中科院大氣物理所帶你探秘美劇“權遊”裏“凜冬”的形成
2019年4月15日，經過將近2年的漫長守候，被譽為全球第一神劇的《權力的遊戲》第八季終於開更，圍繞着維斯特洛大陸上的異鬼、女巫、噴火龍與黃暴污的故事將要揭開最終的謎團，這部伏線千里縱橫七國的宏大歷史神劇將要終結。這片魔幻神奇的大陸上，為什麼會有詭異的氣候？漫漫凜冬到底是怎麼形成的？我們試圖探索一下。
一、《冰與火之歌》結束之後800年的世界
在《冰與火之歌》的故事結束800年以後，瓊恩·坦格利安（瓊恩·斯諾）和丹妮莉絲·坦格利安和九大家族和七大王國的故事早已經泯滅於浩淼的歷史中，史學家和那段故事的發燒友還在孜孜不倦尋找人鬼最後一戰的痕跡。在這800年裏，維斯特洛大陸發生了很多事情，其中有幾件事情需要大書特書：
1. 大航海時代到來，維斯特洛大陸的探險家們向西邊浩淼的海洋出發，發現了北美大陸，向東航行繞過好望角到達了遙遠東方的印度、中國和印度，往北探索了北冰洋，往南發現了南極大陸和澳大利亞大陸。
2. 科技不斷進步，學城(Citadel)被皇家科學院代替，哥白尼、加里羅、牛頓、拉瓦錫、道爾頓、達爾文、孟德爾、門捷列夫、普朗克、居里夫人、盧瑟福、愛因斯坦、玻兒、海德堡、魏格納等羣星閃耀。
3. 工業革命洶湧而來，蒸汽機、鐵路、織布機、電報、石油化工、採礦、冶金、汽車、電燈、電話、電腦、納米材料、互聯網、基因生物技術、人工智能等的發明和發展，迅速把維斯特洛大陸由中世紀帶入到現代。
《冰與火之歌》故事主要發生地維斯特洛大陸，這裏的氣候經常在長夏和長冬之間變化
二、 引起長夏與長冬的可能原因
Samwell Tarly學士（推特賬號“氣候山姆威爾”，@ClimateSamwell））在《君臨城皇家學會哲學會刊》上發表文章“權力的遊戲中的氣候”有英語、瓦雷利亞和多斯拉克三個版本。
在科技發生了巨大的進步之後，維斯特洛大陸的人們開始思考《冰與火之歌》那段歷史中詭異的氣候異常，在那段歷史裏，動輒出現長達數年或者數十年的漫長的夏季，或者突然出現的漫長冬季。
儘管2017年Samwell Tarly學士（推特賬號“氣候山姆威爾”，@ClimateSamwell））在《君臨城皇家學會哲學會刊》（ Philosophical Transactions of the Royal Society of King’s Landing）上發表文章指出，當考慮翻轉或者不穩定的地球傾斜角度情況下，可以產生長期的冬季或者夏季，但是著名的“米蘭科維奇循環”理論揭示，這種地球軌道傾角的變化週期大概為2.1萬年，遠遠超過長冬和長夏的週期，並且歷史記錄也並未表明在《冰與火之歌》那段歷史中出現過北極星位置的快速移動，因此Samwell Tarly學士的研究僅僅是提供了一種並不客觀存在的假定狀況（腦洞開得太大）。
圖片來源：Dan Lunt/ University of Bristol
Samwell Tarly學士（推特賬號“氣候山姆威爾”，@ClimateSamwell））在《君臨城皇家學會哲學會刊》上發表文章指出，當考慮翻轉或者不穩定的地球傾斜角度情況下，可以產生長期的某個半球的冬季或者夏季，很顯然這只是一種假定狀態，在地球歷史上並未出現過以10年上下的北極星位置的快速移動。
現在回看那段歷史，雖然有傳奇和神話的成分，在人類早期，經常會把無法理解的現象與神鬼相聯繫，但是漫長的暖期和漫長的冷期在歷史上則很有可能，有多種因子能夠產生這種的變化：
1. 太陽的週期，在十幾年變化的時間尺度上，太陽活動最著名的週期是11年週期，11年週期對應的太陽輻射量變化量在總輻射裏只佔約0.1%，不得不説這是一個很小的數值，儘管在紫外波段，紫外輻射的11年週期變化可以達到6-10%，但是對總輻射影響還是很小，需要很仔細才能從地面温度變化裏找到11年的太陽週期。
2. 在年代際時間尺度上，有幾個年代際振盪值得注意，一個是北大西洋的北大西洋多年代際振盪（Atlantic Multi-decadal Oscillation，AMO），另外一個是北太平洋年代際振盪（Pacific Decadal Oscillation, PDO），這些過程都可以引起北半球大範圍的氣候異常，尤其是AMO，接近北美和歐洲，與這區域的温度、降水和乾旱事件等都有聯繫。
3. 強El Nino事件，El Nino事件一般位相鎖定在隆冬，赤道中東太平洋海温偏高1.5度以上，從而影響全球的氣候，如果發生強El Nino，像1997/1998年那樣，或者像2015/2016，則會把全球温度推高到一段時間的最高值，1998年當年即成為有現代觀測記錄以來温度最高值，一直到2005年才出現更高的數值，而2016一舉成為到目前為止温度最高的一年。
4. 值得注意的是地質運動和火山爆發，在1815年4月，印度尼西亞松巴哇島上的坦博拉（Tambora）火山爆發，一年之後，歐洲和美洲非常冷，被稱作“無夏之年（the year without summer）”，寒冷造成的饑荒在歐洲死亡人數超過20萬。公元536年未知火山爆發，導致歐洲、地中海和中東地區異常寒冷，這一年的中國歷史記載“是歲關中大飢，人相食，死者十七八”。火山的影響少則1-2年，多則持續5-6年，要是超級火山爆發，那影響很有可能引起長時間的冰期或者小冰期。在中世紀，發生過多次的火山爆發，例如13世紀後半期是過去1500年裏火山活動最頻繁的50年，在短短的50年裏，熱帶地區持續發生4次大的火山爆發，1275年5月到10月之間，印尼的Samalas強火山爆發，這些強火山爆發都有可能打亂氣候的正常節奏，被認為是觸發小冰期的重要因素。
超強火山爆發，將大量硫酸鹽氣溶膠噴射進入平流層，減少入射太陽輻射形成全球温度降低
5. 核戰爭，當發生全球規模的核戰爭的時候，會導致全球地面大規模降低，受影響區域降温到-15℃到-25℃，即所謂的“核冬天”。即使戰爭發生在夏季，也可以引起地表温度達到冰點。這項研究在上世紀80年代一經提出就引起轟動，原來人們希望通過各種深入地底的防空防生化掩體，能夠躲過戰爭的影響，然而“核冬天”理論的提出，使得人們徹底明白核戰的毀滅性，在全球核戰裏，全球沒有能躲過核戰氣候影響的區域，整個地球陷入長期煙塵覆蓋下的低温，動植物大量死亡，農作物減產絕產，戰備儲備食品大量消耗，核戰結束數年，倖存者陷入全球饑饉和死亡，所有人都成為戰爭的受害者，沒有人能幸運。
當然除了最後一點，前面幾個因子都有可能，維斯特洛大陸的長夏很有可能是多個因子疊加的結果，比如超強El Nino事件+AMO的正位相+太陽輻射最大的年份，從而出現長達數年全年温度高、冬季温暖的的氣候。而突然的變冷則有可能出現在La Nina事件+AMO的負位相+太陽輻射較小的年份。
突然的大規模的強火山爆發很有可能是引起《權力的遊戲》中的詭異氣候。當持續火山影響的時候，整個地球平流層大氣籠罩在一層火山氣溶膠之下，其中主要成分為硫酸鹽，因此到達地球表面的太陽輻射減少，同時因為火山氣溶膠散射太陽光，會導致整個天空呈現出渾濁、昏暗且偏紅色，尤其在夕陽西下的時候，這種紅色會更為明顯，這在歷次火山爆發後都有所反應，畫家愛德華·蒙克（1863—1944）的作品 “the Scream”中讓人印象深刻的是血紅的天空，紅色的天空背景源自於1883年8月印尼喀拉喀託（Krakatau）火山爆發。英國畫家Joseph Mallord William Turner（約瑟夫·瑪羅德·威廉·透納 ）也記錄了1815年Tambora火山爆發之後的紅色天空。
愛德華·蒙克（1863—1944)的作品 “the Scream”,紅色的天空造成驚悚的效果。
英國風景畫家透納(Turner)筆下，非火山影響期間（上圖）和火山影響期間（下圖）的港口畫作，最大的區別為火山活動引起的紅色天空和幹霧(dry fog)
整個《權力的遊戲》裏場景昏暗，天空透明度都非常低，這很有可能是維斯特洛大陸之外的某個地方發生了長期的火山噴發，從而引起大氣消光和降温現象，導致凜冬的到來，由於此火山的爆發並無規律，因此引起的凜冬出現的時間並無規律可言。
整個《權力的遊戲》裏場景昏暗，即使劇中最透亮的天空都像是蒙着一層紗，這很有可能是火山活動的氣溶膠所致，這也可能是權遊裏異常凜冬的原因。
當然氣候變化的原因從來都是複雜和多因素的，比如在地球歷史上約12900年前，突然出現長達千年的寒冷，這次事件被稱作新仙女木事件，這次事件的產生非常突然，現在科學家認為當時地球氣候正進入間冰期，温度正逐步升高，在北美的大湖中大量冰雪消融，積攢了大量的淡水，忽然有一天，堵塞大湖的冰塊崩裂，大量的淡水經由哈德遜河注入北大西洋，減緩和中止了浩浩蕩蕩的北大西洋暖流，從而引起整個歐洲北美等地温度驟降，冰雪覆蓋之後促發了冰雪-太陽輻射的正反饋過程，進一步加劇了降温，形成長期的嚴寒，這次過程估計會深刻地記錄在維斯特洛大陸先民們的回憶裏，也許正是那次長期的嚴寒，才引起異鬼和野人的南下，才有築城者布蘭（Bran the Builder）建築絕境長城的故事。
在氣候變化過程中，極地的變化幅度往往要超過全球，這被稱作“極地放大”現象（polar amplification），以過去百年裏的全球變暖為例，2016年是有現代氣象觀測記錄以來全球温度最高的一年，平均温度比工業革命前高1.2℃，在這段時間裏，北極的增暖幅度則達到3.5℃左右，幾乎是全球平均值的3倍；同理，當全球温度降低的時候，北極和高緯度的降温幅度往往是低緯度的2倍以上，因此，對高緯度的北境先民而言，對寒冷的慘痛記憶會比南方温暖區域先民更為深刻，所以“凜冬將至”（winter is coming）才會成為北境之王史塔克家族的家族族語，時刻提醒子孫們揮之不去的寒冷記憶。
三、維斯特洛大陸與全球的新挑戰
800年過去了，與瓊恩·斯諾、丹妮莉絲·坦格利安、小惡魔提利昂·蘭尼斯特、瑟曦·蘭尼斯特、詹姆·蘭尼斯特等人的時代相比，世界發生了巨大的變化，在他們的時代，人們大多逐水而居，主要居住在大河的旁邊，例如當時主要的大城市長安、汴京、洛陽、羅馬，維斯特洛大陸的奔流城、凱巖城、臨冬城等，即使海邊的風息堡和君臨城，也都是建造在高地之上。
而800年後的今天，世界主要的城市，主要建造在沿海三角洲地區，接近河流的入海口，比如維斯特洛大陸新崛起的城市白港（White Harber），三叉戟河口的女泉城（Maidenpool）、多恩王國的陽戟城（Sunspear）、河灣的舊城（Old town）等都發展成為人口超過200萬的大城市，其中君臨城更是人口超過800萬，是世界級別的大城市。沿海還有世界上其他大城市，比如上海、香港、台北、東京、新加坡、印尼的雅加達、菲律賓的馬尼拉、緬甸的仰光、印度的孟買、美國舊金山、洛杉磯、邁阿密、加拿大温哥華、英國愛丁堡、法國巴黎、意大利威尼斯、澳大利亞的悉尼，新西蘭的惠靈頓、南非開普敦、埃及的亞歷山大、阿根廷的布宜諾斯艾利斯、巴西的里約熱內盧、智利的聖地亞哥等，事實上，全球有一半人口居住在距離海岸不到60公里的區域，這些地區的人口密度是內地的10倍。
800年前，逐水而居的人更擔心寒冷，而800年後，在河口居住的人們更擔心温度上升引起的海平面上升，如果海平面上升1米，中國沿岸脆弱區（黃河三角洲、渤海灣、蘇北、長三角、珠三角）可能有12萬平方公里土地淹沒、受災人口7400萬，南亞孟加拉國有20%國土喪失，影響3000萬人口，而馬爾代夫這樣的國家則沉入海底以下，全球受影響人口很有可能超過10億。
這個擔心現在正變成事實，過去100年，全球温度持續走高，剛剛過去的2017年全球表面平均温度比工業化前（1850-1900年平均值）高出約1.1℃，為有完整氣象觀測記錄以來的第二暖年份（僅次於2016年），也是有完整氣象觀測記錄以來最暖的非厄爾尼諾年份。
全球温度上升導致格陵蘭島和南極大陸冰川消融，引起海平面上升，另一方面，海温上升引起海水膨脹，也會進一步加劇海平面升高，研究表明過去十幾年，全球平均的海平面升高速度達到了3.5毫米/年，這是一個很恐怖的數據。
2018年全球表面平均温度比工業化前（1850-1900年平均值）高出約0.99℃，為有完整氣象觀測記錄以來的第四暖的年份。
另外科學家也一直想了解在歷史上幾次冷和暖的時期之間的比較關係，有些科學家認為《冰與火之歌》發生前那個長長的暖期（中世紀暖期）是過去2000年裏最高的温度，而有些人則認為最近幾十年才是最暖的時期，這個問題在上世紀90年代隨着一個“野人”屍體的發現，似乎有了些答案。
四、發現“野人”
1991年9月19日，德國兩位兩名德國登山遊客西蒙夫婦爬山到了阿爾卑斯山海拔3210的高度，這裏位於奧地利和意大利國界線附近，他們突然在冰雪中裏發現一個露出半截身子的屍體，身體赤裸、扭曲、臉朝下，標準的北境長城之外的“野人”。後來經過古人類學家分析，這竟然是5300年前“野人”，這個“野人”隨身攜帶有一把比他還高的弓、滿滿一袋箭（14支）、一把斧頭，這個野人還是個時尚弄潮人，身上有47處紋身，旁邊的鞋、帽子和大衣都具有時尚元素。這個“野人”可能是在某次先民和境外的戰爭中，越過了長城，一路受到先民追殺，在翻越阿爾卑斯山時遭遇寒冷和雪崩，被埋在冰層之下，他經歷了歷史上多次的長夏和漫長冬季，包括中世紀暖期與小冰期，屍體都沒有遭到破壞，表明他死後一直深埋於冰層之下，直到最近的温度上升，冰雪消融，才讓他慢慢露出身體出來，多虧德國登山遊客發現的早，如果第二年才發現，那很有可能在裸露的時間裏遭受日曬和風吹的侵蝕，也許會成為過路動物和山鷹的食物。
1991年9月19日，“奧茲冰人”被發現時的情形。
沒人知道他叫什麼名字，不知道他生前發生了什麼故事，也不知道他身上是否有某種魔咒，因為發現“野人”的地方為奧茲山谷，所以現在也稱呼他為“奧茲冰人”（Ötzi the iceman），他的木乃伊屍體保存於意大利的古人類博物館裏（http://www.iceman.it），享受國寶級別待遇，每年給這一地區帶來超過25萬的遊客，絕對是一筆豐厚的收入，研究人員對他進行了放大鏡、X光、CT、解凍、解剖等滿清十大酷刑般的研究，在Nature、Science等國際頂級刊物發表了多篇文章，並且出版了多部暢銷書，關於他的新聞動輒成為新聞頭條。
根據外貌特徵，重新繪製的奧茲冰人生前的樣子，身高約1.65米，體重61千克，年齡45歲。
他的屍體經歷了過去5300年多次温度變遷而未受影響，提供了一個明確的信息，即歷史上的多次温度變化，尤其是温度上升冰雪消融，都沒有達到和超過現有的水平，所以《冰與火之歌》發生前那個長長的暖期（長夏），並沒有現在温度高。
五、南極冰原下藏着的秘密
從上世紀60年代起，科學家們就開始在南極大陸和格陵蘭島進行冰芯的鑽探，在層層疊疊的冰芯裏，冰封有過去的氣候信息，通過分析密封在冰層之中的空氣成分，可以比較準確地判斷過去的氣候狀況，冰芯資料是目前所有古氣候分析資料裏，分辨率和準確度最高的，提供了直接的歷史氣候信息。
科學家南極冰芯鑽探 （Photo Credit – Doug Clark, Univ.Washington）
美國丹佛的國家冰芯實驗室(Photo Credit – Doug Clark, Univ. Washington)
南極冰蓋厚度達到2000-3000米，最大厚度甚至達到4000多米，因此是絕佳的研究古氣候的載體，目前在南極最深的冰芯一直達到超過2000米，在Vostok的探測深度甚至達到3769米，據此計算出來的古氣候可以到80萬以前，下面的視頻我們一起來領略下過去80萬年以來的全球 CO 2變化吧。
六、新徵程
2018年4月底，全球的 CO 2含量達到創紀錄的411.24ppm，這一數值比冰芯中過去80萬年的任何時間都高至少100ppm以上，儘管在過去80萬年裏，地球經歷了數次的冰期-間冰期的輪迴，經歷了很多《冰川時代》的變化，但是現在的大氣二氧化碳水平會讓淡定的長毛象曼尼估計也會被驚掉長牙。
2019年4月5日，全球著名的Keeling曲線（測量夏威夷Mauna Loa觀測站的二氧化碳含量）數值已經達到411.91ppm，這一數值是過去約300-500萬年來的最高值，上一次二氧化碳量這麼高的時候，全球温度比現在高2-3℃，海平面比現在高10-20米。遠古的植物用幾十到幾百年時間拼命生長，吸收了大量 CO 2，再經過上億年堆積形成煤炭，現在燒一把火的時間僅僅幾分鐘，就可以把數億年積累的 CO 2重新釋放回大氣。
石油也是一樣，來自遠古的細菌、浮游植物、浮游動物以及一些植物有機質，經過數十到數百年的沉積和堆積，再經過幾百萬到上億年的地質活動埋藏和熱裂解過程等才形成石油，現在抽取之後，一把火燒掉也是分分鐘的事情，大量的 CO 2重新迅速地釋放回大氣。
時代早已經不是《冰與火之歌》的時代了，持續的全球温度增暖，導致兩極的冰雪量不斷減少，北冰洋海冰面積持續創新低，格陵蘭島和南極大陸的冰雪量也持續減少，這導致了海平面上升，並對依賴於高寒地區的生態系統和全球低窪地區和城市造成深遠的影響。
目前大氣中 CO 2含量還在加速上升，包括維斯特洛大陸在內的所有國家未來幾十到數百年裏，最大的環境問題將會是 CO 2等温室氣體增加引起的全球變暖問題，這個問題將挑戰所有現在和未來的世界領導者。