1861年2月6日，菲茨罗伊发布了第一份欧洲海岸线风暴预警，并通过电报传输。同年8月1日，《泰晤士报》左下角一块不起眼的地方开辟了一个小专栏，标题是未来两天全英地区的天气概况。世界上第一份官方天气预报，就此诞生。

此前三十年站在甲板上的菲茨罗伊和达尔文，任海风吹拂着头发，他们也许不曾想到，二人中一人开启了进化论，一人发明了天气预报。

（本报记者刘倩根据《天气预报：一部科学探险史》《小猎犬号航海记》整理报道）

开端——人类气候研究的开端

每一个气象学子总会在求学的不同阶段遇见“傅里叶”这三个字，“傅里叶变换”“傅里叶分析”“傅里叶级数”……这些伴随学科认知的名词背后，是约瑟夫·傅里叶令人称奇的一生。

傅里叶画像

1820年之前，对于地球热量来源、传播等问题没有人答得清。傅里叶试图以数学方法解释“热”，经过不懈努力，他推导出著名的热传导方程并出版了《热的解析理论》，解决了热理论的所有基本问题，并且为三角级数理论建立了牢固的数学基础。

当然，在研究“热”的路上，傅里叶不再满足于地球系统内的“热”，于是将目光转向了更宽阔的宇宙世界——太阳对地面的辐射和地面辐射之间的能量平衡。

傅里叶发现，如果只考虑太阳辐射的热效应，那么地球应当比实际的温度更低，因此必然有其他热源。基于此，他认为，在地球表面收到的太阳辐射转化为向外的辐射——“暗热”被大气吸收，从而加热大气，并将此命名为温室效应。与温室玻璃板类似，温室玻璃允许太阳加热的射线进入，但将热量困在里面。他如此解释温室效应：“人类社会的发展和进步，加上大自然力量的作用，可能在地球的广泛地区引起地表状态、水资源分布以及大气运动等方面的显著变化。”这也被认为是人类气候研究的开端。

傅里叶对热的研究成果，在各个领域都发挥着无可替代的作用——欧姆因为热传导想到电传导，用热效应的方法实验，得到了欧姆定律；泊松用傅里叶级数研究弹性理论；电话、电视、海啸预测等都离不开傅里叶级数。

虽然从现在科学角度来看，傅里叶所做的研究及其结论略显简单，但诞生于200年前的温室效应理论在如今仍有其科学价值，彰显了傅里叶卓绝的贡献。

傅里叶说，对自然界的深入研究乃是数学发现的最富成果的源泉。在相对禁锢的年代，傅里叶勇于开拓研究新疆域，致力于用科学解释自然现象，从而改善人类生活，甚至为后世相关研究奠定了基础，他的一生可谓伟大。

（本报记者张艺博根据《气候变化研究的缘起》《2021年诺贝尔物理学奖解读：从温室效应到地球系统科学》及诺贝尔奖官网整理报道）

发展——揭开温室气体的“神秘面纱”

工业革命以来，人类活动使得大气中的温室气体含量急剧增加。如今，温室气体排放导致的气候变化，备受全球关注。

事实上，早在1856年，美国的一位女性科学家就证实了大气中的二氧化碳和水蒸气具有温室效应，其含量改变能引起气候变化，这位科学家便是尤尼斯·牛顿·富特。

19世纪，科学技术突飞猛进，催生了人类对气候问题的早期研究。法国数学家、物理学家约瑟夫·傅里叶提出了“大气层像温室一样”的假设，30多年之后，富特用严谨的科学实验验证了傅里叶的假设，并首次揭示了二氧化碳和水蒸气在温室效应中的重要作用。

烧瓶实验

富特的实验器材很简单：一个空气泵，四支温度计和两个直径4英寸、长度30英寸的玻璃圆筒。她将温度计分别放入圆筒状的玻璃瓶底部，然后给这些圆筒玻璃瓶灌满各种气体，包括极稀薄的空气、较浓的空气、湿润的空气，以及含有“碳酸”的空气（即二氧化碳）。她把这些玻璃瓶放到阳光下晒热，再移到阴凉处让它们冷却。

通过观察这些玻璃瓶的温度变化，富特发现，装着二氧化碳的玻璃瓶和含有水蒸气的玻璃瓶，比其他装着普通空气的玻璃瓶温度更高，而且它们在被置于阴凉处后保持热量的时间也更长。这一实验由此证实了含有水蒸气的湿润空气和二氧化碳是能够吸收热量的“温室气体”。

富特将这一发现写成短短的两页论文，并提出了一个“惊人”的预言：发生在装满二氧化碳的玻璃瓶里的事情，同样也可能发生在我们的地球上，如果大气层中充满这类气体，地球的温度将会升到很高。这篇论文发表在1856年的《美国科学》杂志上，在当年9月出版的杂志《科学美国人》中，她赢得了简短但热烈的赞扬：“我们很高兴，这一发现是由一名女性完成的……这充分证明了女性有能力独创、精确地研究任何科学话题。”

论文很短，研究却很重要。富特的这一发现意义重大，是温室效应和现代气候科学的关键原理之一，也是我们今天理解气候变化的基石。

（本报记者林禹彤根据《气象科技进展》、JSTOR　Daily官网整理报道）

气候变化与诺贝尔奖——站在巨人的肩膀上

2021年，一半的诺贝尔物理学奖被授予研究地球气候变暖的科学家真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼，他们因对“地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的开创性贡献而获奖。气候科学研究获得诺贝尔物理学奖，在历史上还是第一次。

目前，全球变暖正处于“风口浪尖”，而真锅淑郎早在50多年前就精准地预见了全球变暖，他是第一个基于物理定律证明二氧化碳会影响气候的人。在研究中，真锅淑郎展示了大气中二氧化碳含量的增加导致地球表面温度升高的机理，并开发了第一个可行的地球气候模型。这一模型首次考虑大气和海洋之间复杂的相互作用，包括辐射热传递的动力学和驱动全球气候的二氧化碳水平。

与真锅淑郎共获诺贝尔奖的克劳斯·哈塞尔曼创造了一个将天气和气候联系在一起的模型，从而回答了为什么气候模型在天气多变且混乱的情况下仍然可靠的问题。

哈塞尔曼利用数值模拟，将自然过程和人类活动在气候变化中留下的独特“指纹”进行区分，从而识别太阳辐射、火山爆发、气溶胶变化或温室气体浓度变化引起的气候异常。他通过首创气候变化的检测、归因和指纹识别的方法，证明了大气温度的升高是由于人类排放了过多的二氧化碳，为长期气候预测奠定了坚实科学基础。

其实早在2018年，经济学家威廉·诺德豪斯就因在气候变化经济学领域的研究获得了诺贝尔奖经济学奖。作为全球研究气候变化经济学的顶级分析师之一，诺德豪斯在20世纪70年代发展了研究全球变暖的经济学方法，为应对气候变化提供了有效途径。

评估和应对气候变化的风险与不确定性，进而寻找减缓气候变化与经济增长的“平衡点”，是诺德豪斯多年研究的主题。通过创建著名的动态综合气候－经济DICE模型，他对不同的温室气体减排政策进行了成本效益分析。该模型为多国的政策制定者提供了参考，也在一定程度上影响了人类社会应对气候变化的策略。

诺贝尔奖多次涉及气候变化，表明世界各国都在考虑采取行动以积极应对其带来的挑战。然而，面对气候变化，人类到底能做什么以及应该怎么做，仍值得多方共同研讨。正如真锅淑郎在获奖后接受采访所说：“其实我认为，制定气候政策往往比做出气候预测困难1000倍。”

未来，我们还将站在这些巨人的肩膀上，继续前行。

（本报记者罗澜根据诺贝尔奖官网、中国气象报、澎湃新闻整理报道）

科学支撑——谁在评估气候变化

人类对气候变化并非一开始就看得很清楚，而是经过了漫长的认知过程。这期间，需要严谨的科学研究和有力的证据来说明。

今天，我们看到最新评估结果显示，地球正在加快“发烧”。一张图对气候变化做了直观而清晰的说明：工业革命以来，全球地表平均温度呈持续上升趋势，2011—2020年十年间全球地表平均温度比工业化前升高了1.09℃。

那么，这些权威评估是谁来做的？

这就要提到联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）。IPCC是开展全球气候变化科学评估的权威组织，1988年由世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）联合建立，其职责是以科学问题为切入点，对全球范围内有关气候变化及其影响以及减缓和适应气候变化措施的科学、技术、社会、经济方面的信息进行科学评估，并根据需求为联合国气候变化框架公约（UNFCCC）提供科学技术咨询。

当前，IPCC已进入第7个周期评估工作阶段。此前IPCC已发布一系列评估报告、特别报告、技术报告和指南等43份报告，对各国政府和科学界产生了重大影响。全球195个国家是IPCC的会员，通过审议批准IPCC的评估报告，各国政府承认其科学评估结论的权威性，评估报告在国际上的影响力也越来越大。

中国是最早参与IPCC气候变化评估报告编写的国家之一。从IPCC建立初始，中国就在其组织和工作中发挥着积极重要的作用，1988年，时任世界气象组织主席的原国家气象局局长邹竞蒙，推动了IPCC的创建，启动了国际科学评估的进程。

中国作为IPCC的倡议者、贡献者和实践者，36年来参加了IPCC历次全会和主席团会议，阐述中国关于气候变化科学评估的基本立场，在重大问题上发表中国政府的意见和建议；同时，积极推荐中国优秀科学家成为报告的作者参加历次评估报告的编写，向国际社会展示了中国最新的研究成果和观点，为科学、全面和客观评估做出了重要贡献。

中国科学家连续五次当选第一工作组联合主席，中国数百位科学家参加了IPCC评估报告、特别报告、方法学报告的编写和评审。中国对IPCC科学评估的积极参与和突出贡献，已成为中国深度参与全球气候治理、贡献中国智慧、着力推动构建人类命运共同体的一个良好范例。（赵晓妮）

笃行担当——在瓦里关建站 监测全球气候变化

瓦里关国家大气本底观测站（以下简称“瓦里关本底站”）建设在海拔3816米的青海省海南藏族自治州共和县境内的瓦里关山山顶，是目前世界上唯一地处欧亚大陆腹地的全球基准大气本底站。

瓦里关本底站全景

说起大气本底站，要回溯到1979年那个深秋，原中央气象局负责人邹竞蒙率队在美国参观了20多家气象科技单位，其中就包括全球闻名的冒纳罗亚大气本底观测站（MLO）。这次参观使大家意识到，在大气成分观测、空气污染预报及控制等方面，我国还是“空白”。

当时，邹竞蒙就提出，中国必须建立一个高标准、全球性的大气本底站，以加强全球对温室气体监测及气候变化研究，其揭示的现象和研究的成果，也是我国可持续发展战略和进行有关气候与环境变化国际公约谈判的基础资料和科学依据。

把本底站建在哪里？

本底站对于环境条件的要求十分苛严——以本底站为中心，半径50公里方圆范围内的自然地貌在50年内不能有明显改变，不能有影响观测的明显自然或人为排放源。

1989年，中国气象科学研究院在原国家气象局的指示下，多次派专家在四川、青海、新疆等地考察选址，最终确定瓦里关山作为意向性站址——地势孤立、视野开阔、空间及环境代表性较好；具备供电、用水及道路等基础条件，同时基建投资费用较低，日常管理及后勤保障等都较为方便。

通过一年多的观测论证，表明瓦里关山的有关资料与世界气象组织／全球大气观测计划（WMO／GAW）的全球资料具有很好的可比性和全球代表性。1992年，邹竞蒙代表中国政府与全球环境基金项目（GEF）在关于共同建立中国青海瓦里关国家大气本底观测站的协议书上签了字，至此拉开了瓦里关本底站建设的序幕。

在早期工程建设中，荒僻的山顶和严酷的高原环境让观测工作和工程建设变得更加艰难。气象工作者要克服高原缺氧和各种艰难困苦，坚守岗位，扎实工作。建筑材料也需要从140多公里外的西宁运来，大量的用水需从20多公里外往山上送……最终，在各方的紧密配合和努力下，1994年9月17日，瓦里关本底站挂牌并开始了业务运行。

回忆起最初的工作场景，曾作为瓦里关本底站最早一批观测员、现为中国气象局气象探测中心正高级工程师的张晓春说：“冬天积雪路滑，车开不上去，值班人员就背着东西往上爬，只为保证观测数据的准确性和连续性。虽然辛苦，却乐在其中。”

现如今，经过近30年的建设与发展，瓦里关本底站已具备了温室气体、气溶胶、反应性气体、臭氧柱总量、太阳辐射、酸雨和降水化学等对天气、气候、环境和健康等有重要影响的关键大气成分要素的高质量观测，一台台连续运转的仪器设备，一条条毫不间断的观测数据，时刻监测着影响地球“体温”的各种要素，守护着全球的气候，也警醒着我们要爱护地球家园，走一条低碳绿色高质量发展的道路。（李倩）

（图片来源：《小猎犬号航海记》、千库网 责任编辑：张明禄）