題記：這個問題在今天已經部分得到回答，研究該問題的兩個科學家也已經獲得2021年度諾貝爾物理學獎，所以對該問題在今天的介紹似乎顯得有些過時。但從科普的意義上講這個問題依然有介紹的價值，而且全球氣候變暖的趨勢目前依然還是一個問題，至少更準確的預測和長期的趨勢是什麼對人類社會具有很多現實意義。最近美國12月10日晚發生有史以來強烈的龍捲風天氣，造成了重大的破壞，而世界各地局部極端天氣災難更是頻繁出現，這本身預示著全球氣候的改變及其趨勢是非常重要的課題，而全球氣候變暖或局域氣候極端化會發展到什麼程度，下麵就來看這個問題。
How Hot Will the Greenhouse World Be?
溫室效應能將地球的溫度提升到什麼程度？
科學家們都知道全球氣候正在逐漸變暖，而且他們相信人類活動是全球氣候變暖的最主要原因（2021年諾貝爾獎已經肯定了這個結論）。全球氣候變暖來源於一種被稱為溫室效應的現象，所謂溫室效應就是指太陽輻射透過大氣到達地球表面被地面吸收，地面溫度上升後放出的熱輻射又被大氣中的水汽、二氧化碳等物質所吸收，從而造成地球氣候變暖的效應。無論理論的解釋如何，全球變暖最直接的證據就是自2000年以後，世界各地的高溫記錄被不斷刷新的事實，2020年地球北極溫度達到了破紀錄的38°C，2021年全球最低溫度更是創下-111.2°C的新紀錄，局部氣候極端差異化的發展日益嚴重。圖1中顯示了自工業革命以來全球平均氣溫不斷上升的趨勢，而2021年諾貝爾物理學獎也從科學上肯定了二氧化碳在全球變暖中充當了不可忽略的作用。那麼在未來的幾十年或者幾個世紀裏，造成全球變暖的溫室效應到底能把地球的溫度提升到哪個溫度範圍呢?
當然這個問題的答案取決於地球氣候系統——空氣、海洋、冰、陸地和生物——對我們人類排放到大氣中的溫室氣體會產生怎樣的系統反應。在長達四分之一個世紀的爭論中，科學家們對溫室氣體排放所產生的氣候敏感性一直都存在不同的看法。很多專家們認為，全球氣候系統對溫室氣體是非常敏感的，這個複雜系統會被某種因素，比如人類生產活動中化石燃料燃燒產生的二氧化碳、火山碎屑、太陽變暗或太陽黑子等因素激發而產生連鎖的非線性回應，從而讓全球氣候發生急劇的溫度上升。而另一方面，這些專家也承認全球氣候可能對某些因素並不敏感而全球氣候變暖只是一個時期氣候變化的週期所致，儘管目前的證據表明全球氣候正在趨暖，但溫室效應不會帶來地球氣候持續不斷地或急劇的溫度上升。
全球氣候對溫室氣體敏感性的問題主要源於人們不能直接去測量某個因素對氣候系統所產生的真實反應。而在理論模擬上雖然已經有很多有效的氣候模型，但每個模型都有自己的回應敏感區域和適用範圍，每個模型都會因為構建實際系統的簡化模型而帶來模型演化的內在不確定性。因此，氣候科學家長期以來一直都在引用一個模糊不清的預測結果：本世紀如果溫室氣體二氧化碳增加一倍，全球氣溫會產生1.5°C到4.5°C的上升。 這樣的溫度預測範圍是基於早期的兩個氣候模型發展而來的（分別對應於日本科學家真鍋淑郎Syukuro Mnabe和克勞斯·哈塞爾曼Klaus Hasselmann），而首次出現於1979年的預測結果（1979年，2021年諾貝爾物理學獎得主克勞斯·哈塞爾曼利用大氣環流模式和混合層海洋模式相耦合的模型，模擬得到在大氣中二氧化碳的濃度增加一倍，全球平均溫度上升1.5°C-4.5°C；最後日本科學家真鍋淑郎則更為確切地給出了二氧化碳在溫室效應中的作用得到更為準確的溫度預言）被世界每一個主要的氣候評估機構不斷引用。   
然而經過研究人員的不斷努力全球變暖溫度預測的可靠範圍進一步縮小（至少在某一端），並且預測範圍的準確度和可信度都得到了提高。首先，現有模型的預測敏感性區域(5%至95%置信範圍)現在都落在了1.5°C至4.5°C的典型區間。如果在模型中嘗試一種新的方法，並同時改變模型的一些參數，如雲的行為參數，現有模型能產生2.4°C到5.4°C的溫度回應結果，而模型預測二氧化碳加倍後氣體溫度上升的一個最可能的升溫值為3.2°C。
然而，模型畢竟只是數學模型。如果我們能直接從大自然身上得到全球變暖的趨勢和發展回應那將會更加可信和準確。古生物氣候學家研究了溫室氣體之類的氣候因素在遙遠的過去是如何變化的，以及當時的氣候系統對這些變化所做出的氣候反應。當然，對於將來的溫室效應所產生的生物環境上的氣候反應，自然界是根本無法做出模擬的。而且估算上一個冰河時期深處的二氧化碳濃度到底下降了多少，或者菲律賓皮納圖博火山(Mount Pinatubo) 的噴發時阻擋了多少陽光的輻射，依然不可避免地存在著不確定性。但對氣候敏感性的古氣候變暖的溫度估計一般也落在了典型的溫度預測範圍內，而這些證據所給出的最佳估計也在3°C左右。
至少全球氣候變暖溫度反應敏感性的下限似乎也在不斷加強。研究人員表示，氣溫上升的最低下限不太可能會低於1.5°C。 這個結果就排除了一些反對溫室效應的人所提出“這種氣候變暖的溫度上升是微不足道”的結論。但是氣候模型反應敏感性計算所給出的全球變暖的溫度上限依然是模糊的。利用過去一個世紀觀測到的氣候變化以及自然和人為氣候驅動因素的估計進行的研究得出，溫度上升超過4.5°C的概率要高達30%，而系統最高的預測溫度可達9°C。 最新的研究改變了模型參數，模型預測的溫度可高達11°C，但作者還不能確定這種極端情況發生的概率有多大。而另一些研究者指出，氣候模型無法還原出地質歷史上所出現的極端溫暖期，這表明真實的氣候系統中存在一種模型尚未包含的危險的天氣因素。   
氣候研究人員對全球變暖的預測依然面臨著艱巨的任務。他們必須把雲和氣溶膠(這是模型中最大的不確定性來源)的作用注入到他們的模型中。10或15年前，科學家們說考慮這些因素到模型中需要10或15年才能完成，但目前看這種嘗試還不能在短期內實現。他們不僅需要提高模型的真實性，而且要考慮到包含這些因素後電腦的運算能力。他們還必須獲取更多、更好的關於過去氣候變化及其驅動因素的記錄用於完善他們的計算。與此同時，除非在全球範圍內能迅速減少化石燃料的使用，那麼二氧化碳的排放將不可避免地增加一倍甚至更多。所以到底溫室氣體最後能將地球表面的溫度推高到什麼程度，現在依然還是一個誰也無法預測的東西。