忽略人類行為對變暖的反饋成氣候建模瓶頸

在孟加拉，人們正在把一座清真寺移往安全的地方。圖片來源：Magnum

　　目前的地球氣候模型體現了物理和生物物理學過程。但地球已經進入新的狀態：人類也在適應環境變化。這一重要情況必須被模擬。但僅基于簡單經濟敘述（從溫室氣體減排到未緩和的發展）的未來氣候預測并不切實際。

　　面對干旱和海平面上升，人們正在修正自己的行為。英國愛丁堡大學定量地球觀測專家Paul I. Palmer和同事撰文指出，盡管全球氣候政策是有效的，并且各國正努力實現雄心勃勃的綠色能源生產和可持續發展目標，但在一個更溫暖世界中的社會將存在不同。人們將遷移到那些資源更豐富的地區，或停留在自己長久以來生活的地方，并逐漸陷入貧困。“人口增長、城鎮化、人口遷移和戰爭將是對全球氣候變化的混合響應。”Palmer說。

　　研究人員指出，要了解這些事件將如何呈現以及哪種響應會更加有效，地球系統模型需要納入人類—氣候動力學。Palmer提到，這將是一個巨大的挑戰：“我們僅僅開始理解人們如何響應自己的環境。但是，忽略人類行為就像設計橋梁不計算交通一樣。”

　　決策決斷

　　模擬社會—經濟對氣候變化的響應，面臨兩個重要的科學挑戰。首先是描述人們如何作決策。第二是表達人類與地球系統的物理和生物物理組成部分的關系。

　　決策論接近于一個人或團體如何基于價值、愿望、健康、不確定性和合理性作出選擇。例如，價值可能隨著年齡、財富、教育、性、文化和宗教而變化。一些人可能認為使用核能源是避免溫室氣體排放的切實可行的方法，另一些人可能不喜歡它。諸如隨著平均氣溫上升，是遷移還是留下等選擇將受到干旱、火災和洪水等因素的影響。結果和回報可能與生和死一樣偉大。

　　英國微軟研究中心計算機科學實驗室生態學家Matthew J. Smith表示，要理解潛在的模式，人們需要收集大規模的行為統計資料，例如，不同背景的人如何響應氣候變化？在嚴重干旱的情況下，生活在撒哈拉以南非洲的人的行為與澳大利亞南部居民有何不同？低收入和中等收入家庭的決策又有何不同？

　　評估影響

　　一些統計學資料能夠從現存的數據庫中取得，例如，聯合國或全國人口普查編纂的健康和教育數據。社會和物理學動機測量結果能夠從社會媒體和全球定位系統（GPS）中獲得。2008年的一項研究發現，6個月里，10萬手機用戶的遠距離旅行不是隨機的，能夠通過簡單的函數進行描述。

　　“學習歷史能夠告訴我們未來將會如何。”Smith說，例如，公元640年~1200年，秘魯文明在濱海河谷和安第斯山脈間遷移。歷史氣候記錄和取自當時居民骨骸的線粒體DNA序列顯示，沿海地區出現的干旱和洪水迫使人們遷移到山里，而當干旱開始在新聚居地肆虐后，他們又重回海邊。

　　另外，研究也發現自1950年起，戰爭的更高暴發率與群體間經歷氣候變化有關：氣溫或降水每增加一個標準偏差，戰爭率就會上升數個百分點。

　　研究人員表示，需要更多的調查和縱向研究找出什么是個體反應最強烈的風險以及他們實際上是如何響應的。例如，一項針對1991年~2012年間巴基斯坦鄉村居民遷移意向的研究顯示，極端高溫會影響人們的選擇，但洪水卻不會。主要原因是，高溫不會像洪水救濟那樣帶來金融補償。

　　“我們必須找出哪種測量值能夠充當反映行為廣泛性的可靠指標。”Palmer說。例如，收入能夠成為移民、戰爭和生育率的有力預測因素，但是單靠收入不足以預測這些行為中的任意一個。

　　通常，個體無法總是作出理性或獨立的決策。人們常常依靠簡單的規則形成判斷。他們可能假定別人比自己了解得更多，因此選擇遵循社會規范。Smith表示，朋友和親屬也可能影響決策，另外，在線或社會媒體上的新聞也是信息和影響的來源。

　　或者，在短期內，個人行為可能獨立和理性，但在長期里會共同破壞共享資源，正如氣候變化。人們還通常基于過多或過少信息作出決策。例如，人們可能會在不了解未來極端降水發生概率的前提下就為洪水投保。

　　因此，理解個人決策如何與社會網絡結合產生宏觀行為是至關重要的。對于建模者的挑戰將是找出哪種社會結構規模（政府、政黨、部落、社團和鄰居）能最大限度發揮影響以及導致地域差異。

　　研究人員表示，一系列模型技術將十分必要。其中一個是基于智能體的方法。成千上萬的“主體”——個體的數字代理人——與諸如年齡或財富相互作用等屬性依據簡單規則進行編碼。例如傳染病傳播的動力學等復雜群體響應將能浮現。但結果取決于哪些屬性被分配，因此建模者需要確保被挑選出來的變量是現實中發生的特殊響應的重要決定因素。在溫暖地區發生的一場戰爭，可能反映了當地經濟條件的下滑，原因是作物歉收或鄰近地區的人流涌入，而并非是對高溫的物理效應的反應。

　　推理方法（例如，貝葉斯計算）將被用于發現哪種個體屬性對團體行為影響最大。例如，模擬具有相似屬性個體的團體的方法仍能產生意外的群體響應，揭示陸地和海洋動物的分布對生態系統反差的影響。

　　評估狀況

　　Palmer等人表示，建模人類對氣候變化的響應需要注意3個主要因素：跨學科研究、適當的計算和概念結構以及更好的數據。

　　自然和社會科學家間的合作將推動物理和虛擬中心的發展。英國劍橋艾薩克·牛頓數學研究所等機構將致力于發展人類—氣候人口—模型技術。該機構的數學家聚在一起解決需要多領域洞察力解決的問題。

　　研究人員還表示，學術期刊和資助機構將需要更多地支持此類合作。政府間氣候變化專門委員會的下一份報告也應當體現，通過評估不同工作組報告以理解和建模針對氣候變化的社會響應的重要性。

　　“科學家需要獲得新數據庫，并鞏固現有的與環境變化有關的決策過程。”Smith說。結合諸多因素后，新方法還應與傳統方法并肩作戰，以收集時空維度的數據。這些將包括通過社會媒體、調查和全球定位系統收集數據，并需要一定的分析集合，這將對計算機學家提出一定的挑戰。

　　一個平行的問題是，如何儲存和分析大體積的多相數據。跟個體相關的大量數據（例如社會網絡結構和運動模式）可能與敏感的商業或私人議題有關。認真處理商業、政府和學術機構的關系十分重要。

　　最終，Palmer和Smith撰文指出：“我們必須建立一個跨國數據收集項目，涵蓋公共部門、私人和志愿者。盡管我們在儲備森林或生物多樣性資料，我們還應該定期評估人們是如何被氣候改變的，正如他們在改變氣候。”