在古代，人類對自然現(xiàn)象的理解有限，不明白刮風(fēng)下雨等天氣現(xiàn)象的原理，也沒有掌握其發(fā)生規(guī)律。在那個科學(xué)知識匱乏的年代，我們的祖先發(fā)揮想象力，創(chuàng)造出有關(guān)“龍王”的神話故事，賦予“龍王”掌管降水的能力，想象洪澇和干旱等災(zāi)害是因為“神仙發(fā)威”降臨人間，所以每逢氣象災(zāi)害，人們就通過祈福儀式，以求減少災(zāi)害給人們帶來的影響。

頻繁的氣候變化給各個地區(qū)帶來嚴(yán)重的氣象災(zāi)害影響，比如，2024年入夏以來，在中國的華南地區(qū)、長江流域地區(qū)發(fā)生特大暴雨，洞庭湖決堤，牽動著全國人民的心。8月份在甘肅、四川兩地，也發(fā)生了多起泥石流災(zāi)害，這樣的情況仿佛是“龍王”在“摸魚”和“亢奮”之間來回?fù)u擺，極端降水頻頻發(fā)生，很多地區(qū)“干濕轉(zhuǎn)換”劇烈，處于“水深火熱”之中。

7月21日，鄭州市內(nèi)，市民在轉(zhuǎn)移物資。圖片來源：新華社記者 朱祥 攝

那么，現(xiàn)代科學(xué)中的大氣理論，又是怎么解釋這種頻繁發(fā)生的極端天氣現(xiàn)象呢？近日，中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國家重點實驗室（LASG）張文霞副研究員等學(xué)者與英國氣象局合作，在《科學(xué)》（Science）雜志發(fā)表題為“人類活動導(dǎo)致過去百年來全球降水變率增強”的研究論文，指出頻繁而劇烈的“干濕轉(zhuǎn)換”背后，其實是降水變率在變化，而造成這種變化的，正是我們?nèi)祟愖约骸?/p>

“降水變率增強”意味著什么？

降水變率是指降水隨時間的波動幅度，常以標(biāo)準(zhǔn)差衡量，包括年降水量、月降水量、日降水量的波動幅度。

降水變率的強弱變化反映了一個地區(qū)降水的穩(wěn)定性或波動性。降水變率越強，降水在時間上的分布越不均勻，水資源供給越不穩(wěn)定，出現(xiàn)“濕期更濕、干期更干”的現(xiàn)象，“干濕轉(zhuǎn)換”更加劇烈，一個地區(qū)可能在某個時期經(jīng)歷更長時間或者更強的極端干旱，而在隨后一段時間內(nèi)卻遭遇異常多雨，這種多變性就是降水變率增加的體現(xiàn)。

降水變率的強弱變化直接影響到社會和生態(tài)系統(tǒng)的氣候可恢復(fù)力（Climate Resilience），是應(yīng)對氣候變化必須考慮的重要環(huán)節(jié)。比如，極端降水會造成城市內(nèi)澇，毀壞城市基礎(chǔ)設(shè)施。

盡管根據(jù)氣候模式預(yù)估，全球降水變率將隨著未來增溫而增強，但人類活動是否已經(jīng)改變了降水變率，目前尚無證據(jù)，對此，最新的研究給出了清晰的回答。

該研究利用所有可以公開獲取的逐日降水觀測資料，揭示了自1900年以來，在觀測資料充足的地區(qū)，全球約75%的陸地上降水變率已經(jīng)增強，特別是歐洲、澳大利亞和北美東部，增強趨勢尤為顯著，全球平均逐日降水變率增長速度為1.2%/10年。

2021年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）提出最優(yōu)指紋法，采用該方法進(jìn)行檢測歸因研究后發(fā)現(xiàn)，降水變率的增強可歸因于工業(yè)化以來，人類活動排放的溫室氣體的增加。

溫室氣體排放引起大氣增溫，大氣增暖后持水能力增加，即大氣中容納的水汽含量增加，這就是經(jīng)典的克勞修斯—克拉伯龍方程（Clausius–Clapeyron relation）。因此，當(dāng)降水發(fā)生時，即使降水系統(tǒng)的動力條件不變，大氣水汽含量的增加也會使降水強度更大，從而使降水變率增強。這個過程就是大氣增溫的熱力效應(yīng)。

另一方面，大氣環(huán)流的變化也會影響降水變率，稱為“動力作用”。需要強調(diào)的是，由于大氣環(huán)流對全球增溫的響應(yīng)很復(fù)雜，且受到氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的重要影響，“動力作用”對降水變率的影響存在很強的年代際特征和區(qū)域差異。

如何應(yīng)對“降水變率增強”？

這項研究通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^測分析、物理過程診斷和檢測歸因，為觀測中降水變率的增強提供了全面的認(rèn)識，指出了人類活動對于降水變率的影響，為多尺度水循環(huán)增強提供了重要的新證據(jù)。

極端事件之間劇烈和快速的轉(zhuǎn)換印證了“極端事件復(fù)合性”這一新特征。這不僅對當(dāng)前的氣候預(yù)測系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，而且還將產(chǎn)生一系列社會和生態(tài)影響，包括水資源供給、社會和基礎(chǔ)設(shè)施的氣候恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)功能、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯等。

未來，這種降水變率的變化和影響將在增暖背景下持續(xù)增強，而變暖狀況是降水變率重要的影響因素。我國面臨水資源壓力和“旱澇”雙重夾擊，未來“龍王擺爛”帶來的風(fēng)險，將給我們的災(zāi)害風(fēng)險管理、水資源調(diào)控帶來新的挑戰(zhàn)。因此，社會各界亟需加強風(fēng)險應(yīng)對和災(zāi)害防治能力，同時，公眾也要提高風(fēng)險意識，重視氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警，做到“防患于未然”。

作者：中國科學(xué)院大氣物理研究所潘容筠、張文霞

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