【马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校副教授，气候系统研究中心的MICHAEL A. RAWLINS日前撰写了这篇科普文章】
NASA（美国宇航局）和NOAA（美国国家海洋和大气局）共同报告，2016年是有记录以来最温暖的年份。这并不奇怪，因为2016年的前六个月就都格外的暖和。
然而，这一新闻报道对于它提及的全球变暖具有重要意义︰在2016年之前，记录中最热的10个年份发生在1998年之后。而去年是第三个连续年份，创下了新的全球年度温度纪录。
尽管全球范围破纪录高温不断地发生，但是对于人类活动造成全球变暖的怀疑仍然存在。对一些人来说，气象学家不能可靠地预测未来数天的天气这一事实，证明了科学家无法预测从现在开始的数年或者数十年的地球气候。
为什么科学家有信心提前数月预测创纪录的高温？而气候预测和天气预报又有何不同呢？
天气预报基于大气的运动
天气预测考虑的是天气系统的演变，包括大气压力模式。大气压力是空气分子的重量所施加的力。空气正在下沉的地区具有高压，通常温暖并且晴空万里。低压系统，也称为气旋，发生在空气上升的地方，通常产生凉爽和潮湿天气。
图：美国各州2016年度平均温度的排名。排名参考了122年（1895-2016）的数据。深褐色的122级表示历史最高。
近些年来，两周左右的天气预测的准确性已经大为提高。但大气系统时间持久性不长，因而超出该时间框架之外的预测就变得不那么准确了。
例如，横跨美国东海岸，要预测低压系统的形成和运动就是一个挑战。向东或者向西偏离预测轨道仅仅50英里，差别可能就是一场暴风雪或是一场暴风雨，又或是什么都没有。
同样，预测一个炎热夏日的降雨量可能是非常靠不住的。当天气预报"局部风暴"的时候，需要掌握控制风暴形成的各种因素，如白天热度、湿气流动和高层风力。但是在一天之内，这些因素会显著演变，因此很难预测总雨量，特别是在小地理范围。
这并不是说严重风暴的预警不值得信任。在这种情况下，灾害性天气的预测往往覆盖了较大的地理区域，而且是仅当具备预测条件的时候。产生恶劣天气的各因素相比那些导致局部风暴的因素，横跨了较大的区域。技术进步，包括更好的雷达和超级计算机的应用，也导致了更准确的恶劣天气预测。
海洋热量的角色
与基于瞬态天气系统运动的预测相对照，围绕诸如温度和降水的气候预测，则使用完全不同的数据集。
为了预测未来数月乃至数十年，科学家们要使用海洋变化率、其他自然因素 （太阳变化、火山爆发），以及大气中温室气体浓度上升带来的的总体影响。这些变量历经数月与数年，不断演化并产生影响，这不同于在数小时或者数天内发生变化的大气压力模式。
产生长达几个月甚至约一年影响的一个重要因素是厄尔尼诺现象——横跨热带太平洋的周期性海洋温度变暖。这种海洋变暖模式以及对于大气产生的关联作用，超越热带地区施加了强烈的影响，成为了气候预测的因素。
图：地图显示2016年陆地和海洋表面温度背离平均值的的异常现象，参考周期是1981-2010。与上图同样，褐色越深表示偏离平均值越高。
海洋温度数据十分重要，因为到达地球的大部分太阳辐射，被世界各大洋所吸收。由这种能量驱动，海洋和大气在全球各地分配热量。
一次厄尔尼诺现象之后的数年，往往要比那些接近正常（也称为中性）或拉尼娜现象的年份更加温暖。拉尼娜的存在往往导致全球温度的降低。这告诉我们，热带太平洋表层海水热度的相对量，可以用于提前几个月预测全球气温。成功预测去年创记录温度就是用的这个办法。
在2015年12月，英国气象办公室预测2016年将创高温纪录，会高出长期 (1961-1990)平均水平0.72-0.96摄氏度之间。他们今天宣布2016年高于平均水平0.77℃是在预测范围之内的。在2016年初，NASA戈达德空间研究所的加文·施密特预测，2016年将比19世纪末的气温高出1.3℃——非常接近今天报道的1.2℃。
2017会怎样？在1月12日的更新中，NOAA 预测2017年上半年将从弱拉尼娜过渡到中性情况。预测中，年初的拉尼娜影响是主要的，2017年将比2016年稍微凉快一点，但仍会是历史上最热的年份之一。
图：全球年度平均温度异常现象。纵坐标是偏离1961-1990年平均气温的数值，横坐标表示年份。图形最右端的绿色短柱，表示2017年的预测值。
应该补充说明的是，2016年创纪录的高温并不单因为厄尔尼诺现象。事实上，厄尔尼诺年越来越暖和，由于温室气体浓度上升造成的总体变暖趋势，拉尼娜现象的那些年份也是一样。
随着时间的推移,人为和自然因素的综合影响
除了海洋影响，其他一些自然因素也会影响变暖的速度。巨大的火山喷发，尤其那些热带地区火山，通过阻挡太阳辐射能够产生全球冷却的效果。例如， 1991年皮纳图博火山喷发，导致全球平均气温下降了大约1华氏度(0.6℃)。
然而，冷却通常是短暂的，并且当火山气溶胶——那些阻挡阳光的小粒子——逐渐落下，冷却终止。
太阳能量输出的变化也会影响气候。然而，近几十年来，观察到的变暖趋势不能归因于太阳的变化。太阳活动变化对气候变化的影响是显而易见的，但温室气体的影响已被证明在短期内更可观。
在更长的时间跨度预测变暖情况——几十年或更长时间——是基于通过气候模型进行模拟，以及对于“随着大气中温室气体浓度在未来的增加，气候系统会变得怎样敏感”这一问题，我们的理解程度。
若干模型已经证明，相比内部海洋变化和其它自然因素带来的变化，未来气候变暖预计将由不断上升的温室气体水平所主导。全球变暖将由包括碳循环、大气湿度和其他因素造成的反馈而放大。例如，水蒸气是强效的温室气体，所以上升的大气水分量将强化气候变暖。此外，北极的排放特别令人关注，它是将北极从碳汇集地变成排放源的一大威胁。
17个最热年份中的16个都发生在本世纪。人类行为正在让地球变暖已经是压倒性的科学共识。
与此同时，我们在不断改进天气和气候的预测，这将让我们在不同的时期，跨越多个空间尺度，更深入地了解气候系统的行为。这项研究将提高准确性——还有信心——当预测未来的时候。
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