一項(xiàng)新研究確定了人類對(duì)氣候變化的清晰“指紋”，顯示人類活動(dòng)的信號(hào)已經(jīng)改變了地球大氣的溫度結(jié)構(gòu)。這種指紋之前被認(rèn)為是對(duì)流層與平流層下層溫度趨勢(shì)之間的差異，但該研究將其擴(kuò)展到了包括平流層中層到上層的信息。這使人類指紋的可探測(cè)性提高了五倍。

對(duì)流層與平流層下層溫度趨勢(shì)之間的差異長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是人類對(duì)氣候影響的指紋。然而，這種指紋忽略了來(lái)自地球表面以上25到50公里處的平流層中層到上層的信息。

根據(jù)5月8日發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）的該研究，“包括這些信息可將人類指紋的可探測(cè)性提高五倍。可探測(cè)性增強(qiáng)的原因是，中到上層平流層有一個(gè)來(lái)自人為導(dǎo)致二氧化碳增加的大的降溫信號(hào)、自然內(nèi)部變異性小的噪音水平，以及不同的信號(hào)與噪音模式”。對(duì)流層的噪音可能包括日常天氣、厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象引起的年際變異性，以及氣候的長(zhǎng)期自然波動(dòng)。在平流層上層，變異性的噪音較小，而人為導(dǎo)致氣候變化的信號(hào)更大，因而信號(hào)更容易被區(qū)分。

“通過(guò)長(zhǎng)期的溫度記錄與改進(jìn)的氣候模型將指紋識(shí)別擴(kuò)展到平流層上層，意味著現(xiàn)在幾乎不可能用自然原因來(lái)解釋衛(wèi)星測(cè)量的地球大氣的熱結(jié)構(gòu)趨勢(shì)，”作者們寫(xiě)道。

“這是目前表明和二氧化碳增加有關(guān)的人為導(dǎo)致氣候變化信號(hào)的最明確證據(jù)，”論文首席作者、氣候科學(xué)家、伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）物理海洋學(xué)系兼職科學(xué)家Benjamin Santer指出。

“這項(xiàng)研究削弱并反駁了最近的大氣和表面溫度變化是自然的說(shuō)法，無(wú)論是由于太陽(yáng)還是由于氣候系統(tǒng)的內(nèi)部循環(huán)。就我們?cè)谶@里所看到的而言——大氣溫度結(jié)構(gòu)的變化，一種自然的解釋幾乎是不可能的，”從事氣候指紋識(shí)別研究已經(jīng)三十多年的Santer補(bǔ)充說(shuō)。“這項(xiàng)研究使一些不正確的說(shuō)法不攻自破，這些說(shuō)法認(rèn)為我們不需要認(rèn)真對(duì)待氣候變化，因?yàn)樗耆亲匀滑F(xiàn)象。”

該研究團(tuán)隊(duì)的動(dòng)力來(lái)自于Suki Manabe和Richard Wetherald的早期研究（https：//doi.org/10.1175/1520-0469（1967）024<0241：TEOTAW>2.0.CO；2）。Manabe和Wetherald在1967年使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的氣候模型來(lái)研究化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳可能如何改變大氣溫度。他們的建模發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常明顯的特征：二氧化碳水平的增加導(dǎo)致對(duì)流層（地球大氣層的最低層）更多的熱量被捕獲，而逃逸到平流層（對(duì)流層之上的一層）的熱量更少，從而使對(duì)流層變暖，平流層降溫。這種對(duì)流層變暖和平流層降溫響應(yīng)二氧化碳增加的預(yù)測(cè)已被更復(fù)雜的模型多次證實(shí)，并通過(guò)將模型結(jié)果與氣象氣球和衛(wèi)星的全球平均大氣溫度觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較而得到了驗(yàn)證。

雖然這些早期研究考慮了中層和上層平流層的全球平均溫度變化，大約在地球表面以上25到50公里，但其并沒(méi)有研究這一層氣候變化的詳細(xì)模式。由于模型和衛(wèi)星數(shù)據(jù)的改進(jìn)，這一區(qū)域現(xiàn)在能夠被更好地研究。這項(xiàng)新研究是首次在中層和上層平流層尋找人為導(dǎo)致的氣候變化模式——亦稱“指紋”。

“由于二氧化碳增加，中層和上層平流層溫度變化中的人類指紋確實(shí)很特別，因?yàn)樗鼈兪侨绱酥螅⑶液湍抢镉捎趦?nèi)部變異性和自然外部強(qiáng)迫引起的溫度變化如此不同。這些獨(dú)特的指紋使我們有可能在很短的時(shí)間內(nèi)（大約10-15年）以高置信度探測(cè)到人類對(duì)二氧化碳導(dǎo)致的氣候變化的影響，”共同作者、華盛頓大學(xué)大氣科學(xué)家Qiang Fu指出。

Santer認(rèn)為雖然能夠?qū)⒅讣y識(shí)別擴(kuò)展到更高的大氣層以驗(yàn)證Manabe和Wetherald的預(yù)測(cè)在知識(shí)上令人欣慰，卻也令人深感擔(dān)憂。他說(shuō)：“作為一個(gè)試圖了解子孫后代將要繁衍生息的那種世界的人，這些結(jié)果讓我非常擔(dān)心。我們正在從根本上改變地球大氣的熱結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)并不令人愉快。”

“這項(xiàng)研究說(shuō)明，現(xiàn)實(shí)世界已經(jīng)發(fā)生了無(wú)法簡(jiǎn)單用自然原因來(lái)解釋的變化，”Santer補(bǔ)充道。“在美國(guó)和全世界，我們現(xiàn)在面臨著關(guān)于怎樣應(yīng)對(duì)氣候變化的重要決定。我希望這些決定是基于我們對(duì)人類對(duì)氣候影響的現(xiàn)實(shí)和嚴(yán)重性的最佳科學(xué)理解。”