根据其网站，美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室全球监测部门（NOAA/ESRL/GMD）“持续观测和研究大气成分的源和汇、趋势和全球分布，这些大气成分包括能够通过改变大气辐射环境而迫使地球气候发生变化的大气成分、可能导致全球臭氧层消耗的大气成分以及影响基线空气质量的大气成分”。

　　这次全球监测年会（GMAC）的组织力和参与度少有科学会议能够匹敌。今年五月，全球监测部门在科罗拉多州博尔德举办第 40 届全球监测年会。很多人可能不知道，今年的会议完全由民间捐款资助，捐款主要来自个人。以下是 Picarro 温室气体产品经理Gloria Jacobson在会后与全球监测部门主任Jim Butler的对话。

Gloria Jacobson：今年的第 40 届全球监测年会是迄今为止出席人数最多的全球监测部门年会，有 126 场演讲和众多精彩的讨论。您认为这次会议的亮点是什么？

Jim Butler：亮点体现在多个层面。就我而言，最突出的亮点是，许多与会者告诉我说参加这次会议“感觉就像再次回家”。我认为这证明了我们能够为有意获得最佳观测结果并努力从中汲取知识的科学家创造一个建设性的环境。在这个环境中，人人都能安全地披露新的数据或信息，不用担心被窃取。我们也对成果发表和数据集开发方面的参与合作倍感自豪。我们是一个小团体，也可以说是“一家人”。
　　至于科学亮点，有这么多精彩的演讲，要单独挑出一个来，感觉像是作弊；然而，我们的两位主讲人 - 哈佛大学的Steve Wofsy和麻省理工学院的Ron Prinn都谈到了如何从观测结果中获取信息这一重要概念。大家都知道我们需要增加并协调观测。大家都知道我们需要用多个陆地模型来完善总体再分析，需要分辨率精确到在 10 公里内的全球迁移模型，所有这些都需要依靠计算能力。两位主讲人的发言整合了这些内容。

　　Wofsy重点介绍了如何结合使用不同观测方法。通过引用环境研究的高性能仪器空基平台执行的“极地之旅”观测研究项目（HIPPO）的多年观测结果，将其与使用地面网络观测到的结果进行对比，他展示了仅使用地面测量或空中测量会产生的遗漏之处。如果同时使用地面观测系统和对流层中部观测系统，就能获得一整套测量结果，可用于启动和确认卫星检索，并为模型开发提供信息。这样获得的测量结果远超过单独使用地面测量或空中测量得到的结果。Ron Prinn对这一概念进行了补充，他展示了开发有用、相关的反演模型，该模型将数据转化为信息。他还指出，可以通过引入社会经济学来进一步推动模型开发。最终，反演模型需要高质量的物理、化学和社会经济数据，来满足信息社会的需求。所以，我认为两位主讲人共同抓住了观测和模型工作的精髓。
 

Gloria Jacobson：过去 40 年的科技破译了人类基因组，普及了互联网，发现了太阳系外行星。在过去的 40 年里，您所在领域发生的最大变化是什么？

Jim Butler：“臭氧洞”的发现是一大变化。平流层臭氧消耗对全世界造成了严重的环境威胁。臭氧消耗导致紫外线辐射不断增加，对农业、生态系统和人类健康都有潜在的严重影响。因此，人们开展大量研究，达成国际协议，并最终开辟了一条成功的前进道路。臭氧消耗仍然是一种威胁，因为这些长期存在的臭氧消耗气体（氯氟化碳，CFC）需要很长时间才能在大气中消除，我们仍然不能确定未来会发生什么，例如，气候变化对臭氧消耗的影响。但趋势正朝着正确的方向发展，作为一个团体，我们将继续观察和研究，并通过观测、发表研究成果和定期评估臭氧消耗情况，与政策制定者进行沟通。

　　但我现在想把重点放在温室气体（GHG）上，因为温室气体是气候变化的原因，对未来构成巨大威胁。我想给你们看张图，上面描绘了 70 年代的观测系统，当时我们主要关注与之后几十年的情况相比的全球趋势。随着问题的发展和相关问题的复杂化，我们必须提升发展观测系统。

　　你看，根据我们在 70 年代看到的全球趋势，我们当时需要了解更多的分布情况，因为这些趋势中存在着我们不了解的变化。因此，我们在各大洋的岛屿上和海洋气团登陆的大陆边缘设立观测点。有了这些，我们就有了相当强大的图景，它使我们更了解趋势，同时也开始暗示源和汇的分布。正因为如此，也因为我们已经开始测量碳的同位素，比如二氧化碳中的 13C，这里的科学家们能够做更多工作。通过结合二氧化碳和 13CO2 的数据，我们看出北半球大气层中存在一个非常大的二氧化碳汇，而这是之前没有发现的。

　　此外，通过将这些大气数据与拉蒙特–多尔蒂地球观测站Taro Takahashi的海洋表面二氧化碳饱和度数据一起纳入Inez Fung (当时任职于美国国家航空航天局，现任职于加利福尼亚大学伯克利分校）的模型中， Pieter Tans，任职于美国国家海洋和大气管理局全球监测部门以及环境科学协作研究所）、Takahashi和Inez Fung得以明确指出，不明的汇来自陆地，而非海洋（Science, Vol. 247 no. 4949 pp. 1431-1438 Observational Contrains on the Global Atmospheric CO2 Budget, 1990）。这是一项革命性的研究成果，因为它发现了一个需要研究的重要领域。美国的碳循环科学计划（CCSP）从此启动，全国各地的科学家共同制定了北美碳计划（NACP）。今天有关二氧化碳和其它温室气体的很多研究都是围绕着这个计划而展开的。

Gloria Jacobson：您认为Tans, Takahashi, and Fung的论文有哪些地方是真正令人好奇的？
Jim Butler：首先，这篇论文主要是基于高质量的数据，采用了最先进的模型，所以其主要结论几乎无法否认。这是一篇可靠的论文，因为它以我们当时掌握的最好信息作为依据，同时承认了不足之处 - 非常实事求是。引人之处在于我们根本不知道发生了什么。看起来，大气中 20%、25% 甚至 30% 的碳可能被土地吸收了，而我们一直都知道人们在砍伐森林，所以这怎么可能呢？我们之前认为森林是处于碳平衡状态的。树木生长时吸收二氧化碳；倒下和腐烂时排放二氧化碳。众说纷纭，却无定论。要弄清楚，就必须开展研究。

　　最终，科学家们开始建模，进行大量测量，开展森林和土地资源清查，以了解二氧化碳汇在地球上的分布情况。几年前，几名美国碳循环科学家发布了一份综合和评估报告，把自下而上的清查与美国国家海洋和大气管理局自上而下、基于大气测量的反演“碳追踪”进行对比。通过自下而上的清查可以了解到各个部分的情况，但各个部分的总和具有很高的不确定性，最终必须通过高质量的大气观测来验证。在过去这些年的研究中，我们已经了解了很多，但我们尚未完全弄清陆地生物圈应对气候变化的方法。

Gloria Jacobson：美国和全球的大气科学家和其它测量温室气体的研究人员将美国国家海洋和大气管理局和地球系统研究实验室全球监测部门视为带头人。在未来几年，您的团队将面临哪些主要的领导力挑战，你们将如何克服这些挑战？

Jim Butler：我想说我们需要的领导分为多个层次。在某些时候，我们必须找到一种方法，从我们的观测中总结出良好、连贯、一致的信息，以帮助社会做出正确的行动。撇开陆地汇不谈，由于人类的排放（主要为化石燃料的使用），大气中的二氧化碳和其它温室气体含量正在迅速增加。全球社会正在做出更多减少温室气体排放的决策，随着时间的推移，这些举措可能还会不断加强。一些国家已经走上了这条道路。虽然美国目前还没有全国性的计划，但很多地区都做出了决策。例如，加利福尼亚州出台了法律（AB 32），新英格兰地区发出了区域温室气体倡议，都在设法减少温室气体排放。这些措施虽小，但随着时间的推移，气候变化的影响不断加大，我相信这些措施会大大加强，届时将会急需信息。我们需要做好提供信息的准备。遗憾的是，人类很难眺望未来。但是，可以这么说，人类进化至今，靠的是保障餐桌上（或岩石上？）食物的能力，思考未来并不是我们生存本能的一部分。而现在，我们必须努力思考未来。

　　无论如何我们都需要减少温室气体排放。我们希望能够说出这样的话：“布朗州长，从我们看到的大气情况来看，您的温室气体管理方法似乎是有效的。然而，我们的测量结果显示，在这一点上，您对运输行业采取的政策似乎不如对能源行业采取的政策有效。”我们不会在这方面进行监管，而只是提供有用的信息，因为社会不会愿意花费时间和资金去做没有结果的事情。而且做错了还可能会付出很大的代价。

　　这是一个艰巨的任务，我们面临的领导力挑战是，首先要确保这些信息系统（因为有人要提供这些系统）准确连贯；其次，这些系统要能够提供有用信息。我们将在国际和国内开展这项工作。我们通过美国全球变化研究计划（USGCRP）与美国其它机构合作，并通过世界气象组织（WMO）、联合国环境规划署和其它类似组织进行国际合作。我们需要继续在各地发挥带头作用，我们将继续尽可能提供最好的数据来赢得尊重。我正在参与一个名为“国际温室气体信息系统（IGHGIS）”的国际计划。我将在六月底参加世界气象组织执行理事会会议，该会议将讨论这项计划。

Gloria Jacobson：您做了许多诸如“球体科学”之类的教育推广活动。我想这是未来工作中非常重要的一部分吧？

Jim Butler：教育真的很重要。我想说，我们科学家未能向公众传达整个气候变化的紧迫性。我们要让世界上更多的人了解气候变化的紧迫性。这就是为什么我喜欢地球网络公司将测量结果公布于众的做法。他们的商业计划要求从各种来源获得资金，所以把温室气体的消息传出去对他们有利，而且不需要太多成本。如果他们能找到一种方法，例如，每周或每两周通过当地新闻频道在短短的 30 秒内报告当周温室气体情况，就能让温室气体在公众心中留下印象。这样的报告能够引起人们的注意，因为它能形象地展示二氧化碳是如何在不同地区输送或贮存的。人们会留意，然后开始说，“哦，那是温室气体，我知道这是怎么回事了。”只要让人们树立意识，就能影响决策，这是最重要的。在人们心里，我们物理学家是书呆子- 你们可以教我们如何沟通，这样我们会做得更好，但需要其它人帮助我们向公众传达信息和“感受”。

Gloria Jacobson：40 年前我们对全球碳循环知之甚少，现在我们知道了不少，那么现在如果我们快进 40 年，您希望在第 80 届年会上看到什么？您希望看到哪些重大问题得到解答，您认为接下来要解决的问题是什么？
Jim Butler：我希望到时不再需要我们了（笑）。要知道，40 年并不遥远。这是难以想象的，我认为 40 年后我们会看到很多变化。未来我们要处理的问题将与人口和气候有很大关系。即使人口稳定在 100 至 110 亿（目前是 70 亿，1960 年时是 30 亿），我们也会面临巨大的问题。我们将要遇到的环境问题将与气候变化影响和地球资源的利用和分配有关，即使现在也是一个大问题。我认为这些问题在未来 40 年内是无法解决的，因为人口还在增加，不时爆发激烈争夺。而且人口对环境的压力会越来越大，还有气候变化带来的很多压力。到时候这些问题应该会全面爆发。

　　那么这对全球监测部门有什么影响呢？这意味着我们不得不对某些情况进行长期观察。无论如何，40 年后臭氧洞仍将继续存在，它会变小不少，但不会消失。对流层中部的臭氧也不会完全恢复。消耗臭氧的氯不会回到 1980 年之前的水平；40 年后的氯水平仍将过剩。这很好地提醒了我们二氧化碳排放可能导致的后果，尽管需要更长的时间。我估计，我们届时将采用更可持续的能源模式，但鉴于已经排放到大气中的二氧化碳，地球将继续变暖。而且即使停止排放后，全球变暖也将持续一段时间。

　　如果社会迅速行动起来，40 年后，我们可能会渡过最困难的阶段，走上恢复之路，但现在我们还没有走上这个轨道。现在，大气中的二氧化碳正以与 19 世纪初相同的速度常数增加，这意味着二氧化碳排放量每 35 年翻一番。换句话说，1900 年的二氧化碳排放量是 1800 年的 8 倍左右，2000 年的二氧化碳排放量是 1800 年的 64 倍。目前，大气中的二氧化碳含量比整个人类文明史时期多 40%，几乎所有的二氧化碳都是在上个世纪产生的。

　　在某些时候，我们会停下脚步，转过身来，然后在相当长的一段时间内无法摆脱现状。大气中二氧化碳的清除是非常缓慢的，100 年内只能清除大约四分之三，剩下的要再过 1000 年才能清除。这就意味着不论是 40 年内还是 40 年后，我们都将面临大量气候变化问题。希望会有更好的应对方法，因为我们届时将不幸看到这么多影响和效应。所以我们要观察臭氧洞，也许可以指望那个 IGHGIS 起到作用，减排战略效果良好。谁知道呢？我们甚至可能会庆祝取得的效果。

Gloria Jacobson：Picarro 和其它仪器公司在未来应该扮演什么样的角色 - 对于如何最好地帮助社会，进一步推动科学发展，您有什么建议？
 

Jim Butler：首先，我们可以使用能够方便地部署在无人驾驶航空系统上的仪器。想象一下，蝴蝶大小的无人机进行气候调查，在平流层和对流层之间横穿，并将数据发送到或带回到一些分布式下载站网络，这个想法也许有些夸张。我们可能不需要那么夸张，但我们确实需要更加小巧、物美价廉的仪器来有效地完成调查。

　　我们迫切需要扩大观测网络和平台。我们现在所有的模型都受到了极大的观测限制，无法用于分析或气候预测。因此，我们需要找寻方法，以更低的成本获得更多的观测结果。

　　我看到民营企业在很多领域都有所突破。我认为将来的产品会更加便携，分辨率更高。Picarro 的 CRDS 工作性能良好稳定，市场推广也不错，这是一个巨大突破。突然扩大的仪器市场，自然会使我们获得更多测量结果。例如，一个主要在欧洲的小组想要通过现役飞机温室气体观测系统（IAGOS）在商用飞机上运行温室气体分析仪，一些航空公司已经这样做了。这真是太好了！我们正在推动全世界参与到这些测量中来。参加各种会议、展示产品、传递信息，这些对于向科学家传达信息非常重要。仪器推广关系重大。如果只向需要仪器的一小部分科学家推广，那么人们的兴趣就不会扩大到这种程度。（这也是为什么医疗设备如此昂贵的原因 - 客户群太小。）另外，Picarro 的科学家参与现场调查，这点很关键，因为这意味着你们了解我们科学家所谈论的内容。我们需要你们的帮助来激发各个层面的兴趣。例如，当你去学校时，孩子们对气候变化非常感兴趣，因为那是他们将要成长的世界。

Gloria Jacobson：最后想问您一个意想不到的问题……听说您以前当过乐队主唱？

Jim Butler：一个微不足道的、短暂的小乐队。是的，我最喜欢的一首歌是来自一个名叫Them的乐队，主唱是Van Morrison。有一首歌我真的很喜欢唱，名字叫做：“G-L-O-R-I-A”。您的名字叫什么来着？

Gloria Jacobson：所以作为一名歌手，我们想知道您喜欢谁，Justin Bieber还是Lady Gaga？

Jim Butler：当然是Lady Gaga！

~于太平洋夏令时 6 月 8 日下午 1 点进行的电话采访。