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就通过观测瑞士冰川，开始关注和思考地球的温度环境。随着时间的推移，20世纪下半叶，全球变暖研究取得了长足进步，随着研究的深入，科学家们一改前辈们的乐观心态，发挥了气候危机“预警”的作用。从最初对气候与气候变化的认识与思考，到当代对气候变化的深入研究，科学的灯塔为人类在未知的领域指明了方向，每一步都见证了人类认知边界的拓展与挑战。
我们将与读者一起，回顾百年来气候系统与气候变化研究的历史，以及中国为应对气候变化作出的积极贡献和努力，共同以更有力的行动应对气候变化。
来源：贝格尔号上的一对“科学双胞胎”
1831年夏天，贝格尔号即将启航，开始第二次远征。船长罗伯特·菲茨罗伊即将率领贝格尔号考察船出海，他的任务是勘测和测量巴塔哥尼亚、火地岛和麦哲伦海峡的海岸线。当时，刚从北威尔士进行地质调查归来的剑桥大学毕业生达尔文在亨斯洛教授的推荐下登上了贝格尔号。
贝格尔号科考船
1831年12月，小猎犬号离开英国。这次航行并不轻松，冰山、脓毒症、刺骨寒冷都让船员们苦不堪言。不过，最危险的还是海上风云突变，常常前一秒还是晴空万里，后一秒就乌云密布。不过在五年的航行中，小猎犬号多次脱险。这和菲茨罗伊在桅杆和下横梁上安装避雷针有关。虽然小猎犬号曾数次遭雷击，但并无损失。
此外，菲茨罗伊还带来了一件关键的“气象仪器”——风暴瓶。将蒸馏水、酒精、硝酸钾、樟脑等液体混合后注入密封的玻璃瓶中，液体会根据温度的不同呈现出不同的羽毛状晶体，这种变化可以帮助航海者预测未知的天气变化以及航行中可能出现的风险。
1836年，小猎犬号完成使命光荣回国。菲茨罗伊向英国海军部移交了82张海图和8幅海岸线图。所有海图均附有注解和航海指南，沿用了一个世纪。达尔文沿途收集了大量生物样本，包括各种奇异的贝壳、骨头、岩石和昆虫。经过20多年的研究，他于1859年出版了《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诠释，那么菲茨罗伊则向世界揭示了未来。
1854 年，菲茨罗伊成立了英国气象局，当时只有四名工作人员，他唯一可以信赖的预报原理是气压下降时可能会发生风暴。因此，他在英国海岸线沿线建立了一个气象站网络，试图开发风暴警报。
1861年2月6日，菲茨罗伊发布了欧洲第一个海岸线风暴警告，通过电报传送。同年8月1日，《泰晤士报》左下角不显眼的地方开辟了一个小专栏，标题是《未来两天英国天气概况》。世界上第一份官方天气预报就此诞生。
三十年前，菲茨罗伊和达尔文站在甲板上，任海风吹拂着头发。他们或许从未想到，他们中的一个会开创进化论，而另一个会发明天气预报。
（本报记者刘倩根据《天气预报：一部科学探索史》和《小猎犬号远航记》整理）
开始 - 人类气候研究的开始
每一位气象学专业的学生，在不同的学习阶段，都会遇到“傅里叶”这个词，“傅里叶变换”、“傅里叶分析”、“傅里叶级数”……这些伴随学术认知的名词背后，是约瑟夫·傅里叶惊艳的一生。
傅立叶肖像
1820年以前，没有人能回答地球上热的来源和传播问题。傅氏试图用数学方法来解释“热”，经过不懈的努力，他推导出著名的热传导方程，发表了《热的解析理论》，解决了热理论的所有基本问题，为三角级数理论奠定了坚实的数学基础。
当然，在研究“热”的过程中，傅氏不再满足于地球系统内部的“热”，于是，他把目光转向了更为广阔的宇宙——太阳辐射到地面与地面辐射之间的能量平衡。
傅立叶发现，如果只考虑太阳辐射的热效应，地球应该比实际更冷，因此一定有其他的热源。据此，他认为地球表面所接受的太阳辐射转化成向外辐射——“暗热”被大气吸收，从而使大气升温，并将此命名为温室效应。与温室玻璃板类似，温室玻璃允许太阳的加热射线进入，但将热量困在里面。他对温室效应的解释是：“人类社会的发展和进步，加上自然力的作用物理学家发展进程，可能引起地球大面积地表状态、水资源分布和大气运动的重大变化。”这也被认为是人类气候研究的开端。
傅里叶关于热的研究成果在各个领域发挥着不可替代的作用——欧姆因为热传导而想到电的传导，并用热效应方法进行实验，得出了欧姆定律；泊松利用傅里叶级数研究弹性理论；电话、电视、海啸预测等等都离不开傅里叶级数。
虽然从现在的科学角度看，傅立叶的研究和他的结论有些简单，但200年前诞生的温室效应理论今天仍然具有科学价值，凸显了傅立叶的杰出贡献。
傅立叶曾说，对自然的深入研究是数学发现最丰硕的源泉。在相对封闭的时代，傅立叶勇于探索新的研究前沿，致力于用科学解释自然现象，从而改善人类生活，甚至为后世的相关研究奠定了基础，他的一生可谓伟大。
（本报记者张一博根据《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”
自工业革命以来，人类活动导致大气中温室气体含量急剧增加，现今因温室气体排放而引发的气候变化已引起全球关注。
其实，早在1856年，就有一位美国女科学家证实，大气中的二氧化碳和水蒸气具有温室效应，其含量的变化会引起气候变化。这位科学家就是尤妮丝·牛顿·富特。
19世纪，科学技术突飞猛进，人们开始了对气候问题的早期研究。法国数学家、物理学家约瑟夫·傅立叶提出了大气如同温室的假说。30多年后，富特用严谨的科学实验验证了傅立叶的假说，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
富特的实验设备很简单：一台气泵、四支温度计和两个直径 4 英寸、长 30 英寸的玻璃圆筒。她把温度计放在圆柱形玻璃瓶的底部，然后在圆柱形玻璃瓶中充满各种气体，包括极其稀薄的空气、相对稠密的空气、潮湿的空气以及含有“碳酸”（即二氧化碳）的空气。她把玻璃瓶放在阳光下加热，然后再移到阴凉的地方冷却。
通过观察这些玻璃瓶的温度变化，富特发现，装有二氧化碳和水蒸气的玻璃瓶比装有普通空气的玻璃瓶更热，而且放在阴凉处后保温时间也更长。这项实验由此证实，含有水蒸气和二氧化碳的潮湿空气是能够吸收热量的“温室气体”。
富特就这一发现写了一篇短短两页的论文，并做出了“令人震惊”的预测：在装满二氧化碳的玻璃瓶中发生的事情也可能发生在我们的星球上。如果大气层充满这样的气体，地球的温度将上升到非常高的水平。这篇论文发表在1856年的美国《科学》杂志上。在《科学美国人》杂志9月刊上，她获得了简短但热烈的赞扬：“我们很高兴这一发现是由一位女性做出的……这充分证明了女性在研究任何科学课题时都具有独创性和精确性。”
论文很短，但研究意义重大。富特的发现意义重大，是温室效应和现代气候科学的关键原理之一，是我们今天理解气候变化的基石。
（本报记者林宇桐根据气象科技进展及官网整理报道）
气候变化与诺贝尔奖——站在巨人的肩膀上
2021年，诺贝尔物理学奖的一半被授予研究全球变暖的科学家真锅德郎和克劳斯·哈塞尔曼，以表彰他们在“地球气候的物理建模、量化变化以及可靠预测全球变暖”方面做出的开创性贡献。这是历史上气候科学研究首次获得诺贝尔物理学奖。
全球变暖是目前最受关注的问题，真锅德郎在50多年前就准确预测了全球变暖。他是第一个根据物理定律证明二氧化碳影响气候的人。真锅德郎在研究中展示了大气中二氧化碳含量增加导致地球表面温度升高的机制，并开发了第一个可行的地球气候模型。该模型首次考虑了大气和海洋之间的复杂相互作用，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。
与真锅德郎共同获得诺贝尔奖的克劳斯·哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系在一起的模型，回答了为什么气候模型在难以预测和混乱的天气条件下仍然可靠的问题。
哈塞尔曼利用数值模拟方法辨别出自然过程和人类活动在气候变化中留下的独特“指纹”，从而识别出由太阳辐射、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。他开创了气候变化的检测、归因和指纹识别方法，证明了大气温度上升是由于人类过量的二氧化碳排放造成的，为长期气候预测奠定了坚实的科学基础。
事实上，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经济学奖。作为全球研究气候变化经济学的顶级分析家之一，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之间的“平衡点”，是诺德豪斯多年研究的主题。他通过创建著名的动态综合气候-经济DICE模型留学之路，对不同的温室气体减排政策进行了成本效益分析。该模型为许多国家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。
诺贝尔奖屡屡涉及气候变化，表明世界各国都在考虑采取行动，积极应对其带来的挑战。不过，面对气候变化，人类能做什么、应该做什么，依然值得探讨。正如真锅德郎在获奖后接受采访时所说：“其实，我认为制定气候政策，往往比做气候预测困难1000倍。”
未来，我们将继续站在这些巨人的肩膀上，继续前行。
（本报记者罗岚根据诺贝尔奖官网、中国气象报、澎湃新闻等报道整理）
科学支持——谁在评估气候变化？
人类最初并没有清楚地看到气候变化，而是花了很长时间才认识它，这需要严谨的科学研究和强有力的证据来解释它。
今天，我们看到最新的评估结果显示地球正在“变热”。一幅图清晰直观地解释了气候变化：自工业革命以来，全球地表平均温度持续上升，2011年至2020年的十年间，全球地表平均温度较工业化前上升了1.09℃。
那么，这些权威评估是谁做的呢？
这就要说到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机构，由世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）于1988年联合成立。其职责是以科学问题为切入点，对气候变化及其影响的科学、技术、社会和经济信息以及减缓和适应气候变化的措施进行科学评估，并根据需求向联合国气候变化框架公约（）提供科学技术建议。
目前，IPCC已进入第七轮评估工作。此前，IPCC已发布包括评估报告、专题报告、技术报告和指南等在内的43份系列报告，对各国政府和科学界产生了重大影响。全球有195个国家是IPCC成员国，各国政府通过审议和批准IPCC评估报告，认可其科学评估结论的权威性，评估报告的国际影响力不断提升。
中国是最早参与IPCC气候变化评估报告编制工作的国家之一。自IPCC成立以来，中国在其组织和工作中发挥了积极和重要作用。1988年，时任国家气象局局长、时任世界气象组织主席的邹景孟推动成立了IPCC，开启了国际科学评估进程。
作为IPCC的发起者、贡献者和实践者，中国参加了IPCC 36年来历次全会和主席团会议，阐述了中国对气候变化科学评估的基本立场，表达了中国政府对重大问题的意见和建议。同时，中国积极推荐中国优秀科学家成为报告作者，参与各类评估报告的编写，向国际社会展示中国最新的研究成果和观点，为评估的科学性、全面性和客观性作出了重要贡献。
中国科学家连续5次当选第一工作组共同主席，数百名中国科学家参与IPCC评估报告、特别报告、方法学报告的编写和审查。中国在IPCC科学评估中的积极参与和突出贡献，成为中国深度参与全球气候治理、贡献中国智慧、推动构建人类命运共同体的典范。（赵晓妮）
担负起责任：在瓦里关建设全球气候变化监测站
瓦里关国家大气本底观测站（以下简称“瓦里关本底站”）建于青海省海南藏族自治州共和县瓦里关山顶，海拔3816米，是目前世界上唯一位于亚欧大陆腹地的全球基准大气本底站。
瓦里关基站全景
说到大气本底站，还得追溯到1979年深秋，当时中央气象局原局长邹景孟带队访问了美国20多个气象技术单位，其中包括举世闻名的莫纳罗亚大气本底观测站（MLO）。这次访问让大家意识到，我国在大气成分观测、空气污染预报与控制等方面尚属“空白”。
当时，邹景猛提出，我国要建立高标准、全球性的大气本底站，加强全球温室气体监测和气候变化研究，所揭示的现象和研究成果也是我国可持续发展战略、气候与环境变化国际公约谈判的基础数据和科学依据。
后台站去哪里搭建？
背景站对环境条件要求十分严格——以背景站为中心，半径50公里范围内的自然地貌50年内不能发生明显变化，不能有明显影响观测的自然或人为排放源。
1989年，根据原国家气象局的指示，中国气象科学研究院派出专家到四川、青海、新疆等地多次考察选址，最终确定瓦里关山为意向场址——地势孤立，视野开阔，空间和环境代表性好；供电、水利、道路等基础条件具备，同时基建投资成本低，日常管理和后勤保障相对便利。
经过一年多的观测论证，表明瓦里关山相关资料与世界气象组织/全球大气监视网计划（WMO/GAW）的全球资料具有很强的可比性和全球代表性。1992年，邹景孟代表中国政府和全球环境基金（GEF）签署了在中国青海联合建立瓦里关国家大气本底观测站的协议，拉开了瓦里关基线站建设的序幕。
工程建设初期，山头偏僻，高原环境恶劣，观测和工程建设难度加大，气象工作者要克服高原缺氧等各种困难，坚守岗位，艰苦奋斗。施工材料也需要从140多公里外的西宁运来，大量的水也需要从20多公里外的山上运来……终于，在各方的密切配合和努力下，1994年9月17日，瓦里关基站建成并开始业务运营。
回忆起最初的工作场景，曾是瓦里关基站最早的观测员之一、现为中国气象局气象观测中心高级工程师的张晓春说：“冬天，积雪路面湿滑物理学家发展进程，车开不上去，值班的工作人员背着行李往上爬，就是为了保证观测数据的准确性和连续性。虽然辛苦，但我很享受。”
如今，经过近30年的建设发展，瓦里关基站已能够观测温室气体、气溶胶、活性气体、臭氧柱总量、太阳辐射、酸雨和降水化学等对天气、气候、环境和健康有重要影响的关键大气成分。连续运行的仪器设备和不间断的观测数据，时刻监测着影响地球“体温”的各类因素，守护着全球气候，提醒我们珍惜地球家园，走低碳、绿色、高质量发展之路。（李倩）