这是一个衡量指标，表示二氧化碳浓度较工业化前水平翻倍时，全球预计会升温多少。
研究结果表明，ECS 的可能范围为 2.6C 至 4.1C。
经过四年的研究和国际科学家团队的深入讨论，我们如今能够以前所未有的准确度量化全球地表温度对二氧化碳浓度上升的响应。
平衡态气候敏感度
我们的研究成果发表于《地球物理学评论》，缩小了“平衡态气候敏感度”（ECS）的可能范围——这一指标衡量二氧化碳浓度较工业化前水平翻倍时，全球预计会升温多少。
自美国气象学家朱尔斯·查尼在其1979 年报告中提出 1.5C 至 4.5C 的可能范围以来，限制 ECS 的范围一直是气候科学的终极目标之一。他的估算主要基于世界上最早的两个全球气候模型。这两个模型在一项将大气二氧化碳浓度翻倍的简单实验中，分别得出了 2C 和 4C 的估算值。
此后，尽管已有 40 多年的研究，人们对大气过程的认识大幅提升，观测也日益详尽，这一范围却始终顽固地维持不变。
如今，综合观测到的变暖、地球遥远的过去、气候模型以及气候科学认识的进展，我们的研究结果表明，平衡态气候敏感度的可能范围为 2.6C 至 4.1C。
这一收窄后的范围表明，人类社会不能指望较低的气候敏感度为应对气候变化争取更多时间。不过，这一结果也有积极的一面：我们的研究还表明，ECS 的估算值极高的可能性较低。
始终偏宽的范围
地球气候对大气二氧化碳浓度上升有多敏感，是气候科学中的一个基本问题。它实际上决定了地球表面会因人为二氧化碳排放而升温多少。
大气中的二氧化碳浓度已从工业化前的280 百万分率（ppm）升至如今约 416ppm。如果不采取措施减少排放，浓度很可能在工业化前水平的两倍、即 560ppm，达到这一水平——大约在 2060 年。
然而，ECS 的估算范围始终偏宽。政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第四次评估报告（AR4）于 2007 年发布，报告认为 ECS很可能处于 2.0C 至 4.5C 之间——按照 IPCC 的用语，这意味着概率大于 66%。这表明低于 2C 的估算值不太可能，也终于显示出研究取得了一些进展。
然而，这一进展在 IPCC 的第五次评估报告（AR5）中于 2013 年出现逆转，报告恢复采用经典的 1.5C 至 4.5C 范围作为其很可能的估算范围。
为何会出现逆转？自 21 世纪初以来，ECS 的估算不再仅仅来自气候模型，还来自对过去气候的研究（“古气候学”）、对温度变化历史观测的解读，以及对气候反馈过程基础机制的研究。
撰写 AR5 时，基于历史资料的估算得出的 ECS 最佳值约为 2C。相比之下，基于过程认识和模型的估算支持查尼范围的上限。尽管这些范围有所重叠，但一方面基于观测到的气候变化，另一方面基于对支配气候敏感度的过程的认识和建模，二者得出的估算存在差异，这令人担忧。
自 2013 年以来，科学家们持续努力，试图弄清估算结果存在差异的技术细节，并开始谨慎尝试协调不同证据线索得出的不一致估算。
我们的新研究展示了人们对不同且相互独立的证据线索之间关系的认识如何提升，并使这些证据得以正式综合，从而比以往任何一次综合评估都更有力地限定 ECS 的范围。
平衡态气候敏感度的可能范围
我们的研究表明，很可能的 ECS 范围为 2.6C 至 4.1C，最佳估算值略高于 3C。在此范围之外，ECS 低于 2C 的概率不到 5%，高于 4.5C 的概率为 6% 至 18%。
我们还估算了“有效气候敏感度”，其数值为 2.6C 至 3.9C；这是一个与 ECS 略有不同的指标。（ECS 是指二氧化碳浓度翻倍后，气候达到平衡状态时的升温估算值。由于气候可能需要数千年才能真正达到平衡，因此有时难以对其进行评估和模拟。有效气候敏感度是一种常用的替代指标，通常根据二氧化碳浓度翻倍后 150 年的升温情况进行外推。）
乍看之下，这似乎并未比上一份 IPCC 报告有太大改进，但实际上，它对气候科学的认识以及我们对 21 世纪升温预测范围的信心都有重要影响。
下图展示了我们研究得出的 ECS 可能范围（黑框），并将其与 AR5（灰色）以及第五轮（蓝色）和第六轮（橙色）耦合模式比较计划（CMIP）的全部估算范围进行了比较。（CMIP5 模型的预测用于 AR5，而 CMIP6 将为即将发布的第六次评估报告（AR6）提供依据。）
新研究得出的 ECS 范围，包括基准结果（黑色）和稳健结果（灰色，显示有效敏感度）；上一份 IPCC 评估报告（AR5，蓝色）；上一代气候模型（CMIP5，黄色）；以及新一代CMIP6气候模型（橙色）。对于 Sherwood 等人的研究和 AR5，粗线表示气候敏感度的可能范围（66% 范围），细线表示很可能的敏感度范围（90% 范围）。图表由 Carbon Brief 使用 Highcharts 制作。
我们的研究首先确定并解释每条证据线索如何限定（或无法限定）ECS 的可能范围，由此得出更窄的范围。我们仔细审视了三种不同的证据线索：对反馈过程的认识、温度变化的历史观测，以及对过去气候变化的古气候重建。
其次，我们将这三项估算正式综合，得出略高于 3C 的 ECS 中心估算值。研究还进一步限定了 ECS 的范围：估算值处于 2.3C 至 4.7C 之间的概率为 90%。如果剔除任意一条证据线索，或采用不同的统计方法，则得出的“稳健”有效敏感度估算范围为 2.0C 至 5.7C。
这些限制使我们如今能够将该范围与气候模型的估算值进行比较，而气候模型本身并未被用作直接证据线索。若某些气候模型的 ECS 高于我们的范围，那么在给定排放路径下，它们预计会高估未来升温幅度。同样，若其 ECS 低于我们的范围，则很可能会低估未来升温。
综合多条证据线索
反馈过程是地球应对二氧化碳浓度上升的重要因素。反馈既有正反馈——会加剧变暖，也有负反馈——会减缓变暖。正反馈的一个例子是：升温导致冰雪融化，使反射的阳光减少、吸收的阳光增多，从而进一步升温。
我们研究了来自观测、理论、详细模拟和气候模型的证据。分析显示，若平衡态气候敏感度低于 2C，就需要云对全球变暖产生负反馈，而我们认为这种情况极不可能。因此，仅凭这一证据就可以排除低于 1.5C 的 ECS 估算值。
迄今观测到的升温是另一条证据线索。在二氧化碳浓度尚未翻倍的情况下，我们已经经历了约 1C 的升温。这一发现表明，ECS 低于 2C 的可能性极低。然而，利用历史证据准确估算 ECS，受到多种因素的阻碍：难以量化气溶胶（来自空气污染和火山活动）的冷却效应；以及人们认识到，近几十年来反馈过程的作用方式可能不同于其长期预期作用方式。因此，仅凭历史数据极难排除较高的 ECS 值。
我们考察的第三条证据线索是古气候。地球遥远过去自然发生的气候变化在信息充足时，也有助于限定 ECS。我们发现，信息量最大的两个时期是末次盛冰期（约 2 万年前），当时气温比今天低约 3C 至 7C；以及上新世中期的温暖时期（气温比今天高约 1C 至 3C），距今约 300 万年。末次盛冰期降温幅度的限制，是表明高 ECS 值不太可能的最有力单项证据。
将这些证据线索综合起来后，对平衡态气候敏感度范围的限定会更加稳健，使综合证据开始能够排除较高和较低的 ECS 值……
排除较高的 ECS 值：如果真实 ECS 值高于 4.5C，那么云反馈的放大作用就必须远强于卫星数据所显示的程度。未来反馈的放大作用也必须远强于历史时期的水平。此外，地球冰盖的变化和末次盛冰期干旱条件下的尘埃沉积，都必须被严重高估。
排除较低的 ECS 值： 如果真实 ECS 值低于 1.5C，就必须发现一种此前未预料到、具有强烈冷却作用的新云反馈过程。此外，气溶胶在历史时期对气候的冷却效应必须接近于零，甚至产生了升温效应。上新世中期的升温估算也必须被高估。
我们通过一系列统计检验，评估所有证据线索都出错的可能性。检验还评估了结果对特定证据的依赖程度。经过大量数学计算和视频会议讨论，这些检验使我们最终确定了论文中给出的 ECS 范围。
下图展示了各条证据线索单独使用时得出的结果，每个方框表示有效气候敏感度的 50% 可能范围。
根据每条证据线索单独计算得出的有效气候敏感度 50% 可能范围。请注意，仅依据历史资料得出的估算值上限约束不足，为 >8C。图表由 Carbon Brief 使用 Highcharts 制作，依据 Sherwood 等人（2020 年）论文中的图 20。
与模型比较
本文前面的图表显示，一些 CMIP6 模型的 ECS 超出了论文给出的范围，高端和低端均有此情况。
我们的研究表明，ECS 超出本研究范围的模型不太可能代表真实的 ECS，因此预计会高估或低估未来的温度变化。
然而，我们的研究并非定论，统计结果仍为较高端的 ECS 值留有空间，尤其是因为高端的约束不如低端充分。因此，我们的研究无法确切排除这些高端模型。
此外，其他研究发现，高 ECS 值的模拟在许多方面有所改进。因此，在评估未来风险时，纳入这些平衡态气候敏感度较高的模型，仍是一项有益的预防措施。
