北京
入夏以来，全球多地发生特大暴雨、洪水，严重影响了人类生产生活。近年来气候变化愈发频繁，极端降水频发，很多地区干湿转换剧烈，时常处在“水深火热”之中。
7月26日，中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）张文霞副研究员等与英国气象局学者合作，在《科学》（Science）杂志发表了题为“人类活动导致过去百年来全球降水变率增强”的文章。文章指出，频繁而剧烈的干湿转换背后，其实是降水变率在变化。而造成气候“喜怒无常”的原因，正是人类自己。
▲6月29日，救援队员在贵州省镇远县㵲阳镇转移被洪水围困的群众。新华社记者 杨文斌 摄
01
“降水变率增加”
意味着什么
降水变率是指降水随时间的波动幅度，包括年降水量、月降水量、日降水量的变化范围和频率。
降水变率的强弱变化可以揭示一个地区的降水是稳定的还是波动的。降水变率越强，则说明降水在时间上的分配越不均匀，水资源供给越不稳定，造成“湿期更湿、干期更干”。例如，一个地区可能在某一年经历极端干旱，而在另一年则遭遇异常多雨，这种不稳定性就是降水变率的体现。
降水变率的强弱变化直接影响到社会和生态系统的气候可恢复力（climate resilience），是气候变化应对工作必须考虑的重要环节。比如，极端降水造成城市内涝，造成基础设施毁坏等损失。
尽管现有气候模式已预估到，全球降水变率将随着未来增温而增强，但人类活动是否已经改变了降水变率尚无观测证据。张文霞团队的最新研究填补了这一空白。
02
人类活动造成
“降水变率增加”
研究利用了所有可以公开获取的逐日降水观测资料，揭示了1900年以来，在观测资料充足的地区，全球约75%的陆地上降水变率已显著增强，特别是欧洲地区、澳大利亚和北美东北部地区。全球平均降水变率速度为每10年增长1.2%。
▲降水变率显著增加的区域（欧洲地区、澳大利亚、北美东北部地区）在1900年-2020年期间的日降水变率相对变化序列
这种变化背后的原因是什么？
从热力条件来看，在大气中，当蒸发使得水汽含量达到饱和后，降温就会使水汽凝结产生降水，使水以液态回到地球表面，而地球表面的水又会再次蒸发，这是一个循环平衡的过程。
然而工业革命以来，人类活动使用了更多的化石燃料，其排放造成温室气体含量增加，温室效应增强，大气增暖。科研人员研究后发现，大气增暖后持水量增加，换句话说，大气水汽含量达到饱和的“门槛”提高了，这使得地球上的水更多以气态形式存在大气之中。
这样一方面会使“酝酿降水”——干旱的时间变长，另一方面，大气含水量更多，产生的降水强度也将更大，这就造成了“降水变率增强”。
从降水的动力条件来看，大气环流的变化也会影响降水。与大规模翻转环流相关的大气垂直运动的变化在年代际尺度上影响降水，在这种变化中，人类活动和大气内部变率影响信号都被检测到。这种动力作用导致的降水变化有很强的区域特征，在欧洲地区和澳大利亚被观测到。
▲在不同强迫情景（全强迫ALL、自然强迫NAT、温室气体强迫GHG和气溶胶强迫AA）下各热点区域（欧洲地区、澳大利亚、北美东北部地区）的降水变率线性趋势以及用最优指纹法对趋势进行检测归因的结果
03
如何应对变化？
研究人员结合观测分析、物理过程诊断和检测归因，为观测中降水变率的增强提供了全面的认识，揭示了人类活动对降水变率的影响，为多尺度水循环增强提供了重要的新证据。
研究人员认为，极端事件之间剧烈且频繁的转换印证了极端事件具有复合性这一新特征。这不仅对当前气候预测系统提出了新挑战，还将产生一系列社会性影响，包括产生水资源供给问题、损坏基础设施等。除此之外，增强的复合性还将破坏自然生态系统功能，对净零排放目标的实现也将产生影响。
鉴于变暖状况是降水变率重要的影响因素，在未来，降水变率的变化和造成的影响在增暖背景下还将持续和增强。
我国是水资源严重缺乏的国家，面临着旱涝的双重夹击。未来降水变率变化带来的风险，给我们的灾害风险管理、水资源分配带来了新挑战，对风险应对和灾害防治能力提出了更高的要求。人们需要增强风险意识，重视预报，做到“防患于未然”。
来源：中国科学院大气物理研究所
责任编辑：王颖 宋同舟
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