主题：【原创】电影《后天》的剧情靠谱吗？（上） -- 大黄
电影 The Day After Tomorrow (2004) [1]的题目怎么翻译，台湾同胞是笑话了我们的，不过我觉得《后天》就挺好了，《明日之后》也未必雅。不过比题目更有争议的是内容，剧情我就不简介了，就是一个全球气候变暖，导致突然寒冷的背景，然后各种天才、英雄、美女各就其位的故事。问题在于，这个剧情设定靠谱么？为什么这么违反直觉呢？
其实这个剧情还真是大有来头。我们常说“太阳底下无新事”，这个故事也不例外，同样是有原型的，地球的历史上的确出现过类似的气候突变过程（abrupt climate change），而且最显著的一次离现在的时间还不太远，比山顶洞人（距今18000年）都近，学术上把这个过程叫“新仙女木回冷”（Younger Dryas Cooling）[2]。仙女木学名叫做“Dryas octopetala”，是一种只生长在严寒环境下的植物，通常只能在北极圈内才能找到，结果它的花粉后来在较南的地方找到了，这就说明有个变冷的过程。为啥叫“回冷”呢，是因为当时的大背景是地球在从上一个冰期中变暖（现在还在这个过程中），变冷是“逆潮流而动”，不得人心。所以这个回冷的过程没搞多少年（大概在12,800-11,500 BP），就又变回去了，这跟电影里最后峰回路转的结局是一致的，倒不光是好莱坞照顾观众。
这个事情轮廓上就是这样，但如果只是一会儿变暖一会儿变冷，那就还不够戏剧化。比如说，从暖到回冷，这中间是平滑变化还是突然变化？平滑变化，比如过渡个几百年的，那编个《后天》就显得太夸张，没那么快嘛。幸好科学家们很八卦，这个段子抓住了就深深得挖，不仅挖现象，而且挖幕后，结果发现真实的历史的确很“戏剧化”，料很足。到八九十年代的时候，大家已经知道这个事情前后两头的变化都是很突然的，也就是说，变冷很快，回冷变暖也很快，比如89年的时候，已经把回暖的时间长度确定在20年以内了[3]。这样的话，编一个跌宕起伏的故事，就已经靠谱多了。但近来的发展使科学家们觉得可以让这个故事更靠谱一些。
先压下故事的戏剧性那头，回到剧情的合理性来。也就是说，在观察到一个现象以后，你要讲一个好故事，让大家满意才行。比如你对观众说，张三死了李四跑了，所以张三是李四杀的，你就编这么个破剧本让我们来看？退票！科学家们对怎么编这个剧本，意见就很不一致。比较突出的是03年Science的一篇Review[4]，说把这个故事讲好了要达到这么几个标准：
“首先，场景设定必须要你刻画出气候系统产生跳跃的状态；其次，必须提出一个能触发系统产生状态之间跳跃的机制；再次，必须要有一个把触发信息传导到全球的系统；最后，还得有一个像飞轮调速器那样把系统稳定在某个状态下几个世纪的东西”
这个要求我看已经算很基本的了，但就是这个要求，也不是那么容易达到的。科学家们绞尽脑汁，想出了几个辙。一个故事版本，就是“大洪水”版，大意是说，变暖过程中冰化了，尤其是现在美国五大湖那块的冰化了很多，淡水流入大西洋，把北大西洋洋流的盐度改变了，导致北大西洋暖流环流停止甚至反转，《后天》就是按这个版本来编排的。但很多科学家不同意这个故事，觉得这样的话有些剧情说不圆，所以倾向于另编故事。一个比较有代表性的版本，是认为问题主要出自大气-海洋的互动上，要点在大气，不能只盯着化冰，上面说的那篇Science的作者就是持这个看法。
当然新战场这么一开那就更热闹了，老故事和新故事肯定要竞争的。老故事的拥护者05年发了Nature，捍卫自己的观点[5]，新故事的提倡者06年再发Science，提出反驳[6]，总之江湖之内，烽烟再起，一时多少英雄。
科学需要讲故事，比故事，但光有故事那就不是科学了。“拿证据来！”紧箍咒如是说。虽然YD这个事件的年代还是比较近，但证据却也不是那么好取得的，第一个挑战就是地点，能说明问题的，至少也得是在把当年的证据留到现在的地方才能弄到。这些地方比较容易想到的是南北极的冰芯，89年那篇文章就是用它来做的。其他就是山顶上有积雪的地方，再一个就是火山口湖的湖底。今年Nature Geoscience出了一篇很有意思的文章，就是用德国一个湖底的样品来做的[7]。
用样品来说明问题的另外一个挑战，就是这些样品的时间精度怎么样。通常这种历史样品都是用同位素纪年的方法来测时间的，但这种方法会在同位素比例不稳定的时候导致“表不准”，忽快忽慢，而气候大规模变化的时候恰恰是表不准的时期，这就会造成比较大的系统误差（比如20年的误差），无法排除。但有些办法就不受这个的限制，比如数年轮，这样就可以精确到一年之内。德国的这个样品恰好在这个问题上表现优异，而分析结果也非常令人吃惊：YD回冷期开始居然是在一年之内发生的！这样一来，电影《后天》的紧凑剧情就更加有现实对应了，看来剧作者有想象力还是很必要的，不能太保守。
另外这个样品对YD回冷期原因的解释也表了一个态，这一票投给了大气。因为它显示的回冷期开始这个变化对应于西欧风向的一个突然变化，跟洋流反转的关系不直接。这样的话，剧情解释的战争必然会进一步复杂化了。
上面两个版本的故事只是大概讲了讲主流。因为无论是大洪水版，还是赤道大气-海洋互动版的故事，都可以归结为“内触发”类，也就是说只是地球内部的“纠结”，但这么戏剧化的事情会不会是由外部触发呢？比如，彗星撞击地球啥的？这个想法是挺自然的，而且人家还找到证据了，比如07年PNAS的这篇文章[8]。另外，跟太阳活动的变化有没有关系？这里先卖一个关子。
补充说明一下，有人说，“把洋流截断甚至反转作为全球气候突变的引子，应该算是比较聪明的假设”，的确是这样，所以最开始被接受的故事版本就是这个。不过这个故事有一些明显解释不过去的地方，比如，根据对融冰速率的观察，发现化得最快的两个高峰期，分别在回冷发生时刻的几百年之前和几百年之后[7]。一般来说，几百年的跨度在地质上已经算是很小的偏离了，这个“同时性”可以坐实了，“因果性”就有话可说了。但偏偏回冷这个事情的时间精度可以达到几年之内，那么这个就不是小毛病了。于是好多科学家开始想一些别的辙，来修补这个故事，但各个补丁版都不是很成功[6]。这也是为什么“大洪水版”主导了几十年，最近几年却有所松动的原因。
大洪水版的另外一个问题，是所谓“格局”问题。大洪水版的“地方性”很浓，也就是说，故事是集中在北大西洋及两岸的北美和西欧，但问题是，“新仙女木回冷”是一个全球性的事件。虽然早先的证据集中在北大西洋周边，但后来经过考察，在委内瑞拉、新西兰、中国[9]等地都观察到了类似的气候变化特征。虽然起源于地球局部进而扩展到全球的气候大变化完全是可能的，但显然，要说明全球的问题，需要一个“更大”的故事。将来的统一版本，更有可能是把大洪水故事纳入整体，但不作为单线来发展，在这方面，新的版本，比如考虑大气-海洋的互动等，在框架上就显得格局更大一些，更有扩展性一些。
上面都是讲一些具体的科学问题，细节外行一般也没什么兴趣，反倒是对为什么要搞这个题目本身可能更有兴趣。说好听点，叫做好奇心；说直接点，我想其实是恐惧，对abrupt change的恐惧（这次金融危机可以算一种abrupt change了，呵呵）。从知道这种事件的厉害，到意识到这种事件可能再次发生或者被人类引发，再到对历史上这种变化的深入研究。“以史为鉴，可以知兴替”的道路并不限于社会史，自然史也是一样的。
按这个标准，“新仙女木回冷”事件的典型性就太好了。它正好站在“人类文明从何处来”和“人类文明向何处去”的交叉点上。说它关乎”人类文明从何处来“，是因为稚嫩的人类经过了这次风霜以后，马上变得不一样，一个重要的转折，就是农业从此开始产生[10]，而农业一开始，人本身马上就要脱胎换骨了。说它关乎“人类文明向何处去”，不同意见可能就会多些。比如说，“真会出现气候突然大变化这种情况吗？”，”出现了又怎么样，很严重吗？“等等。这些问题都是好问题，而要回答好这些问题，还得回头细查历史。这一回，镜头就需要从“新仙女木回冷”扩展到其他的时空，从自然扩展到人文。
补充：漏了一篇重要文献，今年的一篇Science，直接看题目就明白了：High-Resolution Greenland Ice Core Data Show Abrupt Climate Change Happens in Few Years[11]，与前面用德国湖底的样品得出的结论是一致的，即根据近来证据的精度，急速气候变化的急速程度，已经能缩短到1年左右了。
1.http://www.imdb.com/title/tt0319262/
2.http://en.wikipedia.org/wiki/Younger_Drya
3.http://www.nature.com/nature/journal/v339/n6225/abs/339532a0.html
4.http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/300/5625/1519
5.http://www.nature.com/nature/journal/v435/n7042/abs/nature03617.html
6.http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/312/5777/1146
7.http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n8/abs/ngeo263.html
8.http://www.pnas.org/content/104/41/16016.abstract
9.http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/294/5550/2345
10.http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/316/5833/1830
11.http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/321/5889/680
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看那个风一吹东西就结一层冰就知道了，绝对比靠谱的事，这片子细节上全部是漏洞。
说到“人与自然”，现在最时髦的题目是温室气体排放造成的全球气候变暖，这当然是个科学问题，但它又比科学问题复杂，至少还是一个政治问题，那么讨论这个问题的话算计可就多了，先不搞这个。幸好温室气体效应的显著化是在1960年以后，或者放宽一些，工业革命以后，那么我们就只讨论1800年以前的事情。这个时期内，可以认为人类活动过于微弱，以至于难以对全球气候产生显著的影响，所以作用是单向的，即人对自然变化的被动接受。
那么这个事情研究哪儿合适呢？没有比中国再合适的了，这是中国文明的早、长无可匹敌的优势。那么关于这个事情，老子在3000年前就做了一个精辟的总结，“天地不仁，以万物为刍狗”。天地没那么多仁，这个事情反复得被后世的史书记载所证实，中国人都是很熟悉的。但史书毕竟是人写的，从科学的角度讲证据“不够硬”，所以做这块的大家都还是按西方的科学路数来做，以中国的资料做补充或提供灵感，这比竺可桢的“物候学”就前进一步了。
源自西方的科学在这个问题上的优势，首先体现在物证开拓和分析手段和技术这块。在西方挖东西能做出好的结果，在中国照样挖，一样出结果。当然挖出来的不同证据样品，能分析出的结果价值会各不相同，我这儿举三个例子，标准仍然还是高标准，以上了Science/Nature的工作为限。
第一个例子是05年的Science，样品是在贵州的董哥洞弄出的两根石笋[12]，第二个例子是07年的Nature，样品是雷州半岛的火山口湖湖底取的[13]，第三个例子是08年的Science，样品是在甘肃的万象洞取的[14]。
怎么评价这些样品的好坏呢？首先是精度要好，比如甘肃那块石笋精度可以达到2.5年内，其次是代表性要好，即取得样品的地点要能很好得表征该地区甚至整个东亚季风带的特点。在这些方面，今年的这篇Science就非常完美，在配发的编者按里援引这行里一位老资格的话说，“这是长久以来看到的最酷的一篇论文”。建议感兴趣的可以看一看。
这几篇文章都说明了哪些问题呢？大概有这么几点。第一，人类社会受气候变化（对东亚来讲主要是季风的变化）的影响非常大，三篇文章都证实了气候变化和文明衰落之间的关系。比如05年那篇文章，样品覆盖的时间跨度比较长，说明了中国旧石器文化的崩溃跟气候变化的关系，08年这篇文章覆盖了秦汉以后，说明了多个朝代，比如唐、明衰落的气候变化背景（这个就包括明末小冰期的影响这段公案），以及北宋富庶的原因。
第二，说明了气候变化的全球性特征。比如07年的那篇文章，就论证了唐和玛雅文明的衰落的共同原因（玛雅比唐更惨，经过这一下元气大伤）。
第三，指出了前工业化时期气候变化的肇因。05年和08年的文章，都把矛头指向了太阳，指出了太阳活动的变化与地球上气候变化的关系。今年文章配发的编者按的题目，就是“CLIMATE CHANGE: Chinese Cave Speaks of a Fickle Sun Bringing Down Ancient Dynasties”[15]，连气候变化这个中间过程都省了。
当然，涉及到人的事情，因素是很多的。比如07年的那篇文章就生出了很多批评，说唐的衰败不是那么简单的，还在Nature上往返交锋了几次，今年的这篇文章，编者也援引了质疑者的观点。我觉得这样挺好，和谐。要是说太阳眨眨眼王朝就完蛋了，那我们研究制度啦、文化啦的同学们岂不是要失业了？这样不好。这个问题尼伯龙根·蜗藤的文章《气候是导致唐朝覆没的主要原因吗？》写得非常详尽（这个题目太火，写撞车了，哈哈）,严重推荐！
那么整体上怎么评估现在的气候变化研究呢？应该说，找物证、分析年代、跟各种因素做相关分析这些是科学上很成熟的办法，现在搞的这些研究只是题目新，手段倒不怎么新。那么，是不是这帮科学家们想找些活干，发明出这些题目，发发文章，申请申请项目呢？我觉得不能简单得这么看（吃饭的动机总是有的，这个没必要否认）。全球气候变化，从“新仙女木回冷”到人类文明时期的各个阶段的历史，都说明了这个题目的重要性。最直接的，人们希望科学家们能回答“未来会怎么样”这个问题，以便未雨绸缪，早做准备。
但这个问题是很难回答的，首先需要很多钱（哈哈）。但光有钱也没用，这个问题本身的难度比钱的问题大多了。我们就简单分析一下如果要解决预测未来这个问题需要哪些步骤，哪些条件。
要预测未来，首先必须要准确得理解历史。做好这件事情需要这么几个工种：第一类工作，是搜集历史证据。所以现在打头的，主要是各种“泥腿子”，也就是地质学家，这很重要，但只是漫漫长征的第一步，不要以为他们就是全部，后面一大帮子人都在等着接下一棒呢。
第二类工作，是做各种定性的解释的，这里面就包括各种故事（科学上叫假说），我们已经看到，这个过程和第一类工作是互相激发的。也就是说，去找什么样品，方向是什么，要说明什么问题，这跟基于什么假说是高度相关的[7]，这个容易理解，所以这两类工作经常是同一拨人干的。通过这种不断得互动，各种证据就越来越多，拼图就越来越完整，图景就越来越清晰，解释就越来越合理。这是一个过程，急了不行。
做前两类工作的，颇有18、19世纪“博物学家”的影子，是绝对必要的，但如果要达到能做预测的水平，肯定是不够。这就需要有第三类工作，也就是做定量分析（恩格斯说话，“数学在一门科学中应用的程度， 标志着这门科学成熟的程度”），这里面就包括做计算的，以及做理论的。计算的问题比较容易理解，因为前面说了，气候变化经常是全球性的事件，这就决定了计算的规模非常大，一般的计算机搞不定。那么现有的各种超级计算机很多都是用于地球模拟用途，就比较容易理解了。做理论的呢？这个就更难了。因为这里面涉及到的基本物理规律，比如描述大气、海洋这些流体的Navier-Stokes方程，本身的求解在理论上就还没有解决，所以现在只能做各种近似，而近似还要“凑出”各种强烈的非线性结果（比如气候突变），这个东西怎么弄，我觉得实在是头大，哈哈。
有了所有这些人和工作，历史资料能解释了，能找到比较好的理论模型做数值模拟了，这个时候预测的工作才可以说摸到门边了。光是这个就要等到啥时候捏……
12.http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/308/5723/854
13.http://www.nature.com/nature/journal/v445/n7123/abs/nature05431.html
14.http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/322/5903/940
15.http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/sci;322/5903/837a
以上引用的Science/Nature等论文的原文可以从此处下载： http://dahuang.dhxy.info/ClimateChange/
找到方程、方法，求解出大气的运动。
没有物理机制，什么证据都是在咋呼。其实第一类、第二类性质是一样的，无论什么时候、什么人都可以做。而第三类工作是完全独立的，要的是天才。纳维-斯托克斯方程组的真正求解，要指望数学上有所突破，估计要等到下一个牛顿、莱布尼茨才有可能。考虑到数学上的成果总是在很久以后才会被物理界注意到，然后才被玩地球科学的人士注意到……也许还是等下辈子吧
既然这样，我的这些讨论好像没什么用处啊
鲜花已经成功送出。
此次送花为【有效送花赞扬，涨乐善、声望】
是想看偏文的还是偏理的？哈哈。
这个数值模拟等天才是没有用的，根本就不会出现突破性进展， 但是会随着计算机技术的不断进步一点一点的搞定，算法进步也会提供帮助，不过不会让效率一下提高一百倍的。
话说回来，是不是计算机不能模拟地球上每个分子的运动就不能解决气候模型问题？ 其实也不是的，你要往复杂的地方说，最简单的 Rayleigh－Taylor instability 就至少让几百个博士毕了业，但很多时候利用假设，简化作出来的模型也是可以很好用的，七十年代的计算机作的一些海洋系统模型就还行，现在天气预报不久还不错么。
这空气的比热要多高或者风速要多高才能搞定啊？
我们被你说成“泥腿子”了
呵呵，不过挺形象的
不好意思啊，哈哈，不过绝无贬低的意思，就跟“土共”大概差不多 
原来一年内就变冷了。
PQ肯定冻没了。
慢慢写，不着急。让俺有个念想就好。