劉娟

圖為藝術(shù)家對龍卷風(fēng)摧毀結(jié)構(gòu)的演繹

“揚(yáng)沙風(fēng)起晝昏冥，點(diǎn)漆歸來似泥淈?！?021年3月至4月，近十年來最大的一次沙塵暴席卷我國北方地區(qū)，一時間天昏地暗，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，各地極端天氣屢見不鮮。2月中旬，罕見的兩次連續(xù)冬季風(fēng)暴，使得幾乎沒有應(yīng)對寒流經(jīng)驗(yàn)的美國南部多個州大面積停電，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2萬人被迫疏散。6月20日，位于北極圈內(nèi)號稱“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，北歐多國的氣溫也創(chuàng)下歷史最高溫紀(jì)錄。

如果說某地單一極端天氣的發(fā)生是偶然事件，那么為何近年來世界范圍內(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)合國政府間氣候變化專門委員會的評估報告顯示，在過去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，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。

對此，國家氣候中心氣候預(yù)測室主任張強(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)生與某一個時段的環(huán)流異常、海溫異常或冰雪異常等有關(guān)。但近幾年來，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，比利時布魯塞爾大學(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。這基于一個簡單的物理原理：溫度每升高1℃，空氣中可以容納的最大水蒸氣含量就會增加約7%，因此在產(chǎn)生降水之前，空氣中會有更多的水分。我們可能會經(jīng)歷一個更長的無雨期，然后遭遇更加猛烈的降水。

此外，德國波茨坦大學(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，若沒有全球變暖的關(guān)系，幾乎不可能發(fā)生。氣候變化對于極端降水增加的影響，據(jù)目前觀測還不是很大，因此我們不能說極端降水是全球變暖的結(jié)果，但是我們可以說這樣的事件由于全球變暖而變得更加頻繁是無疑的?！?/p>

2021年8月4日，中國氣象局氣候變化中心發(fā)布《中國氣候變化藍(lán)皮書（2021）》（以下簡稱為《藍(lán)皮書》）。氣候系統(tǒng)的綜合觀測和多項(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)險進(jìn)一步加劇?！端{(lán)皮書》顯示，我國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，我國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢，升溫速率為0.26℃/10年;1961年至2020年，我國平均年降水量呈增加趨勢，平均每10年增加5.1毫米;極端強(qiáng)降水事件呈增多趨勢;極端低溫事件減少，極端高溫事件自20世紀(jì)90年代中期以來明顯增多;自20世紀(jì)90年代后期以來，登陸我國的臺風(fēng)的平均強(qiáng)度波動增強(qiáng);2020年，我國氣候風(fēng)險指數(shù)為10.8，是1961年以來第三高值。除大氣圈，《藍(lán)皮書》還從水圈、冰凍圈、生物圈以及氣候變化驅(qū)動因子方面作出了氣候變化的影響和風(fēng)險分析。

在暴雨中行走的路人

無雨期造成的干旱

據(jù)國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。我國近60年來強(qiáng)降水事件呈非常明顯的增加趨勢。有關(guān)氣候變化驅(qū)動因子方面，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，帶來的風(fēng)險已經(jīng)從自然物理系統(tǒng)不斷地向社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)蔓延，持續(xù)變暖和極端事件的頻發(fā)和加劇對生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會構(gòu)成重大的威脅，長期持續(xù)的風(fēng)險愈加顯著。總體來說，增暖和降水的波動會使我國水資源的脆弱性明顯上升，風(fēng)險更為突出。增溫與干旱化會使陸地生態(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)，會對人體健康、電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等帶來重大的影響。增暖和極端天氣氣候事件還會給重大工程的建設(shè)和運(yùn)營帶來更大的風(fēng)險。

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？有專家表示，氣候變化從來不是極端天氣氣候事件的唯一原因，但它有時可能是一個重要的促成因素。對此，英國氣象局的高級科學(xué)家尼科斯·克里斯蒂斯認(rèn)為：“一個事件是許多驅(qū)動因素的結(jié)果，有很多因素會影響并可能有利于極端天氣氣候事件?！碑?dāng)氣候變化和自然天氣變化結(jié)合在一起時，極端天氣氣候事件就會發(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的降水。

氣候科學(xué)家能否計(jì)算出氣候變化對特定天氣事件的影響程度？聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的第六次評估報告中有一個主要的結(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活動引起的。該結(jié)論背后的科學(xué)依據(jù)，被稱為“檢測歸因”。氣候變化的檢測和歸因是評估氣候變化及風(fēng)險、深入認(rèn)識人類活動對氣候變化影響的一種重要手段。檢測歸因的結(jié)果，尤其是對極端事件的歸因結(jié)論，可以為制定應(yīng)對氣候變化的相關(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資料限制、物理過程復(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、氣候變化和人類活動的影響之間關(guān)系的說法，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)合國政府間氣候變化專門委員會的評估報告所強(qiáng)調(diào)的。

中國科學(xué)院大氣物理研究所周天軍研究員認(rèn)為，強(qiáng)調(diào)氣候變化的時候，首先一定要明確它的時間尺度。從事實(shí)上來講，變是絕對的，不變是相對的。在地球整個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很短的時期之內(nèi)。氣候變化包括年代際、百年際、千年甚至更長時間的地質(zhì)時間尺度的變化，其驅(qū)動因子可以分成兩類：一是自然原因，例如地球繞行太陽的軌道參數(shù)的變化、太陽輻射的變化、火山噴發(fā)的影響等;二是人為因子，包括人類排放的溫室氣體、氣溶膠，以及土地利用等的變化。地質(zhì)時間尺度的氣候變化，由自然因素決定。例如在幾千萬到幾億年的時間尺度里，大陸漂移、造山運(yùn)動、板塊運(yùn)動等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動對全球氣候產(chǎn)生的重要影響;萬年到百萬年尺度的冰期和間冰期的氣候主要受到地球繞行太陽軌道參數(shù)變化的影響。人類社會工業(yè)化以來這一百多年的氣候變化，主要由人為因子驅(qū)動，盡管自然因子也有貢獻(xiàn)，但是遠(yuǎn)小于人類活動的貢獻(xiàn)。我們現(xiàn)在談氣候變化，包括聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會評估報告的許多內(nèi)容，主要指的是這個時間尺度。因此，近100多年氣候變化的主要原因是工業(yè)革命以來化石燃料的燃燒、化石燃料的開發(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，檢測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)勢在于能夠融合多源數(shù)據(jù)進(jìn)行歸因檢測。

近十多年來，英國科學(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歸因成為國際熱點(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)的溫度長期變化受到了人類活動的影響。但是由于很難估計(jì)氣溶膠對于總輻射強(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)一步積累了人類活動影響的證據(jù)，但對其他一些存在較大的觀測及模式模擬誤差的環(huán)流現(xiàn)象，如厄爾尼諾、季風(fēng)等，人類活動歸因的可信度仍較低。美國氣象學(xué)會通報的131篇極端天氣氣候事件歸因報告論文中，大約有65%的研究已經(jīng)確定了人類活動造成的氣候變化對極端天氣氣候事件的作用，而大約35%沒有發(fā)現(xiàn)氣候變化對這類極端事件的影響。

2016年，美國國家科學(xué)院召集了一個由氣候?qū)W家和統(tǒng)計(jì)學(xué)家組成的獨(dú)立專家小組，對極端天氣歸因的有效性進(jìn)行評估。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，而對強(qiáng)對流風(fēng)暴和溫帶氣旋的預(yù)測置信水平最低。

極端天氣歸因研究，對于理解我們的世界是一個巨大進(jìn)步。檢測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)變暖我們可能會遭遇什么。我們可以把現(xiàn)實(shí)世界和一個沒有氣候變化的世界以及未來世界進(jìn)行對比，模擬地球在不同程度變暖場景下的天氣，展示溫室氣體持續(xù)排放對未來世界造成的后果。檢測歸因?qū)⒄鎸?shí)世界的經(jīng)歷和氣候模型預(yù)測連接在了一起，科學(xué)有力地證明了采取減排行動以避免氣候變化最壞影響的必要性。社會各界可以利用這類科學(xué)信息幫助他們適應(yīng)即將到來卻無法避免的氣候變化，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輻射的變化等外部強(qiáng)迫引起的對流層頂垂直方向上的凈輻射變化。