气候变化不再是一个遥远的威胁，而是已经使我们面临危险的“临界点”，可能永远改变我们的日常生活。 詹姆斯·戴西 了解对人类气候系统的新研究如何帮助我们避免灾难
“暴雨和雷暴袭来的洪水警报”
“暴雨引发出行混乱”
“人们因洪水切断社区而被困”
关于洪水的故事是媒体的主要内容。 考虑到大雨会对当地社区产生巨大影响——破坏房屋、破坏电线和阻塞道路，这不足为奇。 但想象一下，如果一个国家的某个地区发生强烈的局部洪水，这会在整个国家引发旅行混乱。
这样的事件是一个例子 社会经济系统的临界点 – 当相对较小的输入引发不成比例的大结果时，会带来无法轻易逆转的社会和经济后果。 在这种情况下，触发点是相对较小区域内的洪水，而临界点是国家公路网功能的丧失。 如果人们无法出行，那么经济和社会活动就会迅速陷入停顿。 是的，洪水会消退，但为了防止类似的结果再次发生，道路系统需要重新设计。
在物理学中，临界点——或临界点——很常见。 它们可以在各种相变中找到，无论是液体变成气体，还是铁电材料的突然磁化（见下框）。 但是，人们对社会背景下非线性的兴趣日益浓厚，这与马尔科姆·格拉德威尔 (Malcolm Gladwell) 2000 年的畅销书“流行社会学”有关 引爆点. 它解构了几个令人困惑的社会趋势，包括 1990 年代纽约市犯罪率的急剧下降，以及同一十年 Hush Puppies 鞋意外（且无关）的复苏。
几年之内，临界点概念也进入了气候对话。 人们对可逆性有限的灾难性事件产生了恐惧，例如亚马逊雨林的大规模枯死（植物健康状况逐渐恶化，有时会导致生物死亡），以及冰原融化进而导致全球海平面上升。 这些担忧导致英国和德国的一组环境科学家在 2008 年发出警告，“社会可能会因对全球变化的平稳预测而陷入一种错误的安全感”（PNAS 105 1786). 他们将“引爆元素”定义为地球的次大陆子系统，在某些情况下，可以通过小的扰动将其切换到性质不同的状态。
由于海平面上升，人们已经被迫逃离家园，农田因干旱而被遗弃
近年来，临界点概念已扩展到人类-气候系统，其术语甚至出现在 报告 由 政府间气候变化专门委员会. 当地洪水的更广泛影响只是气候变化引发的众多潜在社会经济转折点之一。 事实上，人们已经因海平面上升而被迫逃离家园，而农田因干旱而被遗弃，滑雪胜地因全球变暖而失去积雪。 但为了预见危险的门槛并阻止我们跨越它们，一个全新的学术领域正在出现，来自社会和物理科学的研究人员正在研究气候和社会经济系统之间的复杂相互作用。
通往临界点的道路
最近在这个不断发展的领域进行的一项研究评估了欧洲道路网络对洪水的稳健性（交通研究 D 部分 108 103332). 由...领着 基斯·范·金克尔 – 气候适应和风险管理研究员 三角洲研究所 在荷兰——研究发现，斯洛文尼亚、马其顿和阿尔巴尼亚等多山小国尤其容易受到影响，百年一遇的洪水中最严重的 5% 发生在局部地区，可能使整个地区与世隔绝，原因是道路网络缺乏弹性。 由于主要经济中心之间的连接数量有限 在这些国家，估计有 32-41% 的司机将不得不绕路——其中许多是极端的——从而导致社会和经济混乱。
相比之下，较富裕、较大国家（如英国、德国和法国）的道路网络通常更为稳健，尽管它们仍然存在局部漏洞。 例如，2021 年 222 月中欧连续两天的强降雨导致德国和比利时发生极端洪水，造成至少 XNUMX 人死亡，更广泛地区的基础设施遭到严重破坏。 大部分破坏发生在德国的北莱茵-威斯特法伦州和莱茵兰-普法尔茨州，那里陡峭狭窄的山谷造成了漏斗状的影响。 更重要的是，由于在 Ahr 和 Erft 河流域的 XNUMX 月破纪录的降雨之前，土壤已经基本饱和，因此洪水水位升高。 洪水和山体滑坡导致道路封闭，切断了几个村庄的疏散路线。
当今社交小费研究人员使用的模型与网络理论的最新发展和物理系统的关键转变有相似之处。 例如，Van Ginkel 的道路研究采用了网络渗透方法，该方法在物理学中用于模拟材料的相变。 这种方法可以描述，例如，一旦足够多的链连接在一起，聚合物溶液将如何变成刚性凝胶，这种转变发生在所谓的“渗透点”。
至关重要的是，van Ginkel 的团队调整了物理模型，使其与决策者相关。 这是因为在人类系统中，可以在数学渗透点之前很久就达到不可接受的临界点。 “在我们的研究中，真正的渗透点是整个国家基本上被洪水淹没的地方——如果确实发生了，那么缺乏道路网络就不再是你最大的问题，”他说。
相反，社会临界点是由人为因素决定的——在这种情况下，国家道路网络在洪水期间功能的大量丧失，由切断路线、路线变更和总体延误时间决定。 Van Ginkel 说，国家道路当局可能已经意识到他的小组研究揭示的一些漏洞。 他说，其价值在于它可以在国家之间进行比较，这可能对决策者或商业投资者有用。
对于许多系统来说，临界点可能不会直接由气候触发。 正如 van Ginkel 指出的那样，这可能是由于一项政策变化取消了对面临缓慢而稳定的气候变化影响的社区的支持。 例如，在日益干旱地区依赖政府补贴的农业工人，如果他们的支持突然被取消，他们将面临气候变化累积的缓慢影响。 也就是说：社会系统存在非线性。
物理系统中的临界点
在物理学中，相变或临界点的概念在许多情况下都会出现。 在凝聚态物理学中，一种材料可以在临界温度下突然转变为完全不同的状态，液体可以变成气体，而标准金属可以转变为超导体。 统计力学提供了一种通过伊辛模型理解相变的方法，该模型最初是为解释铁磁薄膜中的自发磁化而开发的。
一个相关的理论，渗透理论，被用来模拟随机断开的集群系统中远程连接的突然出现。 渗流理论已被用于研究从材料中的断裂传播到森林火灾的蔓延和生物病毒的分裂等方方面面。 如今，其中一些统计物理学工具被重新用于研究社会动态——从新闻在社交媒体上传播的方式，到投票模式以及气候和社会经济系统之间的复杂相互作用。
不仅仅是厄运和忧郁
社会临界点研究不仅可以揭示脆弱性，还可以预测灾难。 它们还帮助我们理解理想的快速社会变革的机制。 例如，为什么在经过几十年的宽容之后，在公共场所允许吸烟很快就变得不可想象了？ 为什么一个瑞典学生的抗议激发了一代人的热情来应对气候威胁？ 或者为什么混合工作需要大流行才能被广泛采用？
对此类问题的简单回答是时机成熟——但这只有在事后看来才显而易见。 对于变革者来说更相关的问题是：你如何“提示”社会和经济系统以促进快速进步的变革？
在格拉德威尔的 引爆点 他认为，成功的干预措施往往重点突出，需要对个人进行适度的行为改变。 据他介绍，社交小费计划需要方便，并由销售人员、联系人和专家共同提供。 他引用了圣地亚哥黑人社区的一项糖尿病和乳腺癌意识倡议，该倡议由护士乔治亚·萨德勒 (Georgia Sadler) 领导。 最初在当地教堂开展的活动收效甚微后，萨德勒将注意力转移到当地的美容院。 她知道他们是放松的地方，人们已经信任造型师，所以他们接受了培训，可以在谈话中传达竞选信息。 这种策略上的调整取得了巨大的成功——萨德勒与人合着的一项后续研究发现，接触过沙龙信息的非裔美国女性接受乳房 X 光检查的比例明显高于没有接触过的对照组（J. Natl Med。 副教授。 103 735).
气候危机的挑战在于，缓慢而稳定的变化可能不再足以避免灾难。 研究人员最近发现，目前全球变暖比工业化前水平高出 1.1°C，这已经使我们进入了五个气候临界点的范围（科学 10.1126/science.abn7950). 这些是格陵兰岛和南极西部冰盖的崩塌； 永久冻土区在短时间内融化，释放出大量储存的二氧化碳； 低纬度地区珊瑚礁完全消失； 以及北大西洋重要洋流的急剧减弱。
为了应对气候挑战，世界领导人现在（6 月 18 日至 XNUMX 日）在埃及举行的联合国气候变化大会上开会（COP 27)，就气候融资、能源途径和适应气候威胁等关键问题进行谈判。 但是，如果所承诺的变化没有得到所影响的个人、社区和企业的接受，那么达成的任何协议都将毫无用处。 这就是为什么决策者需要了解社会变革的动力。
一位研究人类气候系统转变机制的研究人员是 伊洛娜·奥托, 一位社会科学家 格拉茨大学, 奥地利。 在 2020 年的一篇论文中，奥托和她的团队确定了六个被认为对满足 巴黎协定 关于气候变化（PNAS 117 2354). 它们涵盖能量； 脱碳城市； 剥离化石燃料； 化石燃料的道德影响； 气候教育和参与； 以及有关温室气体排放的更多信息。 根据与来自学术界、工业界、民间和政府组织的专家的磋商，为每个引爆因素提出了战略建议。 想法的范围从新颖的建筑材料和推广无肉饮食到建立全球环境法院。
对于 Otto 来说，最强大的变革驱动力与基础设施和社会规范有关。 以两条北溪管道为例，它们的建造目的是将天然气从俄罗斯输送到欧洲。 在俄罗斯于 2022 年初入侵乌克兰之后，耗资 11 亿美元的北溪 2 号管道几乎被废弃，此后俄罗斯关闭了北溪 1 号以应对西方制裁。 结果，整个欧洲的能源和消费价格飙升。
舆论物理学
然而，尽管紧缩，大多数欧洲居民并没有大声要求重新打开管道——人们普遍认为，为俄罗斯的战争提供资金在道义上是可恶的。 奥托说，这些最近的发展清楚地表明可再生能源替代品应该得到快速跟踪。 然而，她担心 Nord Stream 规模的跨国项目似乎只针对化石燃料——尽管关于绿色能源转型的所有言论都是如此。
奥托目前正在研究个人选择对气候的影响，对英国和德国的临时分析表明，家庭供暖系统通常是个人排放量中最大的变量。 为了解消费者面临的复杂经济、社会和道德问题，奥托使用了“传染模型”，该模型通常用于研究流行病的传播方式。 结果可能有助于鼓励人们少吃肉、使用更环保的旅行方式或引发学校课程改革的运动。 “社会科学家现在更多地从事定量工作，并且对定量模型更加开放，”奥托说。
全球视角
社会临界点也会引发道德问题。 通过独生子女政策（1980-2016 年）等国家级干预措施及其快速的经济发展，中国可以说是近代历史上最有效的社会倾斜。 但是，一党制国家领导人选择的固定社会变革路线与通过社会选择出现的转型截然不同——无论是否受到政府政策的“倾斜”。
事实上，一些国家拥有独特的社会经济倾斜机会。 例如，在南非，几乎 90% 的电力来自 由煤产生 到 2020 年，老化的基础设施意味着该国经常停电。 许多人希望，气候目标和可再生能源成本的直线下降将使南非能够绕过标准的碳燃料发展路线——而不是跳到以可再生能源为中心的新制度。 根据 2022 年领导的一项研究 乔纳森汉托 的 柏林技术学院，这种转变正在慢慢开始。 自 2015 年以来，新的风能和太阳能装置比南非的新燃煤电厂便宜，而新立法支持低碳替代品（可持续发展能源 69 164).
Reinette (Oonsie) 比格斯，可持续发展研究员 斯泰伦博斯大学南非表示，将国家的能源系统转变为一个新的状态将是一个“游戏规则改变者”，因为经济和社会的大部分都是围绕能源使用建立的。 但她警告说，只有当经济模式变得更加分散和公平时，变化才会具有变革性。 比格斯希望立法要求社区项目产生一定比例的能源，并降低小型项目向电网出售的门槛。
面对如此巨大的挑战，需要结合地方举措和国家干预措施，使我们远离气候灾难的边缘。 但社会经济转型并不一定是一片悲观。 如果集体的想象力能够被激活，或许我们就能进入一个自然资源不再为少数人所有、繁荣成为所有人的选择的新世界。
