变暖开始的那一天

厄普明斯特教堂坐落在伦敦以东15英里处，周围是农场和牧场的杂乱组合。1699年1月4日上午8点，当威廉·德勒姆冒险外出时，第一缕阳光仍在地平线上蔓延，在教堂的钟楼和树木后投下长长的影子。西南风吹来，云层爬过天空。德勒姆躲进凉爽的阴影里，检查那里挂着的一个物体。作为当地的英国国教牧师，德勒姆以对木星的观察和对黄蜂和幼虫的收集而闻名，而不是他在讲坛上的才能。

这一天，他来读取他温度计的第一个读数，这在当时还是一项新技术。德勒姆的温度计是定制的：一个两英尺长的玻璃杆，底部有一个装满酒精的球体。华氏和摄氏刻度尚未发明，因此他使用自己的系统读取仪器上的温度：每十分之一英寸为1度。那个冬日早晨，当德勒姆读取温度计读数时，天气温和——酒精为11.00英寸，即110度——大约华氏48度。在接下来的七年里，他会每天三次继续读取温度，并将其与风、雨、气压和云层一同记录下来。

德勒姆当时可能不知道，但他的爱好有一天将标志着一件具有里程碑意义的事情的开始：英格兰中部温度记录，这是现在全球变暖大型数据集中的最早温度计读数。最终，科学家们将利用德勒姆的读数——以及其他读数——来更好地理解人类引起的气候变化。

记录存储 世界上绝大多数的温度读数都不能追溯到1900年代以前，当时大规模的化石燃料燃烧已经开始，随之而来的是导致地球变暖的温室气体排放。如此短的记录使得难以衡量人类开始使地球变暖之前存在的自然气候变化；因此，这使得区分地球变暖中有多少是由人类而非自然因素造成的努力变得复杂。

英格兰中部记录涵盖的时间比任何其他温度计系列都长，从1699年至今。它始于德勒姆和18世纪英格兰的少数其他神职人员、医生和哲学家，他们恰好是温度计的早期使用者。现代研究人员将他们留下的零散、重叠的记录结合成该地区的年度平均温度系列，该地区从英格兰南海岸向北延伸175英里，直至曼彻斯特。

可追溯到1880年左右的温度计读数告诉科学家，自那时以来地球已经升温约1.5华氏度，这主要归因于温室气体排放。但更早的读数可以提供由火山喷发或海洋环流周期引起的自然气候变化的记录。这些温度计记录并不完善，但研究人员正在使用新的数学方法和对一些与几个世纪前相同的温度计进行实验来改进它。不幸的是，这些历史数据正在向科学家表明，变暖可能比我们想象的更严重。

最早的温度

德勒姆和其他人最早的温度测量，可以算作一种宗教探究：他们不仅记录天气，还记录蚊子和黄蜂的体型，以及每年春天雪花莲开花和画眉开始唱歌的日期。“让我们用我们所有的量具来检查它们，用我们最精确的尺子来测量它们，用我们的显微镜和最精密的仪器来窥探它们，”德勒姆在他的1713年著作《物理神学》中写道。他相信，隐藏在自然界微小细节中的是关于造物主的洞察。

到18世纪早期，科学家们已经开发了华氏和摄氏温标。到19世纪中期，标准化温度计的批量生产已经开始。气象学大约在1870年成为一门正式的科学，当时美国和其他国家建立了国家气象服务并开始记录数据。但直到20世纪30年代，才有人尝试利用这些信息来测量气候变化。

研究人员已经在探索温室气体在地球远古冰河时代中的作用，但一位名叫盖伊·卡伦德尔的英国工程师更进一步。他想知道燃煤产生的二氧化碳是否正在使地球变暖。他收集了世界各地的温度记录，用铅笔和纸计算出年平均温度，并手绘了显示几十年间波动的图表。

他于1938年发表的研究结果表明，二氧化碳确实具有增温效应。他根据全球147个气象站的数据计算得出，从1880年到1935年，全球平均气温上升了0.59华氏度——是他根据二氧化碳增加预测的两倍。

卡伦德尔的发现引发了怀疑，但当时其他科学家对植物开花时间变化和冰川缓慢消退的研究激发了人们对气候如何演变的持续兴趣。其中一位受到启发去了解更多的是伦敦贝德福德学院的气象学家戈登·曼利。他着手将温度追溯到比卡伦德尔数据集更远的时期。

从20世纪30年代到50年代，曼利为英格兰中部建立了一份温度记录，可追溯到德勒姆的首次测量。他查阅历史档案，发现了英格兰各地个人保留的数十个温度系列。曼利计算了月平均值，并注意到地点之间的一致差异，例如埃克塞特（靠近英格兰西南海岸）和牛津（内陆地点）之间1华氏度的差异。这些重叠和偏移使他能够根据每天一致的读取时间和运转良好的温度计来选择看起来可靠的温度数据集。他甚至分析了地形，以了解被测量的气团可能来自何处——从而表明两个不同地点的气候相似。

曼利的中英格兰记录与温度替代指标的年度涨跌吻合得很好：树木年轮以及关于冬季冰何时覆盖河流或港口以及树木何时发芽的文字记录。“拥有这些记录非常重要，”英国东英吉利大学的气候学家菲尔·琼斯谈到曼利的数据时说。他说，观察曼利冬季气温逐年变化，可以很好地反映影响气候的重要自然循环，例如北大西洋涛动等海洋环流的变化。

但琼斯不确定曼利是否也很好地捕捉了数十年间几十分之一度的缓慢变化，这对于检测化石燃料燃烧引起的变暖的开始非常重要。仅仅是测量空气温度的任务就出奇地困难。研究人员仍在研究过去是如何做到这一点的，以及今天如何做得更好。

消除今天的错误

气候科学家多年来一直认识到，今天的温度数据中充斥着微小的错误——某个地点每日温度突然变化一两度。这些错误表明温度计被移动了，或者有新的观测员在一天中的不同时间开始读取数据。同样令人担忧的是城市热岛效应：一些测温站附近的停车场和道路会吸收阳光并提高附近温度。

2011年，气候变化怀疑论者安东尼·瓦茨发表了一项研究，将这个问题暴露无遗。他招募志愿者拍摄并记录了美国本土48个州中的1007个气温站，发现其中近四分之三严重未能达到美国国家海洋和大气管理局（NOAA）自己的质量标准，通常离吸热结构太近。

这份报告引起了科学家们的惊愕，NOAA撤除了一些有问题的测站。但该机构自2000年以来就一直在努力解决这个问题，建立了一个名为美国气候参考网络（USCRN）的第二套温度系统，旨在提供严格的备用数据。

美国现在有100多个USCRN测站。每个测站都位于禁止开发的公共土地上，每个测站都包括风速计和三个相同的温度计。计算机自动梳理数据，查找指示仪器故障或其他问题的不一致读数。2015年的一项研究发现，这些USCRN测站确实比标准测站提供更准确的结果——但差异很小。

北卡罗来纳州阿什维尔的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家环境信息中心的贾里德·雷尼和罗纳德·利珀报告称，传统屏蔽测站的日最高温度比USCRN测站高0.86华氏度。然而，这种温度上升在一定程度上被日最低温度所抵消，屏蔽测站的日最低温度低0.65华氏度。

正本清源

一些关于温度测量详细方法的最佳研究来自欧洲的另一个地区——阿尔卑斯山中部，那里的温度记录比英格兰晚了几十年。维也纳中央气象与地球动力学研究所的气候学家莱因哈德·伯姆在过去二十年里的大部分时间都在重建该地区的早期温度，基于从1760年到1780年间开始的几个温度计系列。

大约在2003年，他开始注意到一些奇怪的事情。这些早期测量表明，1760年至1850年间气温相对温暖。但其他来源，例如冰川推进的记录，却表明情况相反，阿尔卑斯山在那段时间实际上很凉爽。温度计和替代数据在冬季给出了相似的结果——但每年夏天，这两组数据似乎都会分歧几个月，温度计读数更高。“我们意识到早期温度计存在偏差，”伯姆说。

他认为他可能知道原因：温度计通常挂在朝北的墙壁外面，反射的阳光可能会使设备温度略高于周围空气的温度。国家气象局在19世纪60年代通过将温度计放置在带通风口的木箱（称为防护罩）中来纠正这个问题，这些防护罩可以阻挡阳光但允许空气通过缝隙流通——这种方法至今仍在使用。伯姆开始测试这个假设。

他得以进入克雷姆斯明斯特修道院（位于维也纳以西60英里处）自1767年开始测量温度的原始地点。伯姆将一个温度计放回了那个原始位置，在钟楼北侧的一个阴凉的篮子里。八年来，他每天从旧址和几码外花园里的现代屏蔽温度计上读取读数。

在夏季，朝北的温度计比有屏蔽的温度计读数更高，而在冬季，它们的温度几乎相同——这是由于在明亮的月份吸收了阳光的热量。伯姆的理论是正确的：他估计，阿尔卑斯山早期温度计的夏季读数比实际气温高0.7华氏度。“这听起来不多，”他说，“但事实并非如此。”考虑到20世纪温度上升了1.5华氏度，偏差0.7度表明自工业化前时代以来的实际变暖可能比假设的要多50%以上，约为2.2华氏度。

纠正这个错误并不能使早期温度计与替代指标完全一致——可能仍存在高达0.9华氏度的**额外**暖偏差，这可能来自其他来源，例如温度计的差异或人们读取它们的方式——“但我认为我们更接近真相了，”伯姆在2012年说。（他于当年晚些时候去世。）

“不确定性几乎都朝一个方向，”爱尔兰梅努斯大学的气候学家彼得·索恩同意道，他主要研究近期温度数据。“风险在于我们可能低估了过去200年全球（变暖）的趋势。”

迅速变暖的过去

到卡伦德尔1964年去世时，他已经对数据中令人不安的不一致感到不安：即使二氧化碳持续上升，他的变暖趋势在20世纪30年代末消失了。全球气温停滞甚至在接下来的几十年里降温，直到他去世几年后才恢复变暖。自1970年以来，变暖幅度现在为每十年0.31华氏度——是卡伦德尔在1938年报告的三倍。气候模型显示，这足以扰乱生态系统并导致海平面上升。

卡伦德尔“很幸运”地首先探测到变暖，英国雷丁大学的气候科学家埃德·霍金斯说。卡伦德尔不知道的是，1880年至1935年期间“可能有一些额外的变暖”，与二氧化碳无关，因为全球气候从一系列火山喷发导致的降温中反弹。

但卡伦德尔的发现从长远来看经受住了考验。2013年，霍金斯和琼斯将卡伦德尔基于147个气象站的手绘变暖估算与基于数千个气象站的现代估算进行了比较。“结果出乎意料地一致，”霍金斯说。这两个图表显示1880年至1935年间的变暖幅度几乎相同。

温度计记录的最初几个世纪是引人入胜但不可靠的，像卡伦德尔、曼利和伯姆这样的人以历史学家研究古代手稿的谨慎态度对待它们。但这些早期温度本身现在已成为一种工具，帮助科学家们找出人类何时开始使地球气候变暖——并暗示变暖可能比最初想象的更为严重。

德勒姆及其他人的早期温度读数最大的缺陷可能不在于读数的可靠性，而在于它们数量太少，而且只覆盖了地球表面很小一部分区域。德勒姆的信件中提到他认识的人收集的其他温度读数——这些系列至今尚未找到。有些可能在20世纪20年代被伦敦皇家学会销毁，讽刺的是，当时它们被认为“不再有用”。但这些信息中的一部分，也许隐藏在某个图书馆尘土飞扬的盒子里，可能仍然会重见天日，为我们理解地球气候历史和未来增添宝贵的年份。

最早的温度计

17世纪和18世纪的温度计在长度、设计、测量刻度和反应液体方面各不相同。酒精和水银是首选液体。如今，科学家正在复制这些温度计，以帮助衡量其几个世纪前读数的准确性。

德勒姆的温度计可能类似于16世纪意大利伽利略可能发明的恒温器，由一个装有液体的罐子和一个顶部有玻璃球的透明管组成。管中的液体会随着球体的温度升高而上升，下降而下降。

这款18世纪中叶巴黎的酒精温度计安装在一块木板上。

这款带有摄氏刻度的意大利水银温度计可追溯到18世纪。

这款带有华氏刻度的英国水银温度计也来自18世纪。

这些17世纪中叶意大利的酒精温度计上标有圆点，一个显示15度（前景），另一个显示20度。