极端天气敲响气候变化警钟

刘娟

图为艺术家对龙卷风摧毁结构的演绎

“扬沙风起昼昏冥，点漆归来似泥淈。”2021年3月至4月，近十年来最大的一次沙尘暴席卷我国北方地区，一时间天昏地暗，飞沙走石，“风如拔山怒，雨如决河倾”。2021年7月20日，河南郑州突降暴雨，三天之内降下相当于以往郑州一年的降雨量，造成重大人员伤亡和财产损失。

2021年，放眼全球，各地极端天气屡见不鲜。2月中旬，罕见的两次连续冬季风暴，使得几乎没有应对寒流经验的美国南部多个州大面积停电，引发一系列事故，造成至少82人死亡。3月中旬，澳大利亚新南威尔士州突降特大暴雨，一些地区短时间内的降雨量接近1000毫米的惊人水平，引发巨大洪水，多地进入“重大自然灾害”状态。当地政府连发19道紧急命令，近2万人被迫疏散。6月20日，位于北极圈内号称“世界上最冷的村庄”——俄罗斯维尔霍扬斯克小镇的最高气温达到了惊人的38℃。同期，北欧多国的气温也创下历史最高温纪录。

如果说某地单一极端天气的发生是偶然事件，那么为何近年来世界范围内多地极端天气频频发生？究竟是什么原因造成了越来越频繁的极端天气出现？

极端天气是指天气（气候）的状态严重偏离其平均态，在统计意义上属于不易发生的事件。通俗地讲，极端天气气候事件指的是50年一遇或100年一遇的小概率事件。联合国政府间气候变化专门委员会的评估报告显示，在过去50年中，极端天气事件，特别是强降水、高温热浪等呈现不断增多增强的趋势，预计今后这种极端天气气候事件出现的次数将更为频繁。

对此，国家气候中心气候预测室主任张强认为，极端天气的发生是天气、气候周期变化的结果，它的发生与某一个时段的环流异常、海温异常或冰雪异常等有关。但近几年来，极端天气频繁发生与全球变暖有关，气候变暖正在影响一些极端天气或气候极值的强度和频率，改变着自然灾害发生发展的规律。

同时，比利时布鲁塞尔大学地球系统模型博士研究生姚熠认为，极端天气（如特大暴雨）和全球变暖之间确实有联系。这基于一个简单的物理原理：温度每升高1℃，空气中可以容纳的最大水蒸气含量就会增加约7%，因此在产生降水之前，空气中会有更多的水分。我们可能会经历一个更长的无雨期，然后遭遇更加猛烈的降水。

此外，德國波茨坦大学海洋物理学教授拉姆斯托夫也表示：“北美在2021年6月末创下的高温纪录，若没有全球变暖的关系，几乎不可能发生。气候变化对于极端降水增加的影响，据目前观测还不是很大，因此我们不能说极端降水是全球变暖的结果，但是我们可以说这样的事件由于全球变暖而变得更加频繁是无疑的。”

2021年8月4日，中国气象局气候变化中心发布《中国气候变化蓝皮书（2021）》（以下简称为《蓝皮书》）。气候系统的综合观测和多项关键指标表明：气候系统变暖仍在持续，极端天气气候事件风险进一步加剧。《蓝皮书》显示，我国是全球气候变化的敏感区和影响显著区，升温速率明显高于同期全球平均水平。1951年至2020年，我国地表年平均气温呈显著上升趋势，升温速率为0.26℃/10年;1961年至2020年，我国平均年降水量呈增加趋势，平均每10年增加5.1毫米;极端强降水事件呈增多趋势;极端低温事件减少，极端高温事件自20世纪90年代中期以来明显增多;自20世纪90年代后期以来，登陆我国的台风的平均强度波动增强;2020年，我国气候风险指数为10.8，是1961年以来第三高值。除大气圈，《蓝皮书》还从水圈、冰冻圈、生物圈以及气候变化驱动因子方面作出了气候变化的影响和风险分析。

在暴雨中行走的路人

无雨期造成的干旱

据国家气候中心主任巢清尘介绍，从现在的研究可以看出，全球变暖加剧了气候系统的不稳定，平均气温的升高使极端高温等事件发生的概率明显增加。我国近60年来强降水事件呈非常明显的增加趋势。有关气候变化驱动因子方面，全球主要温室气体平均浓度均创新高，其中青海瓦里关全球大气本底基准观测站二氧化碳浓度逐年上升。2020年，主要温室气体二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的浓度仍在持续上升。气候变化影响广度和深度不断加大，带来的风险已经从自然物理系统不断地向社会经济系统蔓延，持续变暖和极端事件的频发和加剧对生态环境和社会经济发展都会构成重大的威胁，长期持续的风险愈加显著。总体来说，增暖和降水的波动会使我国水资源的脆弱性明显上升，风险更为突出。增温与干旱化会使陆地生态系统的生产力进一步下降。海洋热浪对海岸带和海洋的负面影响将进一步持续。近些年，高温热浪事件明显趋多、趋强，会对人体健康、电力系统、交通系统等带来重大的影响。增暖和极端天气气候事件还会给重大工程的建设和运营带来更大的风险。

那么，具体的极端天气气候事件到底是否由气候变化驱动？有专家表示，气候变化从来不是极端天气气候事件的唯一原因，但它有时可能是一个重要的促成因素。对此，英国气象局的高级科学家尼科斯·克里斯蒂斯认为：“一个事件是许多驱动因素的结果，有很多因素会影响并可能有利于极端天气气候事件。”当气候变化和自然天气变化结合在一起时，极端天气气候事件就会发生。极端天气气候事件也可能受到其他地理因素的影响，比如附近的河流和湖泊是否有足够的容量吸收大雨带来的降水。

气候科学家能否计算出气候变化对特定天气事件的影响程度？联合国政府间气候变化专门委员会的第六次评估报告中有一个主要的结论：在资料允许的地区之内，极端降水等事件的频率和强度都是在增加的，而且这种增加主要是由人类活动引起的。该结论背后的科学依据，被称为“检测归因”。气候变化的检测和归因是评估气候变化及风险、深入认识人类活动对气候变化影响的一种重要手段。检测归因的结果，尤其是对极端事件的归因结论，可以为制定应对气候变化的相关政策和适应方案提供重要的科学依据。

气候变化归因研究的步骤

需要强调的是，由于极端降水的观测资料限制、物理过程复杂且受到气候系统内部变率影响较大，关于极端降水增加、气候变化和人类活动的影响之间关系的说法，需要明确所指的空间范围和尺度，以及结论的信度，这也是联合国政府间气候变化专门委员会的评估报告所强调的。

中国科学院大气物理研究所周天军研究员认为，强调气候变化的时候，首先一定要明确它的时间尺度。从事实上来讲，变是绝对的，不变是相对的。在地球整个46亿年的历史里，气候都是在变化的，不变的情况只存在于相对很短的时期之内。气候变化包括年代际、百年际、千年甚至更长时间的地质时间尺度的变化，其驱动因子可以分成两类：一是自然原因，例如地球绕行太阳的轨道参数的变化、太阳辐射的变化、火山喷发的影响等;二是人为因子，包括人类排放的温室气体、气溶胶，以及土地利用等的变化。地质时间尺度的气候变化，由自然因素决定。例如在几千万到几亿年的时间尺度里，大陆漂移、造山运动、板块运动等地质构造运动对全球气候产生的重要影响;万年到百万年尺度的冰期和间冰期的气候主要受到地球绕行太阳轨道参数变化的影响。人类社会工业化以来这一百多年的气候变化，主要由人为因子驱动，尽管自然因子也有贡献，但是远小于人类活动的贡献。我们现在谈气候变化，包括联合国政府间气候变化专门委员会评估报告的许多内容，主要指的是这个时间尺度。因此，近100多年气候变化的主要原因是工业革命以来化石燃料的燃烧、化石燃料的开发，使人为向大气中排放的二氧化碳等温室气体增加。

近年来，检测归因的研究方法也日渐成熟和丰富。借助数值模式及观测资料的统计技术，大体上可分为多元分析和贝叶斯推断等。前者运用“最优指纹法”，而后者的优势在于能够融合多源数据进行归因检测。

近十多年来，英国科学家研究揭示了气候变化与欧洲热浪事件之间的联系。之后，极端天气气候事件检测归因成为国际热点，并迅速发展。极端天气气候事件归因研究的兴起不仅推进了对气候变化影响极端天气事件变化的程度及物理机制的深入理解，也推动了极端天气事件归因方法的迅速发展。

目前，全球及区域尺度平均温度变化方面的归因研究已经累积形成证据链，证实20世纪的温度长期变化受到了人类活动的影响。但是由于很难估计气溶胶对于总辐射强迫的影响，使得全球及区域平均温度变化的归因研究仍存在部分不确定性。最新的归因研究在一些环流相关现象变化及变率模态方面进一步积累了人类活动影响的证据，但对其他一些存在较大的观测及模式模拟误差的环流现象，如厄尔尼诺、季风等，人类活动归因的可信度仍较低。美国气象学会通报的131篇极端天气气候事件归因报告论文中，大约有65%的研究已经确定了人类活动造成的气候变化对极端天气气候事件的作用，而大约35%没有发现气候变化对这类极端事件的影响。

2016年，美国国家科学院召集了一个由气候学家和统计学家组成的独立专家小组，对极端天气归因的有效性进行评估。结论是归因科学在分析与温度相关的极端事件方面的置信水平是最高的，其中对极端高温和寒冷天气的分析最令人信服，其次是水文干旱和强降水，而对强对流风暴和温带气旋的预测置信水平最低。

极端天气归因研究，对于理解我们的世界是一个巨大进步。检测归因不仅是理解此刻正在发生什么的工具，它还能告诉我们发生极端天气的可能性在如何变化、当全球气候持续变暖我们可能会遭遇什么。我们可以把现实世界和一个没有气候变化的世界以及未来世界进行对比，模拟地球在不同程度变暖场景下的天气，展示温室气体持续排放对未来世界造成的后果。检测归因将真实世界的经历和气候模型预测连接在了一起，科学有力地证明了采取减排行动以避免气候变化最坏影响的必要性。社会各界可以利用这类科学信息帮助他们适应即将到来却无法避免的气候变化，并确保建立适当的监管和法律框架。

辐射强迫：由于气候系统内部变化，如二氧化碳浓度或太阳辐射的变化等外部强迫引起的对流层顶垂直方向上的净辐射变化。