随着海洋变暖和南北极冰帽融化，海平面跟着上升。近十年，全球平均海平面是以每年4.62毫米的速度上升，除了对沿海地区构成威胁，也造成海洋变暖，气候变化及海洋生物多样性的丧失。面对这些未来的挑战，南洋理工大学新加坡地球与观测研究所最近启动了一个跨学科气候研究项目，深入研究气候变化对各个领域的影响。
温室效应知多少
地球气候物理模型的建立
温室效应是指大气吸收辐射能量，导致行星表面升温的现象。这一效应使得行星的表面温度高于没有大气层时的温度。
2004年的科幻电影《明日之后》，描述由温室效应引发强烈飓风，导致全球性大灾难。近年来世界各地不时暴雨成灾，宛如片中情节，让人胆颤心惊。早在19世纪初，科学家便逐渐确认气候变化的存在，并将温室效应与碳循环相联系；到了20世纪，科学家更利用量子力学测量大气中的二氧化碳对气候的影响。
气候变化的科学发现
19世纪初，科学家逐渐确认了气候变化的存在，以及这一变化可能是人类活动的结果。法国数学物理学家傅里叶（Joseph Fourier）做了计算，发现如果只考虑太阳辐射的加热效应，地球的实际平均温度会低30摄氏度。他试图寻找其他可能的热源，提出地球的大气层可能是一种隔热层。
1856年，美国女性科学家富特（Eunice Foote）发现，二氧化碳和水蒸气在阳光下会使空气变暖。作为一名女性科学家，她的成就几乎被历史忽略，直到2010年，她的工作终于被科学史学者发现，得到了历史的认可。1859年，爱尔兰科学家丁达尔（John Tyndall）也发现二氧化碳、臭氧和水蒸气具有吸收热量的能力。1895年，瑞典科学家阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius）研究关于二氧化碳对地球温度影响的理论模型，首次将温室效应与碳循环相联系。20世纪初量子力学的建立，帮助我们理解气体分子的吸收光谱，科学家能够更精确地测量大气中的二氧化碳和水蒸气对气候的影响。
2016年4月22日世界地球日，171个国家在联合国总部签署了《巴黎气候协定》，确认将全球变暖限制在比工业化前高1.5摄氏度之内的目标，并计划在2050年实现碳中和。世界地球日定在春分节气，这一天代表地球的生日，也是地球诞生的日子，阳光可以同时照耀在南极点和北极点上，象征着世界的平等，也寓意着人类须要合作应对气候变迁。
真锅淑郎在获得诺贝尔奖时说，弄清气候变化背后的物理学原理，要比让世界采取行动容易“1000倍”。1990年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了首份评估报告，由数百名顶尖科学家共同确定了气候变化的科学依据。该报告指出，“人类活动大幅增加了大气中温室气体的浓度”，如果现状不改变，21世纪每10年气温将升高0.3摄氏度，到了2100年，平均气温将比现在高出3到4摄氏度，海平面将上升60至70公分。目前，IPCC每六七年发布一次评估报告。
气候变化的重要影响因素是碳元素。碳元素在数百万年间一直在大气、海洋、陆地和生物体之间循环，这个循环使得地球能够维持生命的平衡。随着时间的推移，生物体的遗骸逐渐埋藏在地下，最终形成了煤炭、石油和天然气等化石燃料。18世纪的工业革命为人类社会带来了巨大的变革，我们开始大规模开采和燃烧煤炭，释放出这些古老碳储存的能量，用以驱动蒸汽火车、工厂和家庭设备。如今，我们生活的许多方面仍高度依赖化石燃料。工业革命改变了我们的生活方式，但也对地球气候产生了深远的影响。
编按：作者为中央大学天文物理学博士，芝加哥大学费米研究所博士后研究。曾任中国科学院理论物理研究所副研究员、南洋理工大学高等研究所研究员。目前是英国物理学会经典与量子引力Classical and Quantum Gravity学术期刊顾问。
美国前副总统戈尔拍摄的纪录片《难以忽视的真相》（An Inconvenient Truth）也使人们对气候变化问题产生更多关注。戈尔与联合国政府间气候变化专门委员会因此获得了2007年诺贝尔和平奖。
2021年，诺贝尔物理奖授予真锅淑郎（Syukuro Manabe）和哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）提出的地球气候物理模型，为我们了解地球气候及人类活动对其造成的影响奠定了基础。真锅淑郎和研究团队在1967年的研究发现，增加一倍的二氧化碳浓度将导致全球平均温度升高约2.3摄氏度。这是最早关于二氧化碳引发全球变暖的定量估算。
自工业革命以来，人类活动导致大气中温室气体含量增加，地球表面平均温度比工业革命前升高1.1摄氏度。为解决这一问题，联合国制定了气候变化框架公约，旨在控制温室气体排放，防止地球温度上升，减轻对生态和环境的影响。
还记得科幻电影《明日之后》（The Day After Tomorrow）描述由温室效应引发的强烈飓风，导致全球性大灾难，让人深感震撼。如今，“温室效应”这个名词对人们来说已经不再陌生，越来越多科学家关注地球暖化及其相关议题。
2023年可能成为人类历史上最炎热的一年，气候变化已成为未来几十年人类面临的最重大科学课题之一。在接下来的几十年里，人类将深刻地感受到气候变化的影响。更加温暖的大气导致更极端的天气，更强烈的降雨，更长时间的热浪和更频繁的干旱。