極端天氣敲響氣候變化警鐘

劉娟

圖為藝術(shù)家對(duì)龍卷風(fēng)摧毀結(jié)構(gòu)的演繹

“揚(yáng)沙風(fēng)起晝昏冥，點(diǎn)漆歸來(lái)似泥淈。”2021年3月至4月，近十年來(lái)最大的一次沙塵暴席卷我國(guó)北方地區(qū)，一時(shí)間天昏地暗，飛沙走石，“風(fēng)如拔山怒，雨如決河傾”。2021年7月20日，河南鄭州突降暴雨，三天之內(nèi)降下相當(dāng)于以往鄭州一年的降雨量，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2021年，放眼全球，各地極端天氣屢見(jiàn)不鮮。2月中旬，罕見(jiàn)的兩次連續(xù)冬季風(fēng)暴，使得幾乎沒(méi)有應(yīng)對(duì)寒流經(jīng)驗(yàn)的美國(guó)南部多個(gè)州大面積停電，引發(fā)一系列事故，造成至少82人死亡。3月中旬，澳大利亞新南威爾士州突降特大暴雨，一些地區(qū)短時(shí)間內(nèi)的降雨量接近1000毫米的驚人水平，引發(fā)巨大洪水，多地進(jìn)入“重大自然災(zāi)害”狀態(tài)。當(dāng)?shù)卣B發(fā)19道緊急命令，近2萬(wàn)人被迫疏散。6月20日，位于北極圈內(nèi)號(hào)稱(chēng)“世界上最冷的村莊”——俄羅斯維爾霍揚(yáng)斯克小鎮(zhèn)的最高氣溫達(dá)到了驚人的38℃。同期，北歐多國(guó)的氣溫也創(chuàng)下歷史最高溫紀(jì)錄。

如果說(shuō)某地單一極端天氣的發(fā)生是偶然事件，那么為何近年來(lái)世界范圍內(nèi)多地極端天氣頻頻發(fā)生？究竟是什么原因造成了越來(lái)越頻繁的極端天氣出現(xiàn)？

極端天氣是指天氣（氣候）的狀態(tài)嚴(yán)重偏離其平均態(tài)，在統(tǒng)計(jì)意義上屬于不易發(fā)生的事件。通俗地講，極端天氣氣候事件指的是50年一遇或100年一遇的小概率事件。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)的評(píng)估報(bào)告顯示，在過(guò)去50年中，極端天氣事件，特別是強(qiáng)降水、高溫?zé)崂说瘸尸F(xiàn)不斷增多增強(qiáng)的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)今后這種極端天氣氣候事件出現(xiàn)的次數(shù)將更為頻繁。

對(duì)此，國(guó)家氣候中心氣候預(yù)測(cè)室主任張強(qiáng)認(rèn)為，極端天氣的發(fā)生是天氣、氣候周期變化的結(jié)果，它的發(fā)生與某一個(gè)時(shí)段的環(huán)流異常、海溫異?；虮┊惓５扔嘘P(guān)。但近幾年來(lái)，極端天氣頻繁發(fā)生與全球變暖有關(guān)，氣候變暖正在影響一些極端天氣或氣候極值的強(qiáng)度和頻率，改變著自然災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。

同時(shí)，比利時(shí)布魯塞爾大學(xué)地球系統(tǒng)模型博士研究生姚熠認(rèn)為，極端天氣（如特大暴雨）和全球變暖之間確實(shí)有聯(lián)系。這基于一個(gè)簡(jiǎn)單的物理原理：溫度每升高1℃，空氣中可以容納的最大水蒸氣含量就會(huì)增加約7%，因此在產(chǎn)生降水之前，空氣中會(huì)有更多的水分。我們可能會(huì)經(jīng)歷一個(gè)更長(zhǎng)的無(wú)雨期，然后遭遇更加猛烈的降水。

此外，德國(guó)波茨坦大學(xué)海洋物理學(xué)教授拉姆斯托夫也表示：“北美在2021年6月末創(chuàng)下的高溫紀(jì)錄，若沒(méi)有全球變暖的關(guān)系，幾乎不可能發(fā)生。氣候變化對(duì)于極端降水增加的影響，據(jù)目前觀測(cè)還不是很大，因此我們不能說(shuō)極端降水是全球變暖的結(jié)果，但是我們可以說(shuō)這樣的事件由于全球變暖而變得更加頻繁是無(wú)疑的。”

2021年8月4日，中國(guó)氣象局氣候變化中心發(fā)布《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書(shū)（2021）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為《藍(lán)皮書(shū)》）。氣候系統(tǒng)的綜合觀測(cè)和多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)表明：氣候系統(tǒng)變暖仍在持續(xù)，極端天氣氣候事件風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇?！端{(lán)皮書(shū)》顯示，我國(guó)是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū)，升溫速率明顯高于同期全球平均水平。1951年至2020年，我國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，升溫速率為0.26℃/10年;1961年至2020年，我國(guó)平均年降水量呈增加趨勢(shì)，平均每10年增加5.1毫米;極端強(qiáng)降水事件呈增多趨勢(shì);極端低溫事件減少，極端高溫事件自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)明顯增多;自20世紀(jì)90年代后期以來(lái)，登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)的平均強(qiáng)度波動(dòng)增強(qiáng);2020年，我國(guó)氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為10.8，是1961年以來(lái)第三高值。除大氣圈，《藍(lán)皮書(shū)》還從水圈、冰凍圈、生物圈以及氣候變化驅(qū)動(dòng)因子方面作出了氣候變化的影響和風(fēng)險(xiǎn)分析。

在暴雨中行走的路人

無(wú)雨期造成的干旱

據(jù)國(guó)家氣候中心主任巢清塵介紹，從現(xiàn)在的研究可以看出，全球變暖加劇了氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定，平均氣溫的升高使極端高溫等事件發(fā)生的概率明顯增加。我國(guó)近60年來(lái)強(qiáng)降水事件呈非常明顯的增加趨勢(shì)。有關(guān)氣候變化驅(qū)動(dòng)因子方面，全球主要溫室氣體平均濃度均創(chuàng)新高，其中青海瓦里關(guān)全球大氣本底基準(zhǔn)觀測(cè)站二氧化碳濃度逐年上升。2020年，主要溫室氣體二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的濃度仍在持續(xù)上升。氣候變化影響廣度和深度不斷加大，帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)從自然物理系統(tǒng)不斷地向社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)蔓延，持續(xù)變暖和極端事件的頻發(fā)和加劇對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)構(gòu)成重大的威脅，長(zhǎng)期持續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)愈加顯著。總體來(lái)說(shuō)，增暖和降水的波動(dòng)會(huì)使我國(guó)水資源的脆弱性明顯上升，風(fēng)險(xiǎn)更為突出。增溫與干旱化會(huì)使陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力進(jìn)一步下降。海洋熱浪對(duì)海岸帶和海洋的負(fù)面影響將進(jìn)一步持續(xù)。近些年，高溫?zé)崂耸录黠@趨多、趨強(qiáng)，會(huì)對(duì)人體健康、電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等帶來(lái)重大的影響。增暖和極端天氣氣候事件還會(huì)給重大工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。

那么，具體的極端天氣氣候事件到底是否由氣候變化驅(qū)動(dòng)？有專(zhuān)家表示，氣候變化從來(lái)不是極端天氣氣候事件的唯一原因，但它有時(shí)可能是一個(gè)重要的促成因素。對(duì)此，英國(guó)氣象局的高級(jí)科學(xué)家尼科斯·克里斯蒂斯認(rèn)為：“一個(gè)事件是許多驅(qū)動(dòng)因素的結(jié)果，有很多因素會(huì)影響并可能有利于極端天氣氣候事件。”當(dāng)氣候變化和自然天氣變化結(jié)合在一起時(shí)，極端天氣氣候事件就會(huì)發(fā)生。極端天氣氣候事件也可能受到其他地理因素的影響，比如附近的河流和湖泊是否有足夠的容量吸收大雨帶來(lái)的降水。

氣候科學(xué)家能否計(jì)算出氣候變化對(duì)特定天氣事件的影響程度？聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)的第六次評(píng)估報(bào)告中有一個(gè)主要的結(jié)論：在資料允許的地區(qū)之內(nèi)，極端降水等事件的頻率和強(qiáng)度都是在增加的，而且這種增加主要是由人類(lèi)活動(dòng)引起的。該結(jié)論背后的科學(xué)依據(jù)，被稱(chēng)為“檢測(cè)歸因”。氣候變化的檢測(cè)和歸因是評(píng)估氣候變化及風(fēng)險(xiǎn)、深入認(rèn)識(shí)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變化影響的一種重要手段。檢測(cè)歸因的結(jié)果，尤其是對(duì)極端事件的歸因結(jié)論，可以為制定應(yīng)對(duì)氣候變化的相關(guān)政策和適應(yīng)方案提供重要的科學(xué)依據(jù)。

氣候變化歸因研究的步驟

需要強(qiáng)調(diào)的是，由于極端降水的觀測(cè)資料限制、物理過(guò)程復(fù)雜且受到氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率影響較大，關(guān)于極端降水增加、氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響之間關(guān)系的說(shuō)法，需要明確所指的空間范圍和尺度，以及結(jié)論的信度，這也是聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)的評(píng)估報(bào)告所強(qiáng)調(diào)的。

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所周天軍研究員認(rèn)為，強(qiáng)調(diào)氣候變化的時(shí)候，首先一定要明確它的時(shí)間尺度。從事實(shí)上來(lái)講，變是絕對(duì)的，不變是相對(duì)的。在地球整個(gè)46億年的歷史里，氣候都是在變化的，不變的情況只存在于相對(duì)很短的時(shí)期之內(nèi)。氣候變化包括年代際、百年際、千年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)時(shí)間尺度的變化，其驅(qū)動(dòng)因子可以分成兩類(lèi)：一是自然原因，例如地球繞行太陽(yáng)的軌道參數(shù)的變化、太陽(yáng)輻射的變化、火山噴發(fā)的影響等;二是人為因子，包括人類(lèi)排放的溫室氣體、氣溶膠，以及土地利用等的變化。地質(zhì)時(shí)間尺度的氣候變化，由自然因素決定。例如在幾千萬(wàn)到幾億年的時(shí)間尺度里，大陸漂移、造山運(yùn)動(dòng)、板塊運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)全球氣候產(chǎn)生的重要影響;萬(wàn)年到百萬(wàn)年尺度的冰期和間冰期的氣候主要受到地球繞行太陽(yáng)軌道參數(shù)變化的影響。人類(lèi)社會(huì)工業(yè)化以來(lái)這一百多年的氣候變化，主要由人為因子驅(qū)動(dòng)，盡管自然因子也有貢獻(xiàn)，但是遠(yuǎn)小于人類(lèi)活動(dòng)的貢獻(xiàn)。我們現(xiàn)在談氣候變化，包括聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)評(píng)估報(bào)告的許多內(nèi)容，主要指的是這個(gè)時(shí)間尺度。因此，近100多年氣候變化的主要原因是工業(yè)革命以來(lái)化石燃料的燃燒、化石燃料的開(kāi)發(fā)，使人為向大氣中排放的二氧化碳等溫室氣體增加。

近年來(lái)，檢測(cè)歸因的研究方法也日漸成熟和豐富。借助數(shù)值模式及觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，大體上可分為多元分析和貝葉斯推斷等。前者運(yùn)用“最優(yōu)指紋法”，而后者的優(yōu)勢(shì)在于能夠融合多源數(shù)據(jù)進(jìn)行歸因檢測(cè)。

近十多年來(lái)，英國(guó)科學(xué)家研究揭示了氣候變化與歐洲熱浪事件之間的聯(lián)系。之后，極端天氣氣候事件檢測(cè)歸因成為國(guó)際熱點(diǎn)，并迅速發(fā)展。極端天氣氣候事件歸因研究的興起不僅推進(jìn)了對(duì)氣候變化影響極端天氣事件變化的程度及物理機(jī)制的深入理解，也推動(dòng)了極端天氣事件歸因方法的迅速發(fā)展。

目前，全球及區(qū)域尺度平均溫度變化方面的歸因研究已經(jīng)累積形成證據(jù)鏈，證實(shí)20世紀(jì)的溫度長(zhǎng)期變化受到了人類(lèi)活動(dòng)的影響。但是由于很難估計(jì)氣溶膠對(duì)于總輻射強(qiáng)迫的影響，使得全球及區(qū)域平均溫度變化的歸因研究仍存在部分不確定性。最新的歸因研究在一些環(huán)流相關(guān)現(xiàn)象變化及變率模態(tài)方面進(jìn)一步積累了人類(lèi)活動(dòng)影響的證據(jù)，但對(duì)其他一些存在較大的觀測(cè)及模式模擬誤差的環(huán)流現(xiàn)象，如厄爾尼諾、季風(fēng)等，人類(lèi)活動(dòng)歸因的可信度仍較低。美國(guó)氣象學(xué)會(huì)通報(bào)的131篇極端天氣氣候事件歸因報(bào)告論文中，大約有65%的研究已經(jīng)確定了人類(lèi)活動(dòng)造成的氣候變化對(duì)極端天氣氣候事件的作用，而大約35%沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣候變化對(duì)這類(lèi)極端事件的影響。

2016年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院召集了一個(gè)由氣候?qū)W家和統(tǒng)計(jì)學(xué)家組成的獨(dú)立專(zhuān)家小組，對(duì)極端天氣歸因的有效性進(jìn)行評(píng)估。結(jié)論是歸因科學(xué)在分析與溫度相關(guān)的極端事件方面的置信水平是最高的，其中對(duì)極端高溫和寒冷天氣的分析最令人信服，其次是水文干旱和強(qiáng)降水，而對(duì)強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴和溫帶氣旋的預(yù)測(cè)置信水平最低。

極端天氣歸因研究，對(duì)于理解我們的世界是一個(gè)巨大進(jìn)步。檢測(cè)歸因不僅是理解此刻正在發(fā)生什么的工具，它還能告訴我們發(fā)生極端天氣的可能性在如何變化、當(dāng)全球氣候持續(xù)變暖我們可能會(huì)遭遇什么。我們可以把現(xiàn)實(shí)世界和一個(gè)沒(méi)有氣候變化的世界以及未來(lái)世界進(jìn)行對(duì)比，模擬地球在不同程度變暖場(chǎng)景下的天氣，展示溫室氣體持續(xù)排放對(duì)未來(lái)世界造成的后果。檢測(cè)歸因?qū)⒄鎸?shí)世界的經(jīng)歷和氣候模型預(yù)測(cè)連接在了一起，科學(xué)有力地證明了采取減排行動(dòng)以避免氣候變化最壞影響的必要性。社會(huì)各界可以利用這類(lèi)科學(xué)信息幫助他們適應(yīng)即將到來(lái)卻無(wú)法避免的氣候變化，并確保建立適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管和法律框架。

輻射強(qiáng)迫：由于氣候系統(tǒng)內(nèi)部變化，如二氧化碳濃度或太陽(yáng)輻射的變化等外部強(qiáng)迫引起的對(duì)流層頂垂直方向上的凈輻射變化。