說到地表溫度上升，我們首先要從天氣和氣候說起。從2016年到2020年，我們見證了全球範圍內最高紀錄的熱浪。加州和澳大利亞肆虐的野火，以及史上最長的五級熱帶氣旋。過去40年來，極端天氣事件的數量一直在增加，目前的預測表明，這一趨勢將會繼續持續下去。弄清楚地表溫度和極端天氣，我們就需要了解什麼是天氣、什麼是氣候。天氣和氣候之間存在什麼差異呢？我們是如何預測天氣和氣候的？
過去40年來，極端天氣事件的數量一直在增加，但這些自然災害僅僅是惡劣的天氣嗎？還是因為我們不斷變化的氣候？為了回答這個問題，我們需要了解天氣和氣候之間的差異。我們如何預測天氣，以及這些預測能告訴我們什麼。氣象學家將"是否"定義為特定時間和地點的大氣狀況。目前，研究人員可以預測該地區未來一周的天氣，準確率約為80%。氣候可以描述一個地區在一個月或更長時間內的平均大氣狀況。
高級氣候預測甚至可以預測未來幾十年的平均氣溫，但它們不能告訴我們會發生什麼具體的天氣事件。這兩種類型的預測給了我們如此不同的信息，因為它們基於不同的數據。為了預測天氣，氣象學家需要測量大氣的初始條件。這些是決定該地區天氣的降水量、氣壓、濕度、風速和風向的當前水平。來自全球800多個站點的氣象學家每天向大氣中釋放兩次氣球。這些氣球攜帶著無線電科學的儀器，這些儀器會測量大氣的初始條件並將結果傳送到國際氣象中心。然後，氣象學家通過預測物理模型運行數據，生成最終的天氣預報。
但是，有一些東西會阻止了這個全球氣候數據網絡的預測。天氣從根本上說是一個混亂的系統。這意味著，如果沒有對所有系統元素絕對了解，就不可能完美地進行預測。在短短10天的時間裡，即使是令人難以置信的小擾動也會對大氣狀況產生巨大影響，這使得我們無法可靠地預測，兩周之後的氣候是否會變得更加不穩定。這部分原因是，一個地區的氣候是所有天氣數據的平均值，並且也因為氣候預測忽略了目前大氣中正在發生的事情，而把重點放在可能發生的範圍上，這些參數稱為邊界條件。正如其名稱所示，它們對氣候和天氣起著約束作用。
太陽輻射就是邊界條件的一個典型的例子。通過分析一個地點與太陽之間的精確距離和角度，我們可以確定該地區將接收到多少熱量。因為我們知道太陽在一年中的運動軌跡，我們可以準確地預測它對某地區溫度的影響。多年數據的平均值會揭示形成周期性模式。大多數邊界條件都有明確的值，即使有變化，也是緩慢的發生變化。這使得研究人員能夠可靠地預測未來幾年的氣候。但即使是這些邊界條件中最輕微的變化，也代表了混沌天氣系統更大的轉變。例如，在過去的150年里，地球表面溫度上升了近1攝氏度。這可能看起來像是一個微小的轉變。但是，這一度的變化給大氣層增加了相當於大約100萬枚核彈頭的能量。這種大規模的能源激增已經導致熱浪、乾旱和風暴潮的數量急劇增加。
極端天氣的增加是偶然的還是氣候正常的變化？答案是，儘管天氣將永遠是一個混亂的系統，但我們氣候的變化確實增加了極端天氣事件的可能性。科學家們幾乎一致認為，我們的氣候正在發生變化，而人類活動正在加速這些變化。幸運的是，我們可以通過追蹤邊界條件的變化來確定哪些人類行為對氣候的影響最大。因此，儘管下個月的天氣可能永遠是個謎，但我們可以共同努力，保護未來幾個世紀的氣候。
